本征氢化非晶硅薄膜厚度对其钝化性能和HIT太阳电池电性能的影响

以异质结(HIT)太阳电池的本征氢化非晶硅薄膜为研究对象,该HIT太阳电池采用n型硅片作为晶硅衬底,其n型电子传输层(下文简称为“n面”)为入光侧,p型空穴传输层(下文简称为“p面”)为背光侧。首先研究了n面和p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度对膜层钝化性能和光透过率的影响,然后进一步研究了n面和p面本征氢化非晶硅薄膜不同厚度匹配设计对HIT太阳电池电性能的影响,并选出了最优厚度匹配方案。研究结果表明:1)n面本征氢化非晶硅薄膜的厚度越薄,n面非晶硅膜层的光透过率越高,但钝化效果会变差;当厚度达到5 nm时,硅片的少子寿命趋于稳定。2)在n面本征氢化非晶硅薄膜厚度一定的情况下,随着p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度变厚,硅片的少子寿命先快速增加,当厚度达到9 nm时,硅片的少子寿命趋于稳定;当厚度大于9 nm时,制备的HIT太阳电池的短路电流和填充因子均下降,表明其串联电阻增大,导致光电转换效率降低。3)当n面和p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度分别为5、9 nm时,n面的钝化效果和光透过率匹配较好,p面的钝化效果和电阻率匹配最优,即为最优厚度匹配方案;此方案制备得到的HIT太阳电池的光电转换效率达到最高,为24.59%。

MWECR-CVD法高速沉积氢化非晶硅薄膜

介绍了一种新型的 MWECR-CVD 装置．该装置设计采用了一种由单个电磁线圈和永磁体单元组合的新型磁场,设计了一种新型的矩形耦合波导．应用这一装置使 a-Si∶H 薄膜的沉积速率达到了 2nm／s 以上．为了降低薄膜的光致衰退效应,提出了热丝辅助的 MWECR-CVD,这一改进可以大大降低薄膜的氢含量,改善薄膜的光照稳定性．

氢化非晶硅薄膜退火形成的纳米硅及其光致发光(英文)

本文报道对氢化非晶硅 ( a-Si∶H)薄膜在 6 0 0～ 6 2 0℃温度下快速退火 1 0 s可以形成纳米晶硅 ( nc-Si) ,其 Raman散射表明 ,在所形成的 nc-Si在薄膜中的分布是随机的 ,直径在 1 .6～ 1 5nm范围内 ,并且在强激光辐照下观察了 nc-Si在薄膜中的结晶和生长情况 .经退火所形成的 nc-Si可见光辐射较弱 ,不能检测到它们的光致发光 ( PL) ,但用氢氟酸腐蚀钝化后则可检测到较强的红 PL,并且钝化后的 nc-Si在空气中暴露一定的时间后 ,其辐射光波长产生了蓝移 .文中就表面钝化和量子限制对可见光辐射的重要性作了讨论 .

热丝辅助MWECR-CVD法沉积氢化非晶硅薄膜研究

为了降低a-Si:H薄膜中的氢含量,提高其稳定性,在我们MWECR-CVD系统中引入了热丝装置,热丝对等离子体的热辐射使等离子体升温,既促进了气体的进一步分解和电离,获得较多的低氢原子基团,也减少了活性高硅烷聚合物的生成,从而使薄膜中的(SiH2)n的含量降低。同时,热丝对样品表面提供的热辐射和光辐射也可以进一步降低薄膜的氢含量。实验结果表明,用这种装置沉积的a-Si:H薄膜,氢含量可降低到4.5at%左右,稳定性明显增强,光敏性也有一定改善。

氢化非晶硅薄膜的制备与工艺参数优化

采用间接型射频等离子体增强化学气相沉积方法,通过改变H_2/SiH_4气流量比、工艺功率和工艺压强,制备出了氢化非晶硅薄膜。研究了H_2/SiH_4气流量比、工艺功率以及工艺压强对非晶硅薄膜光学特性的影响。实验结果表明,该方法可以制备出氢化非晶硅薄膜,且通过改变实验条件,可以改变薄膜微观结构及成分;随着H_2/SiH_4气流量比的增加,SiH化合物含量增加,多氢化合物含量降低;适当增加射频功率,可以提高薄膜表面的均匀性,同时,功率的增加会使氢含量增加;此外,薄膜表面氢含量随工艺气压的降低而减小。

氢化非晶硅薄膜的红外光谱分析和桥键氢扩散假设(英文)

通过红外透射光谱研究了在光诱导退火中退火条件对氢化非晶硅薄膜的结构和光电特性的影响,实验所用样品采用热丝辅助微波电子回旋共振化学气相沉积方法制备。我们用桥键氢扩散模型来解释退火中的不同现象。样品的红外光谱在630和2000cm-1处的吸收系数有所增加,说明了原先的成键氢发生了移动和溢出,我们认为通过光诱导产生载流子的非辐射复合以及桥键氢和深俘获氢原子的交换,产生了大量的桥键氢原子,它们相互结合形成分子氢,氢溢出要优于氢团聚。

用HW-MWECRCVD系统沉积大面积均匀氢化非晶硅薄膜的研究

通过紫外-可见透射谱技术,计算得到薄膜各个位置的拟合厚度值,研究了a-Si∶H薄膜的厚度均匀性;通过对紫外-可见透射谱的分析和对红外吸收谱峰宽度的分析,研究了a-Si∶H薄膜的结构均匀性。研究发现对于单磁场线圈MWECRCVD系统,ECR区的不均匀性和沉积室的磁场梯度的不均匀,是影响a-Si∶H薄膜均匀性的主要原因。通过改进矩形耦合波导和热丝辅助及减小磁场线圈电流的方法,采用HW-MWECRCVD系统,在直径为6cm的衬底上沉积了厚度不均匀性<3.5%的a-Si∶H薄膜。

氢化非晶硅薄膜中氢含量及键合模式的红外分析

Fourier红外透射 (FTIR)谱技术是研究氢化非晶硅 (a Si∶H)薄膜中氢的含量 (CH)及硅—氢键合模式 (Si Hn)最有效的手段 .对用等离子体化学气相沉积 (PCVD)方法在不同的衬底温度 (Ts)下制备出的氢化非晶硅薄膜 ,通过红外透射光谱的基线拟合、高斯拟合分析 ,得到了薄膜中的氢含量 ,硅氢键合模式及其组分 ,并分析了这些参量随衬底温度变化的规律 .

椭偏透射法测量氢化非晶硅薄膜厚度和光学参数

针对多角度椭偏测量透明基片上薄膜厚度和光学参数时基片背面非相干反射光的影响问题,报道了利用椭偏透射谱测量等离子增强化学气相沉积法(PECVD)制备的a-Si:H薄膜厚度和光学参数的方法,分析了基片温度Ts和辉光放电前气体温度Tg的影响.研究表明,用椭偏透射法测量的a-Si:H薄膜厚度值与扫描电镜(SEM)测得的值相当,推导得到的光学参数与其他研究者得到的结果一致.该方法可用于生长在透明基片上的其他非晶或多晶薄膜.

氢化非晶硅薄膜红外透射谱与氢含量

研究了用氢化非晶硅薄膜红外透射谱的摇摆模和伸缩模计算氢含量的两种方法，分析了这两种方法在计算薄膜氢含量时引起差别的原因．理论推导及实验结果表明，若将SiH2和(SiH2)。含量大小用结构因子F=(I840+I880)I2000来表示，则在F值较小的情况下，薄膜折射率接近3．4或拟合厚度值d=0.71-0．89μm时，两种计算方法得到的氢含量很接近．研究还发现，制备工艺对薄膜的键结构及组分有很大的影响，不同的制备方法薄膜中形成的SiH2和(SiH2)n含量不同，F值大的样品均匀性差(表现为这些样品实测厚度值与拟合厚度值有较大的差异)；同时在这种情况下，两种方法计算得到它们的氢含量值相差较大，但CAT CVD辅助MWECR CVD制备方法，能有效地抑制SiH2和(SiH2)n的形成。

表面粗糙氢化非晶硅薄膜光学常量的确定

由于光学薄膜的透射光谱和反射光谱受表面粗糙程度的影响很大,因此在确定表面粗糙薄膜的厚度及光学常量时,如果不考虑这种影响必然会引起较大的误差。利用标量波散射理论,引入表面均方根粗糙系数,对粗糙薄膜表面的光散射进行了细致分析,得出了光散射影响下薄膜系统透射系数的表达式。在此基础上计算的薄膜厚度以及透射光谱与制备的氢化非晶硅薄膜的相应测量结果基本一致,由此确定的光学常量也更接近实际量值。该方法的运算过程不基于最小值优化算法,无需复杂软件辅助,是准确确定表面粗糙薄膜的厚度以及光学常量的一种有效方法。

退火处理对氢化纳米晶/非晶硅两相薄膜的结构和光学性能的影响

利用等离子化学气相沉积(PECVD)方法低温制备不同晶态比的氢化纳米晶/非晶硅两相薄膜,在高纯氮气下对其进行不同温度(300-500℃)的退火处理,并利用X射线衍射(XRD)?拉曼光谱(Raman)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和紫外-可见光透射谱(UV-VIS)对其结构和光学性能进行研究。结果显示400-500℃退火在一定程度上提高了低晶态比的氢化纳米硅/非晶硅两相薄膜的结晶度,而高晶态比的氢化纳米硅/非晶硅两相薄膜在500℃下退火20 min,其结构和光学特性显示出比较好的热稳定性。

MW-ECR制备的氢化非晶硅光电特性研究

通过对热丝辅助微波电子回旋共振(HW-MW-ECRCVD)法制备的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜进行暗电导与温度关系的测试,可得到暗电导激活能(Ea),并研究了Ea与a-Si:H薄膜光敏性(σph/σ d)的关系;发现随着Ea的增大,费米能级位置下移,缺陷态密度减少,薄膜的光敏性变好.

在柔性衬底上制备的非晶硅薄膜力学性能研究

以聚酰亚胺膜作为柔性衬底材料 ,用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)技术制备氢化非晶硅薄膜 .喇曼(Raman)光谱分析表明适当温度下的退火工艺使氢化非晶硅薄膜具有均匀的微硅晶体结构和良好的表面质量 .在扫描电子显微镜下进行的力学性能实验研究表明 ,由于非晶硅薄膜和聚酰亚胺膜之间较强的相互作用 ,使非晶硅薄膜具有优异的柔韧力学性能 ,可以在 5mm以上的曲率半径下保持良好的弹性变形能力 ,在受拉伸情况下可以达到 1 7%的弹性形变范围 ,抗拉伸强度达到 1 45GPa ,完全能够贴附于一般规则和不规则曲面并承受较大的应力作用 .

射频功率和沉积气压对非晶硅薄膜材料性能的影响

采用等离子体增强化学气相沉积技术,通过改变射频功率与沉积气压两个参数来沉积非晶硅薄膜材料,并研究了变化参数对薄膜沉积速率、晶化情况、氢含量、光电学性质以及材料表面形貌等的影响.结果表明:射频功率在较低的范围内变化时,对薄膜的沉积速度影响很大,对材料的光电特性比较敏感;沉积气压升高达到一定值后,沉积速率变化不太明显,光电影响比较缓和;在低气压、小功率条件下,薄膜中出现小晶粒生长.

FDTD优化a-Si∶H薄膜太阳电池Si_3N_4纳米柱陷光结构（英文）

采用有限时域分析法研究了采用电介质Si3N4纳米柱为氢化非晶硅薄膜太阳电池的陷光结构时，其光吸收增强的情况。实验结果表明，电介质Si3N4纳米柱为氢化非晶硅薄膜太阳电池的陷光结构时，不仅可以增加吸收率和加宽吸收谱范围，而且在短波长范围内的吸收高于金属纳米颗粒。对于80nm和100nm厚的氢化非晶硅薄膜太阳电池，当达到最大吸收增强比1．60和1．53时，对应的电介质Si3N4纳米柱高度分别为90和95nm。当Si3N4纳米柱的直径D：160nm，间距P=240nm，高度H=90nm，而氢化非晶硅薄膜太阳电池的厚度在70-120nm变化时，吸收增强比在厚度为100nm时达到最大值1．60。总之，可以通过优化Si3N4纳米柱的尺寸来提高电池的转换效率。

氢化非晶硅氧薄膜微结构

以Raman散射、X射线电子能谱和红外吸收光谱细致研究了PECVD法250℃衬底温度下制备的氢化非晶硅氧（a-SiOx:H）薄膜的微结构及键构型.研究表明,在0.525≤x≤1.58的氧含量范围内,a-SiOx:H薄膜成分和结构不是均一的,依赖于局域键构型氧化程度的不同,大致存在着5种在一定程度上相互分离的结构组分,即Si,SiO（:H）,SiO（:H）,SiO2（:H）和SiO2.其中的Si相以非氢化的非晶硅（a-Si）颗粒形式存在,随氧含量x的增加其尺度持续减小但始终存在.提出一种多壳层模型来描述a-SiOx:H薄膜的结构,认为a-SiOx:H薄膜中a-Si颗粒依次为Si2O（:H）,SiO（:H）,Si2O3（:H）和SiO2壳层所包围.随薄膜氧含量x的增加,各壳层厚度相应变化但各自的化学构成基本保持不变.

辉光功率对n型a-Si:H薄膜结构及性能的影响

采用射频等离子增强化学气相沉积（RF-PECVD）方法,以氢稀释的硅烷（SiH4）为反应气体,磷烷（PH3）为掺杂气体,制备了n型氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜。研究了辉光放电功率对薄膜微结构和光电性能的影响,采用XRD和拉曼散射光谱对薄膜的微结构进行了表征,薄膜的折射率通过NKD-7000 W光学薄膜系统拟合,薄膜暗电导率利用高阻仪测试。结果表明：在辉光功率30-150 W范围内,所沉积的磷掺杂的硅薄膜为非晶态;非晶态薄膜结构中程有序度随辉光功率的增大先增大后减小,在功率为100 W时非晶硅薄膜中程有序程度最高;薄膜的折射率随着辉光功率的增大先增加后减小,在功率为70 W达到最大值3.7;薄膜暗电导率在100 W最大,其最大值为9.32×10^-3S/cm。

气体压强对磷掺杂a-Si∶H薄膜电学性能的影响

用射频等离子增强化学气相沉积方法（RF—PECVD）制备磷掺杂氢化非晶硅（a—Si：H）薄膜，研究了辉光放电气体压强（20-80Pa）对薄膜的暗电导率、电导激活能以及电阻温度系数的影响；利用激光喇曼光谱研究了气体压强对a—Si：H薄膜微结构的影响，并与薄膜的电学性能进行了综合讨论。结果表明：随着辉光放电气体压强的增加，a-Si：H薄膜的暗电导逐步减小，但电导激活能和电阻温度系数都有不同程度的增大；同时，薄膜内非晶网络的短程和中程有序程度逐渐恶化。

C元素对N型a-Si∶H薄膜微结构及电学特性的影响

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺,制备了P-C二元复合掺杂氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜,研究了C元素对N型a-Si∶H薄膜暗电导率(σ)及电导激活能(Ea)的影响;利用激光拉曼光谱研究了C元素对薄膜微结构的影响,讨论了P-C二元复合掺杂a-Si∶H薄膜电学性能与微结构之间的相互影响关系。结果表明:随着C掺杂量的增加,a-Si∶H薄膜的短程有序度降低,中程有序度基本保持不变,缺陷逐渐减少;一定程度的C掺杂可使N型a-Si∶H薄膜电导激活能降低而使薄膜的暗电导率升高,但过量的C掺杂使N型a-Si∶H薄膜非晶网络结构有序度严重恶化,电导率出现明显下降趋势。