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%。

基于反射和透射光谱的氢化非晶硅薄膜厚度及光学常量计算

采用紫外-可见透射光谱仪测量了对靶磁控溅射沉积法制备的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜的透射光谱和反射光谱.利用T/(1-R)方法来确定薄膜的吸收系数,进而得到薄膜的消光系数;通过拟合薄膜透射光谱干涉极大值和极小值的包络线来确定薄膜折射率和厚度的初始值,并利用干涉极值公式进一步优化薄膜的厚度值和折射率;利用柯西公式对得到的薄膜折射率进行拟合,给出了a-Si:H薄膜的色散关系曲线.为了验证该方法确定的薄膜厚度和光学常量的可靠性,将理论计算得到的透射光谱与实验数据进行了比较,结果显示两条曲线基本重合,可见这是确定a-Si:H薄膜厚度及光学常量的一种有效方法.

Ti—Fe机械合金化中氢致非晶化的研究

研究了氢原子对Ti－Fe系机械合金化的影响.应用XRD，DSC；TEM等方法测试了Ti—Fe系和Ti-Fe-TiH2系的机械合金化反应过程和产物结构的特征.研究结果表明，氢原子在机械合金化过程中诱导非晶TiFe相的形成由于氢原子的影响，非晶TiFe（H）相的结构弛豫温度和晶化温度低于机械合金化得到的非晶TiFe相相应的温度.

氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜稳定性的研究进展

氢化非晶硅(a-Si∶H)是一种重要的光敏感薄膜材料,其稳定性的好坏是决定能否应用于器件的重要因素之一。介绍了a-Si∶H薄膜稳定性的研究进展,论述了a-Si∶H薄膜的稳定性与Si-Si弱键的关系,分析了光致衰退效应(S-W效应)产生的几种机理,提出了在薄膜制备和后处理过程中消除或减少Si-Si弱键以提高a-Si∶H薄膜稳定性的方法。

氢等离子体退火对氢化非晶硅结构有序度的影响

室温下利用氢等离子体退火技术对氢化非晶硅 (a_Si:H)薄膜进行处理 ,通过傅立叶红外、光吸收、拉曼光谱 3种测试手段对非晶硅的微结构进行了分析 ,发现不同的退火时间对a_Si:H的微结构影响很大 ,氢等离子体在与薄膜的化学反应过程中主要表现为原子氢 (H0 )与薄膜的反应 .化学势很高的H0 能将Si_Si弱键转变成Si_Si强键 .硅网络结构发生弛豫 ,使结构由无序向有序转变 ,从而能够降低晶化温度与退火时间 .

栅极绝缘层工艺优化对氢化非晶硅TFT特性的改善

在TFT小型化趋势下,需要进一步提高氢化非晶硅薄膜晶体管的TFT特性,尤其是开态电流特性。本文结合生产实际,阐述了工艺上改善氢化非晶硅开态电流特性的方法,包括提高单位面积栅绝缘层电容和改善载流子迁移率。实验结果表明,降低高速沉积栅绝缘层的气压和厚度,能有效提高单位面积栅极绝缘层电容。增加低速沉积栅绝缘层的Si/N比及优化氢等离子体处理工艺,可以有效改善载流子迁移率。

氢化非晶硅薄膜H含量控制研究进展

氢化非晶硅薄膜(a-Si∶H)是目前重要的光敏材料,而薄膜中的H含量及组态对薄膜的稳定性有着极其重要的影响。介绍了H对薄膜稳定性影响的原理,提出了控制薄膜中的H含量的必要性。分析了H在H稀释硅烷法制备氢化非晶硅中的作用,论述了制备工艺中衬底温度、H稀释比、气体压强等对薄膜H含量的影响及其机理,并对用不同方法控制H含量的优缺点进行了比较,分析了通过以上三种方法控制薄膜H含量的局限性。探寻了控制薄膜H含量的新方法,并对该领域的发展方向进行了展望。

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 .

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．

PECVD法沉积氢化非晶硅薄膜内应力的研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术在硅基底上沉积了氢化非晶硅(α-Si:H)薄膜,通过纳米压入仪、电子薄膜应力分布仪、傅里叶变换红外光谱仪等表征技术,研究了沉积时的工艺参数(射频功率、沉积温度、工作压强)对薄膜内应力的影响,对薄膜的本征应力、热应力进行分析,并探讨了射频功率对薄膜红外吸收光谱的影响。研究结果表明,提高射频功率能够使薄膜从张应力转变为压应力,且压应力随射频功率的增大而增大;提高工作压强能够使薄膜从压应力转变为张应力;应力随沉积温度的升高而增大;薄膜中氢含量、SiH组态、SiH2组态含量随射频功率的增大而增大。通过优化工艺,得到了沉积具有较小张应力薄膜的工艺参数(射频功率30W,沉积温度250℃,气体流量80cm3/min(标准状态),工作压强67Pa),并将其成功应用于非晶硅薄膜自支撑悬空结构。

储氢合金中氢致非晶化的研究进展

储氢合金被认为是一种良好的储氢介质,其循环过程中的高吸放氢量更是学者们的研究重点。但储氢合金中的储氢容量不可避免会发生衰减,其衰减机理主要有:合金颗粒粉化、电化学腐蚀与氧化以及氢致非晶化(HIA)。其中,HIA发生于含Lave相的AB2型合金氢化物或Lave相为子单元的AB3~3.8型稀土镍系合金氢化物中。影响HIA发生的因素主要有氢浓度、氢压力、温度、循环次数、物相类型。当氢浓度较低时,合金吸氢发生部分HIA;随着氢浓度的增加,氢化物发生HIA程度严重。HIA发生与氢压、温度的临界值有关,高于临界值时,HIA现象严重,低于临界值时,非晶与晶态氢化物共存。随着循环次数的增加,HIA现象严重,这直接降低了合金的放氢效率。有研究者指出,可通过调整物相改善合金的吸放氢性能。采用Mg、Pr、Sm和Co、Mn、Cu、Fe、Al分别部分替代RENi2(RE=稀土)合金中RE和Ni,虽然形成的合金吸氢时仍会发生HIA,但其吸放氢性能得到显著改善。这是因为经调整的合金由单一的AB2型Laves相转变为AB2型Laves相和CaCu5型AB5相混合物相,AB2相吸氢时会发生HIA,而AB5相则始终为晶态,不发生HIA。随着循环次数的增加,Fe、Mn、Si等元素部分替代Ni后合金发生HIA的速率不同。AB2或含AB2子单元的物相吸氢发生HIA由易到难的顺序为(La,Mg)Ni2>(La,Mg)Ni3>(La,Mg)2Ni7>(La,Mg)5Ni19。为了延缓或抑制HIA的发生,可以从适量合金元素替代、增大AB5结构层比例或含量、合金氢化物的再结晶等角度进行研究。本文归纳了AB2型或含AB2相子单元的合金吸氢发生HIA的研究进展,分别对发生HIA的必要条件、影响因素、现象与原因等进行了介绍,提出了HIA的延缓措施并展望了其应用前景,以期为研制出长寿命、高容量的储氢合金提供参考。

Fe掺杂氢化非晶碳薄膜制备及其热稳定性能

以H2、反式-2-丁烯(T2B)和二茂铁混合气体为工作气体,用金属有机等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备了Fe掺杂氢化非晶碳(a-C:H:Fe)薄膜。使用X射线光电子能谱(XPS)对a-C:H:Fe薄膜成分进行了分析。使用台阶仪、场发射扫描电镜(FESEM)、热重分析和紫外可见分光光度计(UV-VIS),对比分析了a-C:H薄膜和a-C:H:Fe薄膜的沉积速率、表面形貌、热稳定性和光学带隙变化。研究表明:相同制备条件下,相比a-C:H薄膜,a-C:H:Fe薄膜的沉积速率高,表面颗粒小,容易碳化,光学带隙变窄。

氢化非晶硅薄膜类TO模的喇曼特征

文中给出了不同制备衬底温度（Ｔｓ）氢化非晶硅薄膜的喇曼谱，对类ＴＯ模（Ｔ—ｌｉｋｅｍｏｄｅ）的喇曼峰位形变化特征及与之相应的物理结果给出了较详细的讨论：惯用描述Ｓｉ－Ｓｉ原子间互作用的莫尔斯（Ｍｏｒｓｅ）势，在α─Ｓｉ：Ｈ结构中已不再适用，需由Ｔｅｒｏｓｆｆ势取代．此外，还简述了出现ＬＯ，ＬＡ振动模式的可能结构及其物理机制．最后，给出了新结构序参量Ｃ（非谐性势Ｖ（ｒ）ｎ＝０，１，２，…中四次方项系数与三次方项系数之比）与结构间的关联．这些都进一步地揭示了氢化非晶硅膜结构的特征．

高能电子辐照导致氢化非晶硅的微晶化

氢化非晶硅 (a -Si:H)是无序硅网络中嵌入一定量H原子的非晶态硅—氢合金膜 ,结构上存在许多不稳定的弱Si-Si键及各种畸变键 ,在光、电老化过程中 ,它们会断裂或变形 ,导致缺陷态的增加 ,使材料性能变坏。a -Si:H微晶化后 ,这些缺点将得到有效的克服。结果发现 ,用 0 .3- 0 .5MeV、注入束流密度 1.3× 10 19cm- 2 s- 1的高能电子辐照 10 - 6 0 0s,a -Si:H膜会出现微晶化现象 ,晶粒大小为 10 - 2 0nm ,晶化层厚度为 2 5- 2

氧、硼、磷掺杂对氢化非晶硅中铒1.54μm发光的作用

利用等离子体增强化学气相淀积 (PECVD)技术生长氧、硼、磷掺杂的氢化非晶硅薄膜。在室温下注入铒离子后研究三种掺杂元素对铒离子发光的作用。室温下观察到很强的光致发光现象。氧的引入并且和铒离子形成发光中心 ,提高了铒离子的发光强度。退火实验表明氧、硼、磷的掺杂补偿了材料中的缺陷 ,提高了氢的逃逸温度 ,改善材料的热稳定性 ,使材料的退火温度因掺杂元素的加入而提高 ,铒的发光得到增强。讨论了铒离子的发光机制。

氢化非晶硅激光诱导结晶膜微结构的椭偏谱分析

用XeCl准分子激光器对氢化非晶硅（a－Si：H）薄膜进行了诱导晶化处理。测量了结晶膜的椭偏谱。利用多层膜模型与Bruggeman有效介质近似（B－EMA）分析了结晶膜的微结构特性。研究表明：低能量密度辐照形成的结晶层需用含有a－Si：H的EMA混合物表征，说明其结晶度相对较低；而高能量密度辐照形成的结晶层，因其结晶度较高，可用不含a－Si：H的EMA混合物表征．在结晶膜与衬底之间形成了互混层，其厚度随能量密度增大而增大。当能量密度较高时，结晶层会与互混层剥离．采用椭偏谱数据拟合得到Si浓度的深度剖面分布后，可据此重构结晶膜的三维表面形貌图．

氢化非晶氮化硅薄膜的光学特性研究

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积 (HWP -CVD)技术以SiH4 和N2 为反应气体沉积了氮化硅 (SiN)薄膜 ,利用傅里叶红外吸收谱 (FTIR)、紫外 -可见透射谱 (UV -VIS)等对薄膜的键合结构、光学带隙等参量进行了测量与分析 .结果表明 ,采用HWP -CVD技术能在较低的衬底温度下制备低H含量的SiN薄膜 ,所沉积的薄膜主要表现为Si -N键合结构 .适当提高N2 /SiH4 比例将有利于薄膜中H含量的降低 .

氢化非晶硅双极性场效应晶体管

本文着重研究了玻璃栅介质(GGI)氢化非晶硅双极性场效应晶体管(α-Si:HBFET)的转移特性,并比较了SiO_2和SiO_2/α-SiN_x:H栅介质α-Si:HFET的性质.业已发现:(1)硼掺杂和磷掺杂不仅可以人大地提高(GGI)α-Si:HBFET的电流驱动能力,而且可以大大地改善其双极对称性.(2)(GGI)未掺杂α-Si:HBFET可以用来构成静态特性良好的CMOS倒相器.(3)SiO_2栅介质α-Si:HFET具有典型的双极性,但是SiO_2/α-SiN_x:H栅介质α-Si:HFET则不是双极性的.

氢化非晶硅光吸收系数的计量模式对少子扩散长度测量的影响

报道了a—Si:H的光吸收系数计量模式对少子扩散长度SPV法测量结果的影响。得出了a-Si:H表面存在氧化层的结论,并导出了一个与实际情况较符合的吸收系数α的计量模型。实验证明这个新模型对a-Si:H/snO_2/Glass样品的实际测量结果与理论符合得很好。

微量硼掺杂氢化非晶硅薄膜光电导性能研究

采用射频磁控溅射的方法制备了微量硼掺杂氢化非晶硅薄膜,对样品的光电导性能进行了研究。结果表明,不同的硼掺杂量下,氢化非晶硅薄膜透过率随掺杂量的增加而变大,透过率曲线截止边红移;吸收系数随着硼掺杂量的增加而增大;薄膜的折射率随着波长的增加而下降,同一波长下随着掺杂量的增加而增大,在500nm波长处折射率达到4.2以上,最大到4.6;薄膜的交流电阻率在微量硼掺杂下随着硼掺杂量的增加先减小后增大。