基于磁控溅射技术沉积光伏电池用硅基薄膜材料的研究

硅基薄膜太阳能电池是光伏电池领域最具有发展前景的组件。采用非平衡磁控溅射技术制备氢化硅薄膜和SiNx/Si纳米多层膜,并对其结构与性能进行了分析。结果表明,Si∶H薄膜呈现出非晶硅和硅纳米晶颗粒复合结构;随着溅射混合气中氢气含量的增加,Si∶H薄膜的晶化程度增强;Si∶H薄膜的光学带隙均高于2.0eV。利用交替磁控溅射方法沉积的SiNx/Si纳米多层膜结构,其呈现出非晶相。

基体偏压对反应磁控溅射ZrN/α-SiN_x纳米多层薄膜结构及性能的影响

采用中频磁控溅射技术在3种偏压条件下(0、-80、-300V)于AISI 440C钢及单晶Si(100)基体表面制备了ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜.通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了各纳米多层薄膜微观组织结构,并通过纳米压入仪与真空球-盘摩擦试验机分别测试了各薄膜力学及真空摩擦学性能.重点研究了基体偏压对ZrN/α-SiNx纳米多层薄膜微观组织结构,进而对其力学及摩擦学性能的影响机制.结果表明:较低的基体偏压会导致纳米多层薄膜中ZrN层差的结晶状态,而较高的基体偏压则易于引起ZrN层与SiNx层层间界面的交混.上述两种薄膜组织及结构的变化均不利于该纳米多层薄膜力学及摩擦学性能的改善.在适宜的偏压条件下(-80 V),ZrN/α-SiNx薄膜呈现出具备良好层间界面的晶体/非晶体纳米多层结构,与其他偏压条件制备的纳米多层薄膜相比,该薄膜表现出更好的力学及摩擦学性能.

沉积温度对TiN/SiN_x多层膜结构及力学性能的影响

采用反应磁控溅射方法,在不同沉积温度条件下制备了一系列多晶TiN/SiNx纳米多层膜,并用X射线衍射仪(XRD)、X射线反射仪(XRR)及纳米压痕仪(Nanoindenter)表征了材料的微观结构及力学性能。结果表明,沉积温度对多层膜的界面结构、择优取向及力学性能有显著影响:当沉积温度为室温时,多层膜的界面较高温条件下粗糙;而多层膜的择优取向在沉积温度为400℃时呈现强烈的TiN(200)织构;多层膜的硬度及弹性模量在室温至400℃温度范围内变化不大。

全介质硅基微腔结构的模拟与实验研究

硅基微腔结构在许多光学与光电子器件领域都有重要的应用.针对微腔结构在热光伏系统中的可能应用,结合理论与实验进行了研究.通过利用等离子体增强化学气相沉积技术制备了非晶氮化硅与氮氧化硅薄膜,获得相应的光学常数,然后利用软件模拟研究不同结构的微腔的光学特性,进而制备一维光子微腔结构,在中心波长为1.1μm和2.0μm处分别获得81%和56%的选择性透射率;同时,对薄膜吸收对微腔特性的影响进行了分析.

多层SiN_x/Si/SiN_x薄膜的微结构及其发光性能

采用双极脉冲磁控反应溅射结合快速热处理技术在硅衬底表面制备多层SiNx/Si/SiNx薄膜。利用拉曼光谱和光致发光(PL)光谱研究退火处理对薄膜微结构及其发光性能的影响。拉曼测试结果表明薄膜经高温度退火处理后会出现晶态比为30%的单晶和非晶共存的硅纳米颗粒,其尺寸约为6.6nm;而光致发光谱的测试结果则表明薄膜中单晶硅和非晶硅纳米颗粒的尺寸分别为3.79nm和3.03nm;此外还发现薄膜的发光现象主要是由于缺陷态和量子点的量子限域效应的共同作用,并以缺陷态引起的发光为主。

基于等离子体增强化学气相沉积技术的光电子器件多层抗反膜的设计和制作

针对光电子器件端面抗反镀膜的要求,研究了基于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术的多层抗反膜的设计和制作.首先,对影响SiNx折射率的因素进行了实验研究,确定了具有大折射率差的SiO2/SiNx材料的PECVD沉积条件.根据理论计算分析,设计了四层SiO2/SiNx抗反膜结构,能够在70nm的波长范围内实现低于10-4的反射率,并且当单层膜厚度变化在±5nm以内时,中心波长1550nm处的反射率低于5×10-4.根据计算结果,在F-P激光器端面进行了SiO2/SiNx多层抗反镀膜的制作.对输出光功率谱的测试分析表明,在1535—1565nm范围内的残余反射率达到了10-4量级。