n-nc-Si:H低温制备工艺及其在柔性钙钛矿太阳电池中的应用

【目的】为在低温工艺下制备出适用于柔性钙钛矿太阳电池的高性能电子传输层,需要对电子传输层材料及制备条件进行研究。【方法】将n型氢化纳米晶硅薄膜作为柔性钙钛矿太阳电池电子传输层,研究衬底温度对薄膜性能的影响,并优化电子传输层与钙钛矿层界面处理工艺和结构。【结果】得到暗电导率、光透过率、表面形貌适用于柔性钙钛矿太阳电池电子传输层的n型氢化纳米晶硅薄膜低温制备条件,经过界面优化处理的柔性钙钛矿太阳电池转换效率达到14.66%。【结论】在低温工艺下制备出了高性能的电子传输层及柔性钙钛矿太阳电池,对进一步开展叠层钙钛矿太阳电池的研究具有指导意义。

H13钢氮化前后表面磁控溅射CrAlN薄膜的摩擦磨损性能

为了提高H13钢的表面耐磨性能，用直流磁控溅射法在氮化与未氮化的H13钢表面沉积CrAlN薄膜，并对处理前后的摩擦磨损性能进行了比较；用扫描电镜观察薄膜形貌，并测其厚度；测量了随炉硅片的薄膜显微硬度；用摩擦磨损试验机测试了在室温和600℃条件下薄膜的摩擦磨损性能。结果表明：薄膜平均厚度为4．8μm，硬度为23．7GPa；室温条件下材料的表面摩擦因数为0．60～0．65，600℃条件下摩擦因数为0．61～0．96；CrAlN／氮化H13钢和CrAlN／H13钢在室温摩擦时的耐磨性分别是H13钢的1．9倍和1．7倍，在600℃条件下耐磨性分别是H13钢的1．25倍和7倍。

H_2/CH_4流量比对含氢DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积法在Si（100）基体上制备不同H2/CH4流量比下的类金刚石薄膜,采用拉曼光谱、红外光谱、扫描电子显微镜（SEM）、纳米力学性能综合测试仪以及摩擦磨损试验机对薄膜的组织结构、力学以及摩擦学性能进行了分析。结果表明：该条件下制备的薄膜具有典型的类金刚石结构且膜中氢含量较高,薄膜表面光滑,膜层致密且均匀,薄膜的硬度及与基底的附着力均随着H2/CH4流量比的增加而降低。薄膜在大气环境下具有优异的摩擦学性能,在相同的载荷及转速条件下,H2/CH4流量比对薄膜的摩擦因数影响不大。当载荷为5N时,随着转速的增加,摩擦因数降低;而载荷为10N时,摩擦因数约为0.05,转速对其影响较小。薄膜的磨损率在10^-8~10^-7 mm^3/Nm之间变化,且随H2/CH4流量比的增加而增大。

a-Si∶H薄膜固相晶化法制备多晶硅薄膜

利用固相晶化法获得多晶硅薄膜 (退火温度 70 0～ 80 0℃ ) ,采用XRD、Raman等分析手段进行了表征与分析 .研究结果表明 :晶粒平均尺寸随着退火温度的降低、掺杂浓度的减少、薄膜厚度的增加而增加 ;并且退火后薄膜暗电导率提高了 2～

SiCl_4-H_2为气源低温制备多晶硅薄膜

以SiCl4 H2 为气源 ,用等离子体化学气相沉积技术 ,在衬底温度仅为 2 0 0℃时能获得多晶硅薄膜。最大晶粒达 1.5 μm ,结晶度在 90 %以上。薄膜中不含Cl、H、C、N、O等杂质 ,暗电导率高达 10 -4Ω-1·cm-1,光照稳定性好。对氯元素在低温成膜中的作用进行初步讨论。

稀土Y对H13钢表面TiN薄膜高温摩擦磨损性能的影响

利用离子镀技术,在H13钢基体上制备了TiN薄膜,并且添加稀土元素Y作为过渡层处理,进行TiN系列薄膜高温摩擦磨损性能的对比试验。结果表明,采取适当的镀膜工艺添加稀土元素Y后,TiN薄膜处理的试样的摩擦因数由0.163减小到0.129,磨损率也由0.88‰降低到0.09‰。试样表面的磨损形貌分析结果表明,TiN薄膜处理的试样表面有大片的粘着磨损破裂区和由磨粒磨损引起的较深犁沟;TiYN薄膜处理的试样则保持了较平顺的磨损表面,没有明显的粘着磨损破裂区和磨粒磨损形成的犁沟。稀土元素Y的加入,进一步改善了TiN薄膜的高温摩擦磨损性能,提高了H13热作模具的抗磨减摩效果。

沉积温度对等离子增强化学气相沉积法制备的SiN_x：H薄膜特性的影响

利用Centrotherm公司生产的管式等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备在p型抛光硅片表面沉积SiNx:H薄膜,研究沉积温度对SiNx:H薄膜的组成及光学特性、结构及表面钝化特性的影响.然后采用工业化的单晶硅太阳电池制作设备和工艺制作太阳电池,研究不同温度制备的薄膜对电池电性能的影响.测试结果表明:SiNx:H薄膜的折射率随着沉积温度的升高而变大,分布在1.926-2.231之间,这表明Si/N摩尔比随着沉积温度的增加而增加;当沉积温度增加时,薄膜中Si-H键和N-H键浓度呈现减小趋势,而Si-N键浓度逐渐升高,薄膜致密度增加;随着沉积温度的升高,SiNx:H薄膜中的氢析出导致了钝化硅片的有效少子寿命先升高后降低,并且有效少子寿命出现明显的时间衰减特性.当沉积温度为450°C时,薄膜具有最优的减反射和表面钝化效果.采用不同温度PECVD制备的5组电池的电性能测试结果也验证了这一结果.

气压对VHF-PECVD制备的μc-Si∶H薄膜特性影响的研究

本文主要研究了用VHF PECVD方法制备的不同工作气压的微晶硅薄膜样品。结果表明 :沉积速率随反应气压的增大而逐渐增大 ;光敏性 (光电导 /暗电导 )和激活能测试结果给出了相同的变化规律 ;傅立叶红外测试、X射线衍射和室温微区喇曼谱的结果都表明了样品的晶化特性 ;

掺铒a-Si∶H,O薄膜1.54μm光致发光和微结构

采用等离子化学气相淀积方法 ,改变 Si H4 和 N2 O的流量比制备含有不同氧浓度的 a- Si∶ H,O薄膜 .用离子注入方法掺入铒 ,经 30 0— 935℃快速热退火 ,在波长 1 .54μm处观察到很强的室温光致发光 .氧的加入可以大大提高铒离子的发光强度 ,并且发光强度随氧含量的变化有一个类似于高斯曲线的分布关系 ,不是单调地随氧含量的增加而增强 .研究了掺铒 a- Si∶ H,O薄膜和微结构 ,讨论了发光强度与薄膜微结构的关系 .

用椭偏法研究掺磷a-Si∶H薄膜的光学特性

用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法制备了磷掺杂氢化非晶硅（a—Si：H）薄膜。分别以50°和70°为入射角，测试了样品在300-1000nm波长的椭偏光谱，得到了其膜厚和光学常数谱（折射率和消光系数随波长变化谱），并应用Tauc作图法推算出了薄膜的光学带隙。

Si:H薄膜的微结构及输运性质

用扫描电镜观察Si:H薄膜的剖面,发现用平板电极沉积的Si:H薄膜呈柱状结构,而用环形电极沉积的膜具有层状结构。喇曼谱和X射线谱表明,这两种结构对应于微晶相的存在。测定薄膜的暗电导与温度间的关系,发现薄膜的电导激话能为各向异性。联系耦合方式讨论了薄膜的生长机制。

H_2流量对直流磁控溅射制备a-Si∶H薄膜微观结构及光学性能的影响

采用直流磁控溅射法在不同H2流量的条件下制备了a-Si∶H薄膜,研究了H2流量对薄膜微观结构以及光学性能的影响。结果表明:随H2流量的增加,a-Si∶H薄膜的沉积速率有所下降,但其原子排列的有序度上升,并出现了细小的纳米晶粒,使得薄膜的无序结构得到了一定改善。同时,薄膜的光学性能也表现出明显变化,其中透过率持续上升,而光学带隙则呈现出先增大后减小的趋势。最终得到制备a-Si∶H薄膜的最优H2流量为15 sccm。

γ辐照对a-C:H薄膜微观组织、力学性能及摩擦学性能的影响

近年来随着核能及其核装备的发展,辐照环境下高能粒子对润滑材料服役行为的影响受到越来越多的关注.本研究利用自行设计研制的磁控溅射系统制备a-C:H润滑薄膜,并对其进行伽马(γ)辐照处理.考察γ辐照康普顿效应对a-C:H薄膜微观组织、力学性能和摩擦学性能的影响.结果表明:经γ辐照后a-C:H薄膜存在由sp^(2)杂化C原子结构向sp^(3)杂化C原子结构转变的趋势,且辐照使得C-H键发生断裂,薄膜内H原子的键合能降低.伽马辐照使得aC:H薄膜的纳米机械性能显著提高,辐照样品的残余应力也随辐照剂量呈增加趋势.此外,γ辐照也使得a-C:H薄膜的摩擦系数和磨损率轻微增加.综合分析可知,γ辐照在测试剂量范围内对a-C:H薄膜的摩擦性能影响有限,但辐照诱发应力的增加是限制其在核环境中应用的主要因素.

Al/a-Si∶H复合薄膜的电导性能

采用真空热蒸发与PECVD方法 ,在经特殊设计的“单反应室双沉积”设备中沉积了Al/a Si∶H复合薄膜 ,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射、Raman及X射线光电子谱等方法对复合薄膜在不同Al层厚度和不同温度退火后的晶化及电导行为进行了研究 .结果表明 ,Al/a Si∶H复合薄膜在不高于 2 5 0℃的退火条件下即开始出现硅的晶体相 .退火温度越高 ,Al层越厚 ,形成多晶硅的量越多 .Al/a Si∶H复合薄膜的电导率受Al原子在a Si∶H中掺杂效应的影响 ,比纯a Si∶H薄膜的大 .随着硅晶体相在复合薄膜中的生成 ,复合薄膜的电导率受晶相比控制 ,晶相比增加 ,电导率增大 .

H_2O_2对溶液法制备a-IGZO薄膜光学特性的影响

基于溶液旋涂法和高压退火工艺制备了a-IGZO薄膜。采用椭圆偏振光谱分析仪以及原子力显微镜研究和分析了H_2O_2对薄膜的表面结构和光学特性的影响。实验结果表明,a-IGZO前驱液中不含H_2O_2的薄膜,退火温度从220℃升高到300℃,薄膜的光学带隙从3.03增加到3.29,而膜表面粗糙层由20.69nm降至4.68nm。在同样的高压退火条件处理下,与前驱液中没加入H_2O_2的薄膜相比,折射率显著增加并明显的降低了薄膜表面粗糙度。退火温度在300℃时,薄膜的光学带隙由3.29eV增大到3.34eV,表面粗糙层由4.68nm减少到2.89nm。因此,H_2O_2可以在相对低温条件下有效降低薄膜内部的有机物残留及微缺陷,形成更加致密的a-IGZO薄膜。证明了利用H_2O_2能够有效降低溶液法制备aIGZO薄膜所需的退火温度。

硼掺杂对用于SHJ太阳电池的nc-Si∶H薄膜微结构的影响

采用RF-PECVD法在低温低功率密度下制备了p型nc-Si∶H薄膜,并系统地研究了硼掺杂对薄膜微结构及光电性能的影响。结果表明:由于"硼掺杂效应",随着掺硼比的增大,nc-Si∶H薄膜的晶化率逐渐降低,晶粒尺寸减小,薄膜的择优取向由[111]变为[220];光学带隙逐渐减小,电导率则先升后降;本实验中薄膜的最优掺杂比为0.3%。以优化后的p型nc-Si∶H薄膜做窗口层,SHJ太阳电池的性能得到明显改善,获得了效率为14.1%的电池。

直流反应磁控溅射沉积a-C:H薄膜的微结构和摩擦磨损行为

采用直流的反应磁控溅射技术,以高纯石墨为溅射靶材和CH_4为反应气体,调节CH_4流量,在p(100)单晶硅和不锈钢基底上成功制备出系列的含氢a-C:H薄膜.利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、Raman光谱、纳米压痕仪、CSM划痕测试仪、摩擦磨损试验机等测试手段对所制备含氢a-C:H薄膜的微结构、力学性能和摩擦磨损行为进行系统表征.结果表明:随着CH_4流量的增加,含氢a-C:H薄膜的致密度呈现出微弱的先增加后减小的趋势;薄膜的沉积速率随着CH_4流量的增加逐渐增加,但增幅呈现出逐渐减小趋势;随着CH_4流量的增加,薄膜中sp^3杂化键含量及其纳米硬度和杨氏模量也呈现出先增加后减小的规律;摩擦实验结果表明当CH_4流量为8 sccm,所制备的含氢a-C:H薄膜的摩擦学性能最佳,摩擦系数为0.20,磨损率为6.48×10^(-7)mm^3/(N·m).

H/Al共掺杂对ZnO基透明导电薄膜光电性质和晶体结构的影响

利用H在ZnO中作为浅施主杂质的特性,研究了H掺杂对ZnO∶Al透明导电薄膜特性的影响。通过降低ZnO∶Al中Al的含量并同时引入H掺杂,解决了透明导电薄膜中高导电性与高透过率之间的矛盾。H的掺杂可以显著降低ZnO基透明导电薄膜的电阻率,这是由于H一方面作为施主可以提供电子从而提高了自由载流子浓度;另一方面与ZnO晶界中的O-结合降低了晶界势垒,提高了载流子迁移率。利用H掺杂,可以在Al掺杂量降低10倍的情况下,仍然能获得低电阻率(6.3×10-4Ω·cm)的透明导电薄膜,同时其近红外波段(1 200 nm)透光率从64%提高到90%。这种具有高导电性和高透光性的透明导电薄膜可以应用于各类薄膜太阳能电池中以提升器件效率。

Al诱导a-Si:H薄膜的晶化

采用等离子体化学气相沉积方法在镀Al玻璃及单晶Si衬底上制备了氢化非晶硅 (a Si:H)薄膜 ,研究了样品在不同的热处理过程中Al对其晶化过程的影响。X射线衍射测量发现 ,由于Al的存在使a Si:H的晶化温度大幅度降低 ,并得到了有强烈 (111)结晶取向的多晶Si薄膜。X射线光电子能谱分析表明 ,热处理过程中Al向Si薄膜表面的扩散降低了Si的成核温度。

a-SiN_x∶H薄膜的室温光致发光

研究了a SiNx∶H薄膜中不同氮含量样品的室温光致发光。当x≥ 0 .5时 ,在室温下观察到了较强的室温荧光 ,而且随氮含量增加 ,发光峰能量与强度不断增加。首次发现在富硅 (x≤ 1.3)样品中存在两种荧光机制 ,其临界值位于x =0 .8。当x≤ 0 .8时 ,样品表现为与a Si∶H类似的荧光特性及温度特性 ;当x >0 .8时 ,荧光强度和峰位均有大的增加 ,归一化后的低温和室温的荧光谱几乎完全重合。最后 ,采用量子限制模型并结合渗流理论解释了实验现象。