pecvd法制備本征摻硼納米非晶硅薄膜及其性能研究

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1、浙江丈學碩士學位論文PECVD法制各本鋤摻硼納米非晶硅薄膜及其性能研究摘要納米非晶硅(hydrogenatednano-amorphoussilicon,na-Si:}I)因具有類似非晶硅(a-si:H)的高光吸收系數(shù)(達105數(shù)量級)和光敏性,同時又具有納米晶硅(咖州:rygtaIli艙silicon,nc.Si:H)的寬帶隙晶毹1.8~2.OeV)和光照穩(wěn)定性,使其成為較理想的新型太陽能電池材料。因此,該材料的研究也備受人們關(guān)注。本論文采用等離子增強化學氣相沉積法(PECVD),以siH4和H2為前驅(qū)體,在低硅烷濃度f=-

2、SiH4/(Sil,h+H2)一<3%,高I心電源功率密度p=591mW/cm2,襯底溫度Ts--2009C,沉積壓強P=-I.1Toff條件下成功制備了本征na-Si:H薄膜。系統(tǒng)地研究了sin4濃度f對薄膜結(jié)構(gòu)以及光電性能的影響,并探討了納米硅晶粒的形成機理。在PECVD沉積na-Si:H薄膜的同時引入摻雜氣硼烷(B2H6),制備了摻硼的P型na-Si:H薄膜。重點研究了硼烷濃度r=B2Hd(B2H6+SiI%)、Ts、P、P等主要參數(shù)對摻硼na-Si:H結(jié)構(gòu)、光電性能以及沉積速率6的影響。XRD、Raman、HRTEM測

3、試結(jié)果表明,f≤3%條件下沉積的na-Si:H薄膜具有納米晶.非晶兩相復(fù)合結(jié)構(gòu),即納米尺度的硅晶粒鑲嵌于非晶硅網(wǎng)絡(luò)之中,晶粒主要沿(220)方向生長,晶粒尺寸d為4~lOnm,結(jié)晶率五約為10-40%。當f≥4%時,完全轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷Ч?a-Si:m。FTIR分析表明,隨著si地濃度的降低,630cm~、2000cml處吸收峰分別移至610cml、2100em一,Si.H組態(tài)由Sill、SiH2逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閟iH2、SiH3,H含量Ch也由8%下降至2%左右。經(jīng)OV-vis透射光譜測試發(fā)現(xiàn),由于量子限制效應(yīng),使得na-Si:H的‰可

4、達1.85~1.94eV,較e-Si(1.12eV)和a-Si:H(1.5~1.8eV)更寬。在可見光范圍內(nèi),夠:lO’砣×104Gin"1,較a-Si:H(103~105cm4)低,但在近紅外區(qū)波段的吸收系數(shù)azloecm"1,遠遠高于a-Si:H(ot,2100101cm"~經(jīng)光暗電導測試儀測量樣品Yf,/暗電導率。砷(100lIIlwbn2)、國的結(jié)果表明,na-Si:H的電導激活能晶m0.40eV,明顯低于a-Si:H(0.72eV)。其室溫國高達10氣一CIII-1,比a-Si:H高5個數(shù)量級,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的光致衰退

5、(s.w)效應(yīng)(4訴I.,a水10%)。采用納米晶-非晶復(fù)合兩相模型討論了電學性能與薄膜結(jié)構(gòu)的關(guān)系。由臺階儀和SEM截面觀察測量薄膜厚度d得到,na-Si:H的沉積速率8<1A/s,遠遠低于a-Si:H的沉積速率(5~10A/s)。浙江大學碗士學位論文pECVD法制備車征,摻硼納米非晶硅譚膜及其性能研究對摻硼na-Si:H的研究結(jié)果表明,輕摻B能進一步促進na-Si:H晶化,并主要沿(1l1)方向生長;隨著f增加反而有利于晶化;由于B取代了部分與si結(jié)合的H,因此Ci較本征na-Si:H低很多;摻硼使得na-Si:H光敏性迅速

6、下降(哪。水102),并隨著r增加,光敏性逐漸消失(o鼬國(10)。輕摻B可以進一步提高na-Si:H的E0,最高可達2.0eV左右;摻硼na-Si:H室溫國比a-SiC:H要高2q個數(shù)量級,可通過摻B量來調(diào)節(jié)國。SilLd(SiH4+H2一%,BzH6/(SiH4+B2H6)=5×104,1",--150℃,p.--200mW/cm2和P=0.81.町是較優(yōu)的制備高明、寬‰摻硼na-Si:H薄膜的實驗參數(shù)。na-Si:H因具有較高的光吸收性、良好的導電性和光照穩(wěn)定性,使其可能成為一種較理想的新型太陽電池本征層材料。輕摻硼na

7、-Si:H的E嘟接近a-SiC:H(2.04ev),又具有良好的導電性,因此有望代替vSiC:H作為太陽能電池的窗口層材料。關(guān)鍵詞:RF-PECVD;納米非晶硅;硼摻雜;Si_H組態(tài);光學帶隙;吸收系數(shù);S-W效應(yīng):電導激活能浙江大學碩士學位論文PECVD法制各本征,摻硼納米非晶硅薄膜及其性能研究AbstractHydrogenatednano-amorphoussilicon(na-Si:H)films,duetotheirhigIlabsorptioncuefficiem(昨105)likeamorphoussilicon

8、,wideopticalbandg印(Eo∥1.黟之.OeV)likecrystallinesilicon,andhighstabilityunderillumination,havebeenwidelystudiedintherecentyearsfortheirpoten

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