pecvd法制备本征掺硼纳米非晶硅薄膜及其性能研究

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1、浙江丈学硕士学位论文PECVD法制各本锄掺硼纳米非晶硅薄膜及其性能研究摘要纳米非晶硅(hydrogenatednano-amorphoussilicon,na-Si：}I)因具有类似非晶硅(a-si：H)的高光吸收系数(达105数量级)和光敏性，同时又具有纳米晶硅(咖州：rygtaIli舱silicon,nc．Si：H)的宽带隙晶毹1．8~2．OeV)和光照稳定性，使其成为较理想的新型太阳能电池材料。因此，该材料的研究也备受人们关注。本论文采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)，以siH4和H2为前驱体，在低硅烷浓度f=-

2、SiH4／(Sil,h+H2)一<3％，高I心电源功率密度p=591mW／cm2，衬底温度Ts--2009C，沉积压强P=-I．1Toff条件下成功制备了本征na-Si：H薄膜。系统地研究了sin4浓度f对薄膜结构以及光电性能的影响，并探讨了纳米硅晶粒的形成机理。在PECVD沉积na-Si：H薄膜的同时引入掺杂气硼烷(B2H6)，制备了掺硼的P型na-Si：H薄膜。重点研究了硼烷浓度r=B2Hd(B2H6+SiI％)、Ts、P、P等主要参数对掺硼na-Si：H结构、光电性能以及沉积速率6的影响。XRD、Raman、HRTEM测

3、试结果表明，f≤3％条件下沉积的na-Si：H薄膜具有纳米晶．非晶两相复合结构，即纳米尺度的硅晶粒镶嵌于非晶硅网络之中，晶粒主要沿(220)方向生长，晶粒尺寸d为4～lOnm，结晶率五约为10-40％。当f≥4％时，完全转变为非晶硅(a-Si：m。FTIR分析表明，随着si地浓度的降低，630cm～、2000cml处吸收峰分别移至610cml、2100em一，Si．H组态由Sill、SiH2逐渐转变为siH2、SiH3，H含量Ch也由8％下降至2％左右。经OV-vis透射光谱测试发现，由于量子限制效应，使得na-Si：H的‰可

4、达1．85～1．94eV，较e-Si(1．12eV)和a-Si：H(1．5～1．8eV)更宽。在可见光范围内，够：lO’砣×104Gin"1，较a-Si：H(103～105cm4)低，但在近红外区波段的吸收系数azloecm"1，远远高于a-Si：H(ot,2100101cm"～经光暗电导测试仪测量样品Yf,／暗电导率。砷(100lIIlwbn2)、国的结果表明，na-Si：H的电导激活能晶m0．40eV，明显低于a-Si：H(0．72eV)。其室温国高达10气一CIII-1，比a-Si：H高5个数量级，没有发现明显的光致衰退

5、(s．w)效应(4诉I．，a水10％)。采用纳米晶-非晶复合两相模型讨论了电学性能与薄膜结构的关系。由台阶仪和SEM截面观察测量薄膜厚度d得到，na-Si：H的沉积速率8<1A／s，远远低于a-Si：H的沉积速率(5～10A／s)。浙江大学碗士学位论文pECVD法制备车征，掺硼纳米非晶硅谭膜及其性能研究对掺硼na-Si：H的研究结果表明，轻掺B能进一步促进na-Si：H晶化，并主要沿(1l1)方向生长；随着f增加反而有利于晶化；由于B取代了部分与si结合的H，因此Ci较本征na-Si：H低很多；掺硼使得na-Si：H光敏性迅速

6、下降(哪。水102)，并随着r增加，光敏性逐渐消失(o鼬国(10)。轻掺B可以进一步提高na-Si：H的E0，最高可达2．0eV左右；掺硼na-Si：H室温国比a-SiC：H要高2q个数量级，可通过掺B量来调节国。SilLd(SiH4+H2一％，BzH6／(SiH4+B2H6)=5×104，1",--150℃，p．--200mW／cm2和P=0．81．町是较优的制备高明、宽‰掺硼na-Si：H薄膜的实验参数。na-Si：H因具有较高的光吸收性、良好的导电性和光照稳定性，使其可能成为一种较理想的新型太阳电池本征层材料。轻掺硼na

7、-Si：H的E嘟接近a-SiC：H(2．04ev)，又具有良好的导电性，因此有望代替vSiC：H作为太阳能电池的窗口层材料。关键词：RF-PECVD；纳米非晶硅；硼掺杂；Si_H组态；光学带隙；吸收系数；S-W效应：电导激活能浙江大学硕士学位论文PECVD法制各本征，掺硼纳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