含硅量子點(diǎn)SiNx薄膜特性及其在太陽(yáng)電池中的應(yīng)用.pdf

1、硅量子點(diǎn)具有量子限制效應(yīng)特性可大大提高硅基材料發(fā)光效率和硅基太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率,因此在光電器件中有很好的應(yīng)用前景,這使它已成為半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而,硅量子點(diǎn)發(fā)光特征與含硅量子點(diǎn)薄膜結(jié)構(gòu)特性之間的關(guān)系還不清楚,導(dǎo)致其器件的可靠性難以保證。此外,硅量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用目前僅處于理論和實(shí)驗(yàn)研究的初級(jí)階段?；谶@些,本文采用PECVD法低溫下制備富硅的氮化硅薄膜,再通過退火工藝形成硅量子點(diǎn)。主要研究高溫退火處理對(duì)硅量子點(diǎn)光致發(fā)光

2、特性的影響和高溫退火處理下含硅量子點(diǎn)氮化硅薄膜化學(xué)組成及鍵合結(jié)構(gòu)變化特性。最后,基于硅量子點(diǎn)制備工藝設(shè)計(jì)和制備了一種新型結(jié)構(gòu)的含硅量子點(diǎn)異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池。本文主要研究結(jié)果如下:
　　(1)以氨氣和硅烷為工作反應(yīng)氣體,采用PECVD技術(shù)在200℃低溫下制備了含硅量子點(diǎn)的SiNx薄膜,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過Raman光譜技術(shù)、PL光譜技術(shù)和FTIR光譜技術(shù)能快速有效地對(duì)硅量子點(diǎn)進(jìn)行表征。分析光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)含硅量子點(diǎn)SiNx薄膜存在缺陷發(fā)光和量

3、子限制效應(yīng)特性發(fā)光兩種發(fā)光機(jī)制且在襯底溫度、射頻功率、腔體壓強(qiáng)和硅烷流量等參數(shù)相同的條件下,缺陷種類隨氨氣流量的增加而增加。當(dāng)氨氣流量較小時(shí),形成的硅量子點(diǎn)尺寸較大,在高溫退火處理下硅量子點(diǎn)易連接長(zhǎng)大導(dǎo)致其失去量子限制效應(yīng)特性。
　　(2)室溫下采用FTIR光譜技術(shù)和XPS光譜技術(shù)分析了不同熱退火處理對(duì)SiNx薄膜化學(xué)組成及鍵合結(jié)構(gòu)的影響。分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)退火溫度低于800℃時(shí)SiNx薄膜內(nèi)Si-H和N-H鍵斷裂后主要形成Si-N鍵;當(dāng)

4、退火溫度高于800℃時(shí)薄膜內(nèi)Si-H和N-H鍵斷裂利于N元素逸出和硅量子點(diǎn)的形成;當(dāng)退火溫度達(dá)到1100℃時(shí)N2與SiNx薄膜產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致薄膜內(nèi)N和Si原子含量比值R增加。由此詳細(xì)討論了不同溫度退火處理下SiNx薄膜的FTIR和XPS光譜演化同薄膜內(nèi)Si、N、H原子間鍵結(jié)構(gòu)方式變化之間的關(guān)系,并分析了氮化硅薄膜內(nèi)硅量子點(diǎn)的形成機(jī)理。
　　(3)采用PECVD方法和真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)設(shè)計(jì)和制備了一種新型結(jié)構(gòu)的含硅量子點(diǎn)異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能

5、電池,電池結(jié)構(gòu)為Al/SiNx減反膜/N型a-Si:H/含硅量子點(diǎn)SiNx薄膜/P型c-Si/Al。在標(biāo)準(zhǔn)條件下(AM1.5,25℃)測(cè)量了電池I-V特性曲線,獲得的電池短路電流密度Isc、開路電壓Voc、最大功率點(diǎn)電流Imp、最大功率點(diǎn)電壓Vmp、填充因子FF以及光電轉(zhuǎn)換效率分別為:1.9mA/cm2、457.5mV、1.49mA/cm2、288.6mV、0.495和0.43％。分析認(rèn)為電池串聯(lián)電阻過大和高的界面勢(shì)壘是影響太陽(yáng)能電池光