多形態(tài)多晶硅薄膜微觀結(jié)構(gòu)及與光電性能關(guān)聯(lián)特性研究.pdf

1、硅薄膜型太陽能電池在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域處于重要地位，具有工藝簡單、成本低、能量轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)。多晶硅薄膜太陽能電池由于不存在光致衰退效應(yīng)以及轉(zhuǎn)換效率較高等特點(diǎn)，逐漸成為硅薄膜型太陽能電池的主流。迄今為止，多晶硅薄膜方面的研究已較為成熟，特別是在工藝制備方面，然而，對多晶硅薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、表面特性、電學(xué)特性、光學(xué)特性及其關(guān)聯(lián)仍存在許多不同的認(rèn)識。本文從不同形態(tài)的多晶硅薄膜的微觀結(jié)構(gòu)入手，研究了薄膜內(nèi)應(yīng)力、表面特性等微觀參數(shù)，揭示了對光電

2、性能的影響。
　　本文利用低壓化學(xué)氣相沉積法，在單晶硅襯底上，制備了柱狀、低應(yīng)力、無應(yīng)力和摻硼等四種不同形態(tài)的多晶硅薄膜。用X射線衍射儀、針尖增強(qiáng)拉曼系統(tǒng)分析了多晶硅薄膜的微觀結(jié)構(gòu)特性和表面形貌特征;用霍爾效應(yīng)測試儀和橢偏儀分別對多晶硅薄膜的電學(xué)、光學(xué)特性進(jìn)行了深入研究;為避免單晶硅襯底對薄膜拉曼散射信號的干擾，用紫外拉曼光譜儀對多晶硅薄膜進(jìn)行了研究。
　　研究了多晶硅薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及其對薄膜內(nèi)應(yīng)力和表面形貌的影響。結(jié)果表明

3、，經(jīng)退火處理后的多晶硅薄膜，晶粒變大，晶界面積減小，使得薄膜的壓應(yīng)力減小，甚至減小為零。多晶硅薄膜進(jìn)行硼摻雜之后，會有部分硼原子替代原來硅品格上的硅原子，而由于硼原子半徑小于硅原子半徑，摻雜后的多晶硅薄膜會產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。退火溫度越高及時間越長，多晶硅晶粒尺寸也會越大，但由于退火處理可以消除薄膜內(nèi)部缺陷，所以低應(yīng)力薄膜的表面粗糙度反而減小了。當(dāng)用紫外光325 nm波長作為激發(fā)光源時，由于穿透深度淺，得到的拉曼光譜在322.1 cm-1處出

4、現(xiàn)了小峰，該峰在用可見光作為激發(fā)光源時，并沒有出現(xiàn)。
　　研究了多晶硅薄膜的光電性能及其與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)特性。結(jié)果表明，當(dāng)多晶硅薄膜的晶粒尺寸變大時，晶粒間界就會減小，使得有效陷阱態(tài)密度減小，從而導(dǎo)致勢壘高度降低，電阻率會下降。硼摻雜會減小薄膜勢壘寬度，降低晶界電阻，從而使得摻硼多晶硅薄膜電阻率遠(yuǎn)小于未摻雜的多晶硅薄膜。低應(yīng)力多晶硅薄膜的內(nèi)部缺陷密度最小，勢壘高度和寬度較小，所以其表現(xiàn)出高遷移率。
　　摻雜后硼原子的引入，會