硅納米線太陽電池的生長機(jī)理研究與原位退火表征.pdf

1、徑向PN結(jié)（Radial Junction）結(jié)構(gòu)已經(jīng)被證明為新一代的高性能太陽能薄膜電池的設(shè)計(jì)，而對硅納米線（SiNWs）有效結(jié)構(gòu)和形態(tài)的控制，對于推動這種一維結(jié)構(gòu)的新一代光電器件的使用非常關(guān)鍵。本研究主要研究了硅納米線在較低溫度下，利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD）在較低溫度下生長硅納米線，制備了不同的生長時(shí)期的硅納米線的樣品，利用透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）表征，觀察不同生長階段獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征，

2、進(jìn)而對硅納米線的生長機(jī)理進(jìn)行研究。主要有以下內(nèi)容：
　?。?）對不同生長時(shí)間的硅納米線樣品進(jìn)行SEM表征，觀察到硅納米線從Sn液滴開始，到生長為成熟硅納米線的形貌變化，并對彎曲扭折等現(xiàn)象進(jìn)行分析。從 Sn液滴吸收硅原子開始，液滴不斷長大至硅原子過飽和析出，約1min后硅納米線生長迅速，生長至30min的硅納米線，其長度可達(dá)2000nm，此時(shí)納米線呈錐形形貌。在生長90min的硅納米線中，其長度可達(dá)4000nm，而頂?shù)撞坎罹鄿p小。對

3、于硅納米線生長過程的現(xiàn)象解釋依賴于進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)觀測，從而揭示硅納米線的生長機(jī)理。
　?。?）對不同生長時(shí)間的硅納米線樣品進(jìn)行TEM表征，觀察硅納米線在生長過程中的晶體結(jié)構(gòu)和晶相等變化，發(fā)現(xiàn)硅納米線的生長分為三個(gè)階段。在階段一中（0至30min），硅納米線頂部的Sn液滴與側(cè)面的Sn薄層同時(shí)存在，硅納米線的軸向生長迅速，未見明顯徑向生長。另外，階段一中出現(xiàn)罕見的六方結(jié)構(gòu)的晶硅。階段二中（生長30至90min），頂部的Sn液滴逐漸耗盡，

4、側(cè)面Sn薄層仍存在，促進(jìn)軸向與徑向的生長。此階段硅納米線由單晶硅芯和多晶硅內(nèi)殼組成。階段三中，生長時(shí)間超過90min，Sn完全耗盡，暴露在等離子氣氛中的納米線上繼續(xù)沉積非晶硅a-Si:H。此階段中，硅納米線具有芯-內(nèi)殼-外殼的結(jié)構(gòu)，分別為單晶硅芯，多晶硅內(nèi)殼，非晶硅外殼。
　?。?）原位退火實(shí)驗(yàn)用于驗(yàn)證生長初期的硅納米線的穩(wěn)定性。生長初期的硅納米線中的六方晶硅在700℃退火下很快熔化。在生長90min的納米線上利用高度聚焦的電子束