纳米硅薄膜制备及HIT太阳能电池

在较高工作气压(332.5～399Pa)下,采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺制备了优质的本征纳米硅薄膜及掺磷的纳米硅薄膜,并采用X射线衍射(XRD)、拉曼散射(Raman) 测试技术对其进行了测试和分析.结果表明纳米硅薄膜的XRD谱中存在(111)、(220)和(331)峰位;Raman谱中显示出其薄膜中的晶粒的大小(2～5nm)符合纳米晶的要求.将制备的纳米硅薄膜初步用于栅极/ITO/n-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/p-c-Si/Al/Ag结构的异质结(HIT)太阳能电池,开路电压(Voc)达404mV,短路电流密度(Jsc)可达到34.2mA/cm2(AM1.5,100mW/cm2,25℃).     

电子束蒸发沉积重掺硅薄膜及其在低辐射玻璃上的应用

采用电子束蒸发法以普通玻璃为基板制备了重掺硅薄膜,通过SEM、EDS、透射光谱对其形貌、成分以及透射率进行了测试表征.进一步采用铝诱导低温晶化法在玻璃基板上沉积Al薄膜,对重掺硅薄膜进行铝诱导晶化.XRD测试、电学性能测试以及可见-红外光谱透射率测试结果表明,硅薄膜在温度为300℃以上出现了Si(111)的衍射峰,薄膜的导电性得到了提高,且具有较强的红外反射能力,表明在低辐射玻璃上具有一定的应用价值.同时采用电子束蒸发法制备了结构为glass/Si/Ag/Si的Ag基低辐射玻璃,通过光学性质测试和腐蚀情况观察结果表明硅薄膜具有保护低辐射薄膜的作用.     

磷掺杂对纳米硅薄膜输运性质的影响

采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术,在玻璃衬底上低温沉积了优质本征和掺磷纳米硅薄膜,并利用Raman散射谱和电导率谱对比研究了磷掺杂对纳米硅薄膜的电子输运性质的影响.研究结果表明影响本征纳米硅电导率的主导因素是载流子的迁移率,而自由载流子浓度影响有限;影响掺磷纳米硅薄膜电导率的因素既包括磷掺杂产生的自由载流子,又包括迁移率,其输运过程可用量子点隧穿（HQD）模型合理解释.少量掺磷会促进晶化,但过量掺磷会引起晶格畸变,不利于晶化率和电导率的提高.     

PECVD生长纳米硅薄膜的X射线衍射分析

等离子增强化学沉积生长的纳米硅薄膜是由纳米级尺寸的晶粒和晶界组成的厚度极薄的薄膜,采用X射线薄膜衍射法即X射线以低掠射角(1°～5°)入射,延长X射线在薄膜中的行程,同时将聚焦光路改为平行光光路,以提高来自薄膜的衍射强度,得到纳米硅薄膜的衍射峰。借此方法,研究了本征膜和掺磷薄膜的硅晶体结构及掺磷浓度对硅晶粒大小和晶格微观畸变的影响。     

纳米硅薄膜的镜反射红外光谱研究

研究探讨了镜反射红外光谱在纳米材料方面的应用。通过等离子化学气相沉积法(PECVD),制备本征和掺磷的纳米硅薄膜(nc-Si：H),利用镜反射红外光谱研究了本征和掺磷的纳米硅薄膜的光谱特征。通过实验,发现这两种薄膜中都存在多氢键合方式,PECVD工艺参数如衬底温度、直流电压和掺杂浓度对薄膜结构具有一定的影响。     

纳米硅薄膜及磁控溅射法沉积

纳米硅薄膜具有卓越的光学和电学特性,其在光电器件方面潜在的应用越来越引起人们的兴趣.讨论了用磁控溅射法制备纳米硅薄膜的微观机理及沉积参数对薄膜结构和性能的影响.其中,氢气分压、基片温度、溅射功率是磁控溅射法沉积纳米硅的关键参数,适当的温度、较高的氢气分压和较低的溅射功率有利于纳米硅的生成.     

热处理温度及掺硼对富硅氧化硅发光的影响

利用等离子体增强化学气相沉积制备了未掺杂与掺硼富硅氧化硅薄膜。在高纯N2气氛中经过600℃、800℃和1100℃热处理,发现随着热处理温度的升高,富硅氧化硅薄膜的光致发光发生了明显红移。这表明薄膜的光致发光来源逐渐由薄膜中的发光中心演变为硅纳米晶。在经过1100℃热处理的未掺杂与掺硼样品中,掺硼样品光致发光强度有明显减弱,这是由俄歇复合效应引起的。此外,在ESR测试谱中,掺硼样品的g因子为2.0020,这表明掺硼可以在薄膜基体和硅纳米晶之间的界面引入发光中心。     

特种化学气相沉积法制备大面积纳米硅薄膜的微结构和电学性能研究

采用可与Si平面工艺兼容的特殊设计的化学气相沉积系统在玻璃衬底上制备了大面积的纳米Si薄膜.高分辨率电子显微镜和选区电子衍射分析表明,成膜温度对薄膜微结构有关键影响,衬底温度的升高促进了薄膜晶态率的提高和Si晶粒的长大.660℃成膜时非晶Si薄膜基体中镶嵌了尺寸为8～12nm,晶态率为50%的纳米Si晶粒,具有明显的纳米Si薄膜微结构特征.用变温薄膜暗电导率测试系统研究表明,随成膜温度的升高,薄膜的晶态率提高、室温暗电导率提高而相应的电导激活能降低,用热激活隧道击穿机制解释了纳米Si薄膜微结构与特殊电学性能的关系.研究了原位后续热处理对薄膜微结构和电学性能的影响,发现延长热处理时间以及采用低温成膜、高温后续退火的热处理方法能有效提高纳米Si薄膜的晶态率,进而提高其室温暗电导率.     

纳米硅/单晶硅异质结二极管的电学特性

利用高真空PECVD系统在p型单晶硅上沉积掺磷n型纳米硅薄层（nc-Si:H),形成纳米硅／单晶硅Np异质结二极管,通过C－V和J－V测试研究了二极管的电学性质。C－V特性指出该异质结为突变型。J－V特性表明二极管具有很好的温度稳定性和整流特性。正偏压时二极管存在两种输运机制：小偏压时（＜0．8V）二极管电流由耗尽层纳米硅薄层一侧的载流子复合过程决定,纳米硅薄层由于能带弯曲而减小了禁带宽度,这是该二极管温度稳定性好的根本原因;大偏压（＞1．0V）时电输运符合电荷限制电流（SCLC）模型。负偏压时电流主要来自空间电荷区中的产生电流。     

稀土Nd掺杂纳米SnO2薄膜特性

对采用真空气相沉积法在玻璃衬底上制备的稀土Nd掺杂的SnO2薄膜,进行结构、电学及光学特性的测试分析.实验表明:氧化、热处理条件为500 ℃、45 min时样品性能好.采用一步成膜工艺法制备的SnO2薄膜晶粒度较小,随掺Nd浓度的增大,从31.516 nm减小到25.927 nm;两步成膜工艺法制备的SnO2薄膜晶粒度随掺Nd浓度的增大,从45.692 nm增至66.256 nm.XRD分析,掺Nd(5 at%)薄膜沿[110]、[101]晶向的衍射峰加强,薄膜呈多晶结构.掺Nd可使薄膜透光率下降,而薄膜的薄层电阻随热处理温度升高和掺Nd浓度的增大,呈先降后升趋势.