P型重掺杂硅薄膜及其在叠层电池隧道结中的应用

本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积出不同掺杂浓度的硅薄膜.利用原子力显微镜(AFM),IR和Raman散射等手段对硅薄膜的微结构进行了研究.通过测试薄膜的暗电导和激活能,对硅薄膜的电学特性进行了分析.为提高隧道结的复合速率,在隧道结的N层、P层之间插入不同掺杂浓度的硅薄膜做复合层,并测试了隧道结的电流-电压特性和透光性.实验结果表明:随着掺杂气体比例R(B2H6/SiH4)的增加,硅薄膜逐渐由微晶硅转变为非晶硅,薄膜的微结构和电学特性随之改变.隧道结复合层的最佳掺杂气体比例R=0.04,在该条件下的薄膜是含有少量品粒的非晶硅.使用该复合层的隧道结具有阻抗小、接近欧姆接触、光吸收少等优点.     

宽光谱高效硅基薄膜太阳电池的基础研究报告

介绍高绒度MOCVD-ZnO:B透明导电薄膜用作非晶硅太阳电池前电极、非晶硅太阳电池BZO/p-a-SiC:H接触特性改善、非晶硅界面缓冲层对非晶硅锗电池性能的影响以及非晶硅锗电池性能的调控等方面的研究内容及结果。首先我们将自行研制的具有优异陷光效果的掺硼氧化锌BZO用作p-i-n型非晶硅太阳电池的前电极,并且将传统商业用U型掺氟二氧化锡FTO作为对比电极。结果表明相对FTO电池,尽管BZO电池的电流优势明显,但当本征层厚度较薄时其Voc和FF却较差。原因是相对于表面较为平滑的FTO,BZO表面呈大类金字塔的绒面结构会在本征层生长过程中触发阴影效应,形成大量的高缺陷材料区和漏电沟道,进而恶化电池的Voc和FF。在不修饰BZO表面形貌的情况下,通过调节非晶硅本征层的沉积温度来消弱BZO高绒度表面引起的这种不利影响,改善后的电池Voc和FF均有提升。在仅有Al背电极的情况下,当本征层厚度为200 nm时,BZO前电极非晶硅太阳电池效率达7.34%。其次,我们采用重掺杂的p型微晶硅来改善前电极掺硼氧化锌(ZnO:B)和窗口层p型非晶硅碳(p-aSiC)之间的非欧姆接触特性。通过优化插入层p型微晶硅的沉积参数(氢稀释比H_2/SiH_4、硼掺杂比B_2H_6/SiH_4)获得了较薄厚度下(20 nm)暗电导率高达4.2 S/cm的p型微晶硅材料。在本征层厚度约为150 nm,仅采用Al背反射电极的情况下,获得了效率6.37%的非晶硅顶电池,开路电压Voc和填充因子FF均较无插入层的电池有大幅提升。第三,采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,进行了非晶硅锗薄膜太阳电池的研究。针对非晶硅锗薄膜材料的本身特性,通过调控硅锗合金中硅锗的比例,实现了对硅锗薄膜太阳电池中开路电压和短路电流密度的分别控制。借助于本征层硅锗材料帯隙梯度的设计,获得了可有效用于多结叠层电池中的非晶硅锗电池。最后,介绍了针对非晶硅锗电池本征层高锗含量时界面带隙失配以及高界面缺陷密度造成电池开路电压和填充因子下降的问题,通过在P/I界面插入具有合适带隙的非晶硅缓冲层,不仅有效缓和了带隙失配,降低界面复合,同时也通过降低界面缺陷密度,改善内建电场分布从而提高了电池的收集效率。进一步引入I/N界面缓冲层以及对非晶硅锗本征层进行能带梯度设计,在仅采用Al背电极时,单结非晶硅锗电池转换效率达8.72%。总之,通过以上优化措施,最后获得了效率为14.06%的非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结叠层太阳电池。     

P型微晶硅及其在柔性衬底太阳电池中的应用

本文以B（CH3）3（TMB）为掺杂剂,通过射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）技术,对P型微晶硅（c-Si：H）薄膜材料进行了研究.通过测试材料电学、光学及微结构特性等,研究了硅烷浓度与掺杂浓度对薄膜性能的影响.将上述材料分别应用于PEN/ZnO柔性衬底及SnO2玻璃衬底的非晶硅薄膜太阳电池中,PEN柔性衬底的非晶硅太阳电池得到了4.63%的光电转换效率,玻璃衬底非晶硅太阳电池得到了5.72%的光电转换效率.     

氢等离子体退火对氢化非晶硅结构有序度的影响

室温下利用氢等离子体退火技术对氢化非晶硅(a-Si：H)薄膜进行处理，通过傅立叶红外、光吸收、拉曼光谱3种测试手段对非晶硅的微结构进行了分析，发现不同的退火时间对a—Si：H的微结构影响很大，氢等离子体在与薄膜的化学反应过程中主要表现为原子氢(H^0)与薄膜的反应．化学势很高的H^0能将Si—Si弱键转变成Si—Si强键．硅网络结构发生弛豫，使结构由无序向有序转变，从而能够降低晶化温度与退火时间．     

分形论与非晶态硅薄膜中的分形凝聚

阐述了分形概念及其在非晶硅薄膜微结构分析中的应用.利用透射电子显微镜(TEM)观测,在不同退火温度下,采用不同于常规的原位动态观测技术,获得a-Si:H薄膜中微结构形貌像.通过两种方法计算了分形结构的分维.结果表明,分形结构与a-Si:H薄膜的性质密切相关.对a-Si:H薄膜中的分形结构与晶化之间的关系进行了讨论。     

铝膜沉积温度对非晶硅薄膜晶化的影响

采用磁控溅射(Magnetron Sputtering,MS)方法,研究了不同的退火温度及铝的沉积温度对非晶硅薄膜晶化的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)对不同温度沉积的铝薄膜表面结构及形貌进行了分析;并利用光学显微镜,拉曼散射仪(RAMAN)对退火后的薄膜表面形态和结构进行了分析.实验结果表明:适当温度退火可以有效提高对非晶硅的诱导作用,提高铝膜的沉积温度对于非晶硅薄膜晶化有促进作用;在650℃的退火温度下增加铝的沉积温度可显著提高非晶硅的晶化效果.     

非晶硅太阳电池中吸收层的氢稀释微控作用

基于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备非晶硅太阳电池,通过微量调节氢稀释(R_H),研究其对本征非晶硅吸收层的光学带隙及微结构的影响。实验结果显示当R_H由6.5增加到10时,本征非晶硅吸收层的光学带隙由1.796eV提高到1.973eV,电池效率随R_H的降低先升高后降低。并在R_H=7时达到最大值,此时的本征非晶硅薄膜的光学带隙约为1.836eV,其电池效率达到8.4%(V_(oc)=897.2mV,J_(sc)=14.86mA/cm~2,FF=62.96%)。实验表明R_H的提高并不能单调增加电池的效率。通过对微结构的分析发现,这主要是由于R_H过低或过高时,其Si-H_2键成分比例较高,微结构因子R较大,使得薄膜中缺陷较多所引起电池恶化导致的。     

a-Si_XC_(1-X)∶H薄膜的制备及其特性的研究

作为目前研制非晶硅太阳能电池的重要材料之一:a—Si_xC_(1-x)∶H 薄膜,最近已在我们实验室制备出来了。我们已对这种材料的性能:如红外吸收振动谱(IR)、化学分析电子谱(ESCA)、电子自旋共振谱(ESR)、光电导与暗电导之比(σP/σD)、光学禁带宽度(Eopt)的测量、以及制备的工艺条件等,作了初步的分析,现将实验结果简报如下:     

PECVD制备p型氢化硅氧薄膜及其光电性能研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)方法,在高气压、高氢稀释比和高功率密度条件下,以硅烷和二氧化碳为反应气体,硼烷为掺杂气体,在玻璃衬底上沉积了一系列的p型氢化非晶硅氧(p-SiOx:H)薄膜.利用Raman谱、XRD衍射谱、UV-VIS透射谱以及绝缘电阻测试仪等手段,分析了不同二氧化碳气体流量比对氢化硅氧薄膜的微结构和光电特性的影响.研究结果表明:薄膜为典型的非晶相;随着掺入气体CO2流量增加,薄膜沉积速率RG上升、光学带隙Eg及激活能Ea增大.     

非晶硅薄膜的低频辉光放电淀积

本文报导了利用低频(50赫)辉光放电法淀积非晶硅薄膜。测量了膜的电阻率、光学常数和红外吸收谱。实验表明该膜有良好的肖特基势垒特性和对硅器件的表面钝化作用。     

非晶硅薄膜在敏感器件上的应用

本文叙述了氢化非晶硅薄膜在光敏和色敏传感器上的应用。讨论了非晶硅薄膜的制备和特性,以及非晶硅光敏和色敏传感器的结构和特性,也简述了非晶硅光敏和色敏传感器的某些可能的应用。     

磁控溅射法制备铝掺杂氧化锌薄膜研究进展

铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜是一种n型半导体光学透明薄膜,具有优异的光电转换特性.综述了磁控溅射法制备AZO薄膜的研究现状.介绍了衬底温度、溅射功率、氧分压、溅射角度、衬底类型和退火温度等工艺参数对AZO薄膜的微结构、表面形貌和光电性能的影响.展望了其今后的研究方向和应用前景.     

掺杂纳米硅薄膜微结构的研究

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法成功地沉积出掺杂(主要是磷、硼)纳米硅(nc-Si:H)薄膜.利用高分辨电子显微镜(HREM)、Raman散射、X射线衍射(XRD)、Auger电子谱(AES)和共振核反应(RNR)等手段对掺入不同杂质后的纳米硅薄膜的微结构进行了系统的研究.实验结果表明,随着掺磷浓度的增加,掺杂纳米硅薄膜的晶粒尺寸减小,晶态比和晶粒密度增加.而随着掺硼浓度的增加,掺杂纳米硅薄膜的晶粒尺寸没有变化,晶态比减小,掺硼浓度达到一定程度时,则变成了非晶硅薄膜.     

氢化非晶硅膜在半导体器件表面钝化上的应用

本文叙述一种新的钝化膜——氢化非晶硅(a—Si:H)薄膜在硅半导体器件表面钝化上的应用。发现这种薄膜复盖于器件表面可以使PN结的反向漏电流明显减小,器件的小电流h_(FE)有较大幅度的提高。试验了三种不同的钝化方案,并对其钝化效果作了比较。根据实验结果,初步探讨了这种氢化非晶硅薄膜的钝化机理,指出其良好的钝化作用在于这种薄膜具有半绝缘、电中性和富含氢的特点。给出了钝化器件的长期可靠性试验结果。     

ZrC/ZrB2纳米多层膜的微结构和耐磨性

采用射频磁控溅射方法在Si(100)基底上制备了一系列ZrC/ZrB2纳米多层膜和ZrC,ZrB2单层薄膜.通过扫描电子显微镜(SEM),MS-T3000摩擦磨损仪及表面轮廓仪(XP-2)研究了薄膜的微结构和耐磨性.结果表明,多层膜的界面清晰,调制周期性好,周期为3.52 nm的多层膜摩擦系数最小,约为0.24;ZrC/ZrB2纳米多层膜的耐磨性优于ZrC和ZrB2单层薄膜;ZrC/ZrB2多层膜耐磨性提高的主要原因是,调制结构中大量界面的存在,提高了薄膜的韧性,从而增强了薄膜的耐磨性能.     

三元混晶三层薄膜系统的表面和界面声子极化激元

运用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,结合电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了三元混晶三层薄膜系统的表面和界面声子极化激元.以Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族三元混晶三层薄膜系统为例,获得了表面和界面声子极化激元模的色散关系以及表面模和界面模的频率随三元混晶组分和薄膜厚度的变化关系.结果表明,由于表面和界面数量的增加,与三元混晶量子阱和双层薄膜系统不同,在Al_xGa_(1-x)As/GaAs/Al_xGa_(1-x)As和ZnSe/Zn_xCd_(1-x)Se/ZnSe三层薄膜系统中分别存在十支和八支表面和界面模,且三元混晶的组分和薄膜厚度变化时,表面和界面声子极化激元模的频率随之呈非线性变化,其色散曲线也很好地表征了三元混晶的"单模"和"双模"性.     

PECVD法制备纳米晶粒多晶硅薄膜

采用射频等离子体增强化学气相沉积系统（RF-PECVD）以高纯SiH4为气源在P型〈100〉晶向单晶硅片上、衬底温度600℃、射频（13.56MHz）电源功率50W时沉积非晶硅薄膜,利用高温真空退火制作纳米晶粒多晶硅薄膜。采用X射线衍射仪（XRD）、Raman光谱、AFM测量和分析薄膜微结构及表面形貌,实验结果表明,退火温度为800℃时非晶硅薄膜晶化,形成择优取向为〈111〉晶向的多晶硅薄膜;退火温度增加,Raman谱TO模和TA模强度逐渐减弱;AFM给出800℃退火后薄膜晶粒明显细化,形成由20~40nm大小晶粒组成的多晶硅薄膜,薄膜晶粒起伏程度明显减弱。     

p-i-n型非晶硅薄膜电池p层材料制备及光学性能研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)方法制备非化学计量比氢化非晶碳化硅(a-SiC:H)薄膜材料,借助紫外可见(UV-Vis)光谱、激光拉曼(Raman)光谱和傅里叶变换红外(FTIR)光谱等手段,研究了p-i-n型非晶硅(a-Si:H)薄膜太阳能电池p层a-SiC:H薄膜材料的制备与光学性能.研究结果表明甲烷和硅烷掺杂比能影响a-Si:H薄膜成键情况,而射频功率一定程度上能影响薄膜沉积速率,该研究结果可为制备转换效率高、性能稳定的p-i-n型非晶硅薄膜太阳能电池提供支持.     

LTO/TaOx和LPO/TaOx复合薄膜的光电及Li+传输性能

采用FTO/LTO(LPO)/TaO_x/Al复合结构,利用磁控溅射分别制备TaO_x,LTO(Li_xTi_yO_z),LPO(Li_xPO_y)薄膜,研究了制备工艺对复合薄膜的微结构、离子传输特性的影响.重点探讨了不同退火温度LTO/TaO_x,LPO/TaO_x复合结构的光电性能和Li~+界面传输行为.结果表明,LTO/TaO_x复合结构中,电荷转移电阻在离子传输中起着重要的作用,界面电导率在很大程度上有助于总电导率;LPO/TaO_x复合结构随着退火温度的升高,电解质薄膜之间元素扩散现象加剧,总的离子电导率逐渐减小.     

不同镀膜温度下离子镀TiN与Cr/Cu接触界面形成与表面特性

使用多弧离子镀在铜基镀Cr的衬底上制备TiN薄膜，借助表面分析技术研究了不同温度下离子镀TiN与Cr/Cu接触的界面与表面性质。通过SEM、TEM观测表面形貌，微结构随温度变化；用AES和XPS测量接触界面成分随温度的变化。结果表明，在90℃下，表面TiN薄膜欠均匀，界面较清晰可辨；随着温度的升高，表面微结晶性能有所改善，在170℃时可见局部球聚隆起，出现粗细不同的类枝状结晶结构，此时TiN与Cr/Cu界面层增厚，形成较为稳定的Tr-Cr金属间化合物。TiN薄膜在金属衬底上的生长行为与衬底表面的原子结构、晶向，以及TiN与金属间的电荷转移和键合状况有关，适当的衬底温度（120℃）可以改变TiN形貌，改善其机械性能。