非晶硅薄膜的制备及连续激光晶化

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太阳能电池的发明与应用为缓解能源危机和环境污染起到了巨大作用,在众多种类的太阳能电池中,硅基太阳能电池占据了主体地位,原因在于其原材料硅为半导体材料且存储量非常高,它的发展经历了单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池以及非晶硅薄膜太阳能电池。其中非晶硅薄膜太阳能电池相比前两者节省了大量的原材料,大大降低了生产成本,获得充足的发展,目前其生产工艺已经较为成熟。然而非晶硅薄膜太阳能电池存在两个严重的缺点:一是非晶硅对长波段的吸收利用率低,影响了电池的转化效率;二是电池存在“光致衰减”效应,经过的长时间使用后其转化效率大大降低。为此人们想出各种办法来克服这些缺点,其中引人关注的是用多晶硅薄膜来替代非晶硅薄膜,多晶硅薄膜不仅对长波段的光敏感,而且能大大克服“光致衰减”效应,是人们公认的理想光伏材料。制备多晶硅薄膜的方法有很多,主要可以分为直接沉积法和二次晶化法两种,前者是直接在一定的实验条件下沉积出多晶硅薄膜,比较常用的方法有气相沉积法和液相外延法,后者是先制备非晶硅薄膜,之后通过一些手段将非晶硅薄膜转化为多晶硅薄膜,主要方法包括高温炉退火法、快速热退火法、金属诱导晶化法和激光晶化法等。激光晶化法的原理是利用激光的高能量,在对薄膜表面瞬间加热退火晶化的同时不影响衬底,因此可以采用廉价的玻璃、陶瓷等材料,从而生产成本大大降低,受到人们广泛的关注。在激光晶化过程中,衡量晶化效果的因素主要有两个:一是晶化率,晶硅的晶化率越高,晶化效果越好;二是结晶均匀性,薄膜结晶越均匀,晶化效果越好。本文首先利用磁控溅射法制备了非晶硅薄膜,之后采用连续激光对薄膜进行晶化,探索了非晶硅薄膜的制备过程中各种实验参数对沉积速率的影响,以及激光晶化法制备多晶硅薄膜中各种工艺参数对晶化效果的影响,具体工作内容如下:1.利用直流磁控溅射制备非晶硅薄膜,研究了溅射功率、氩气分压对沉积速率的影响。2.以连续氩氪离子激光器为激光光源,改变激光功率密度,研究其对晶化效果的影响。3.改变激光照射时间,研究其对晶化效果的影响。4.改变衬底,研究其对晶化效果的影响。5.改变激光波长,研究其对晶化效果的影响。6.改变激光扫描方式,探究薄膜的晶化效果。
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