磁控溅射制备a-Si:H/c-Si异质结及硅量子点多层膜结构性能研究

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能源危机、环境污染与温室效应是人类社会发展正面临的重大挑战,开发新能源和可再生清洁能源成为21世纪最具决定影响的研究领域之一。太阳能做为可再生清洁能源,当前开展对太阳能电池研究与开发的显得尤为重要。HIT太阳能电池和多带隙硅量子点太阳能电池是硅基薄膜太阳能电池发展的趋势之一。基于磁控溅射技术探索溅射工艺对硅基薄膜太阳能电池材料结构和光电性能的影响为提高太阳能电池光电性能及降低组件成本开拓了一条崭新的道路。   本文采用直流磁控溅射技术,在载玻片衬底上和(100)晶面N型直拉单晶硅片衬底上分别制备了P型a-Si:H薄膜材料以及构成HIT太阳能电池基本器件的a-Si:H(p+)/c-Si(n)异质结;采用常规磁控溅射和反应磁控溅射交替沉积,在(100)晶面N型直拉单晶硅片衬底上制备了硅基底a-Si/SiNx多层薄膜材料,并对该多层膜进行真空1200℃保温3小时随炉冷却的退火处理,得到nc-Si/SiNx多层膜量子点结构。通过对所制备试样的测试分析,讨论了溅射时间和溅射气体流量对试样结构和性能的影响,结果如下:   (1)在使用直流磁控溅射技术制备非晶硅薄膜的过程中通入H2,能有效地在薄膜中引入H原子,腐蚀高能原子基团、补偿悬挂键,起到钝化作用,增强了a-Si:H薄膜材料的有序化程度:而且通过改变溅射时间和溅射H2流量,能实现对a-Si:H薄膜在可见光区域平均透过率T和带隙宽度乓的控制,并且得到:溅射时间越长、氢气流量的增加对a-Si:H薄膜Eg和CH(薄膜结构有序化程度)的增幅影响越大;溅射H2流量越大、溅射时间的延长对a-Si:H薄膜Eg和CH(薄膜结构有序化程度)的降幅影响越小。   (2)由于P型a-Si:H薄膜Eg和CH(薄膜结构有序化程度)的改变对a-Si:H(p+)/c-Si(n)异质结光电性能共同作用影响的不平衡,导致直流磁控溅射溅射沉积P型a-Si:H薄膜过程中,溅射氢气流量和溅射时间的改变对a-Si:H(p+)/c-Si(n)异质结光电性能的影响呈非线性变化关系;   (3)利用常规磁控溅射和反应磁控溅射交替沉积能制得界面清晰的a-Si/SiNx多层膜结构,并通过对经真空1200℃保温3小时随炉冷却的退火处理后试样的TEM分析发现:该多层膜存在以硅(111)晶面择优生长的量子点结构,并且硅量子点的尺寸以及分布区域、   分布密度的变化趋势,依赖于因溅射工艺不同而导致的多层膜结构中N/Si元素原子数量   比和N原子在薄膜中弥散化程度的变化。
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