PECVD法制备掺磷非晶硅薄膜及其结构和性能的研究

论文摘要

当前,非晶硅薄膜太阳能电池以其成本低,工艺简单,能量回收时间短等优点得到了广泛关注。根据衬底状况和各层沉积顺序的不同,非晶硅薄膜太阳电池可分为p-i-n和n-i-p两种结构。n层和p层共同构建非晶硅薄膜太阳能电池的内建电场,两层直接影响电池的开路电压（Voc）,短路电流密度（Jsc）,所以n层对整个电池的性能起着重要的作用。本文通过射频等离子增强化学气相沉积（：RF-PECVD）,以氢稀释的硅烷（SiH4）为反应气体,磷烷（PH3）为掺杂气体,制备了n型氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜。本论文研究磷掺杂浓度,辉光放电功率,衬底温度对非晶硅薄膜结构和光电性能的影响,薄膜微结构通过XRD和拉曼散射光谱进行表征,薄膜透过率通过紫外可见光分光度计来测试,折射率和消光系数通过NKD-7000W光学薄膜系统拟合得出,暗电导率通过高阻仪测试。结果表明：在本实验条件下沉积的硅薄膜都是非晶态；非晶硅薄膜折射率在R=0.8%（R=PH3/SiH4）时最大,消光系数随着掺杂浓度增加而增大,暗电导率随着磷掺杂浓度先增加后降低,薄膜表面粗糙度基本不受掺杂浓度影响；非晶硅薄膜折射率随着辉光功率增大先增加后减小,功率为70W达到最大值3.7,暗电导率在100W最大,最大值为9.32×10-3S/cm；衬底温度在60～300℃内变化,非晶硅薄膜暗电导率是先上升后下降,200℃时电导率值达到最大,为1.88×10-2S/cm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光伏发电是促进社会发展的最佳能源形式
• 1.2 太阳能电池种类和原理
• 1.2.1 太阳能电池种类
• 1.2.2 太阳能电池的原理
• 1.3 非晶硅薄膜
• 1.3.1 非晶硅薄膜的结构特点
• 1.3.2 非晶硅薄膜材料的电学性能
• 1.3.3 本征a-Si:H的光学特点
• 1.3.4 光致衰减效应（Staebler-Wronski Effect）
• 1.3.5 非晶硅薄膜制备方法
• 1.4 非晶硅薄膜太阳能电池
• 1.4.1 非晶硅薄膜太阳能电池结构
• 1.4.2 非晶硅薄膜太阳能电池的优势和劣势
• 1.5 选题的目的及研究内容
• 2 实验设计
• 2.1 非晶硅薄膜的沉积工艺流程
• 2.1.1 玻璃基片的清洗
• 2.1.2 非晶硅薄膜制备流程
• 2.2 非晶硅薄膜性能表征
• 2.2.1 非晶硅薄膜光学性能测试
• 2.2.2 非晶硅薄膜暗电导率测试
• 2.2.3 非晶硅薄膜激光拉曼（Raman）分析
• 2.2.4 非晶硅X射线衍射（XRD）分析
• 2.2.5 非晶硅薄膜表面形貌分析
• 3 磷掺杂对a-Si:H薄膜结构及光电性能的影响
• 3.1 磷掺杂对薄膜微结构的影响
• 3.1.1 XRD衍射分析
• 3.1.2 拉曼散射光谱表征
• 3.2 磷掺杂对非晶硅薄膜光学性能的影响
• 3.2.1 磷掺杂对非晶硅薄膜透过率的影响
• 3.2.2 磷掺杂对非晶硅薄膜折射率的影响
• 3.2.3 磷掺杂对非晶硅薄消光系数的影响
• 3.3 磷掺杂对非晶硅薄膜电导率的影响
• 3.4 磷掺杂对非晶硅薄膜表面形貌的影响
• 3.5 小结
• 4 辉光功率对n型a-Si:H薄膜结构及光电性能的影响
• 4.1 辉光功率对n型非晶硅薄膜微结构的影响
• 4.1.1 XRD表征
• 4.1.2 Rama散射光谱表征
• 4.2 辉光功率对n型非晶硅薄膜光学性能的影响
• 4.2.1 辉光功率对n型非晶硅薄膜透过率的影响
• 4.2.2 辉光功率对n型非晶硅薄膜折射率的影响
• 4.3 辉光功率对n型非晶硅薄膜电学性能的影响
• 4.4 不同辉光功率下n型非晶硅薄膜表面形貌
• 4.5 小结
• 5 衬底温度对n型a-Si:H薄膜结构及光电性能的影响
• 5.1 基底温度对n型非晶硅薄膜微结构的影响
• 5.1.1 XRD表征
• 5.1.2 Raman散射光谱表征
• 5.2 衬底温度对n型非晶硅薄膜透过率的影响
• 5.3 衬底温度对n型非晶硅薄膜电学性能的影响
• 5.4 n型非晶硅薄膜的表面形貌
• 5.5 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 研究生期间发表的论文
• 致谢