非晶硅薄膜太阳能电池材料PECVD关键技术研究

合肥工业大学硕士学位论文非晶硅薄膜太阳能电池材料PECVD关键技术研究姓名：赵晶晶申请学位级别：硕士专业：流体机械及工程指导教师：陈长琦20100401非晶硅薄膜太阳能电池材料PECVD关键技术研究作者：赵晶晶学位授予单位：合肥工业大学相似文献(4条)1.学位论文靳瑞敏中温制备多晶硅薄膜及相关理论问题的探讨2006太阳能电池在缓解能源危机和解决环境污染方面有其重要的研究和应用价值。我国当前经济处在高速发展期，能源供需矛盾突出，同时又是太阳能资源比较丰富的国家，发展太阳能电池有迫切的需求和巨大的市场潜力。太阳能电池的发展方向在于降低成本和提高效率。本文首先分析了各种太阳能电池的价格、材料二次污染、电池效率等因素，从影响太阳能电池民用化的成本和稳定性方面考虑，认为多晶硅薄膜集晶体硅和非晶硅薄膜材料优点于一身，与现有的太阳能电池生产技术具有兼容性，有可能成为制作太阳能电池的廉价优质材料，在将来极具潜力。根据处理温度不同，我们进一步把制备多晶硅薄膜电池分为高温、中温和低温路线。考虑到以玻璃材料为电池衬底，它在透光性、软化点、廉价、美观、可以与建筑一体化等优点，我们选择中温线路作为制备多晶硅薄膜电池的研究方向。制备大晶粒多晶硅薄膜是提高多晶硅薄膜电池效率的关键，本文将重点研究中温制备大晶粒多晶硅薄膜。本文研究用常规高温炉中温制备多晶硅薄膜材料的工艺参数。在550℃-1000℃温区选择不同的晶化温度和时间，发现在中温炉子退火制备多晶硅薄膜的过程中，退火温度与退火时间是相互关联的。对于同样的晶化效果，退火温度高，在较少的时间内晶化；退火温度低，在较长的时间内完成晶化。本文发现在中温炉子退火制备多晶硅薄膜的过程中，出现一系列的晶化效果好的极值点，比如940℃下退火1h，850℃下退火3h等。多晶硅薄膜的晶化效果也与不同条件下沉积的非晶硅薄膜有关。对中温光退火制备多晶硅薄膜的研究表明，退火温度与退火时间是相互关联的，同样存在一系列的晶化效果好的极值点，比如850℃下退火5分钟，750℃下退火8分钟等。并且发现700℃和750℃之间存在一个开始晶化温度点。当退火温度低于这个温度时，非晶硅薄膜晶化比较困难；而当退火温度高于这个温度时，非晶硅薄膜则很容易发生晶化。本文对比了常规高温炉和光退火两种方法，发现光退火后获得的多晶硅薄膜晶粒分布比较均匀，常规炉子退火后的薄膜晶粒分布不均匀。用两种方法都可以达到一定的晶化效果，都可以获得的相同晶粒大小的多晶硅薄膜，但光退火比常规退火的时间大大缩短。我们研究沉积温度对制备大晶粒多晶硅薄膜的影响，用PECVD法在30℃、350℃和450℃沉积的非晶硅薄膜，在相同条件下退火，350℃附近沉积的非晶硅薄膜的结晶颗粒比较低温度30℃沉积的大。这一点与以前认为，非晶硅薄膜的沉积温度越低，晶化后所得的多晶硅薄膜材料的晶粒就越大的结论不一致。本文研究PECVD沉积非晶硅薄膜的衰变，观察到在自然条件下会发生衰变，因此，中温光退火制备多晶硅薄膜的过程中，应减少中间停留的时间，尽快进入下一步工艺。本文研究了多晶硅薄膜与玻璃衬底的结合问题。发现硅薄膜与玻璃衬底有明显的分离现象，研究选择合适软化点的玻璃衬底，使玻璃的软化点温度与最高退火温度点匹配，可以避免处理过程中玻璃与硅膜相分离。在此基础上总结中温制备大晶硅薄膜的较好技术路线和工艺参数。首先用PECVD法在玻璃衬底和一定温度情况下沉积，然后用光退火制备的多晶硅薄膜。具体沉积工艺参数：真空度5.6×10'-4Pa，沉积室中电极间距2cm，工作气压133.3Pa，氢稀释比98％、衬底温度350℃、射频功率60W：退火条件：850℃下光退火5分钟。最后，本文发现在PECVD沉积硅膜和进行固相晶化过程中，晶粒大小等状态在一定范围内随着退火温度、时间的变化，出现极值点现象。本文对这种现象进行了分析，认为这与微观量子现象有紧密的联系，根据这一想法，提出等能量驱动原理，并计算了光退火制备多晶硅薄膜的过程，与实验结果一致。2.学位论文潘震氢化非晶硅薄膜的直流和射频磁控溅射法制备及其表征2009目前，硅薄膜太阳能电池的研究已成为国际光伏领域研究热点，硅薄膜太阳能电池相对于单晶硅和多晶硅太阳能电池而言，具有耗材少，成本低的特点，尤其是廉价衬底的引入，使硅薄膜太阳能电池在成本控制方面具有更强的市场竞争力。非晶硅薄膜太阳能电池制作工艺简单，衬底温度低，易于应用集成工艺和大面积生产，能够与建筑材料相结合构成光伏建筑一体化系统。它是硅薄膜太阳能电池中最具发展前途的一类电池，因此，非晶硅薄膜材料备受关注。本文采用直流和射频磁控溅射方法在玻璃基片上沉积氢化非晶硅（a—Si:H）薄膜。使用X射线衍射仪（XRD）、NKD7000W薄膜分析仪、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、显微拉曼光谱仪（Raman）、紫外—可见光透射光谱仪（UV—VIS）测试了薄膜的物相结构、膜厚、硅氢键和透过率，研究了溅射功率、基片温度和氢气分压对薄膜的结构和性能的影响。结果表明：⑴随着溅射功率的增加，薄膜的沉积速率会逐渐增大，沉积速率的增长速度随着功率的增加先增大后减小；溅射功率的增加使薄膜变厚，可见光范围内的总透过率逐渐降低；随着溅射功率的增加，薄膜的光学带隙在逐渐减小。⑵在300℃以内，基片温度的升高，基本不会影响薄膜的沉积速率、可见光范围内的总透过率和光学带隙。⑶在溅射气体氩气压力一定的情况下，提高氢气分压能够使薄膜的沉积速率减小；沉积速率的减小，相同时间里薄膜变薄，在可见光范围内的总透过率有一定程度的增加；随着氢气分压的增加，薄膜的光学带隙逐渐增加。⑷氢化非晶硅薄膜的X射线衍射谱和Raman散射谱分析证明，薄膜为非晶态，但是通过对紫外—可见光透过率光谱计算，得到薄膜的光学带隙在1.9～2.0eV左右，因此，可以认为，薄膜是以非晶态为主，其间镶嵌了少量纳米晶体的结构。⑸对比了直流溅射和射频溅射沉积硅薄膜的速率和形貌。直流溅射的平均沉积速率明显大于射频溅射的平均沉积速率；射频溅射沉积的薄膜均匀性和致密性要优于直流溅射沉积的薄膜。3.会议论文赵雷.刁宏伟.曾湘波.周春兰.李海玲.王文静晶硅表面薄膜硅钝化效果研究2008采用拉曼(Raman)光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试和少子寿命测量相结合的方法,研究了不同晶相结构的薄膜硅材料在晶硅表面上的钝化效果。结果表明,相比纳米晶、微晶等晶相结构,非晶硅的钝化效果最好。分析认为,薄膜硅材料中H原子含量越多,钝化效果越好,并且钝化效果与H原子的成键方式有关,Si-H键处于致密的非晶硅薄膜材料内,具有最佳的钝化效果,Si-H2键处于非晶/结晶相的界面上或者薄膜内的微空洞处,钝化效果较弱。4.学位论文王凯杰VHF-PECVD制备大面积硅基薄膜的研究2003硅基薄膜广泛用于太阳能电池和TFT显示领域,PECVD法是制备硅基薄膜的主要方法,但传统的13.56MHzPECVD法不能满足工业化生产大批量,低成本的要求.研究证明VHF-PECVD法可以实现大面积,高速率的沉积硅基薄膜.该论文主要进行了如下几方面的工作:在用VHF-PECVD技术沉积大面积硅基薄膜中,最主要的问题是大面积的均匀性,而影响薄膜均匀性的主要因素是电极上电场分布的均匀性.我们对电场分布进行了研究,通过实验以及文献调研发现,当激发频率在VHF频段时驻波和损耗波对电场均匀性分布影响很大,而通过选择不同的电源馈入方式可以减小它们的影响,所以电源馈入方式是解决问题的关键.通过实验,我们最终确定采用中心馈入法,用这种方法我们制备出了面积为23×24cm'2,不均匀性±10﹪的非晶硅薄膜材料.我们主要研究了如何获得大面积,均匀的,高沉积速率的器件级非晶硅材料,并就工作压力,沉积功率,流量等工作参数对均匀性,沉积速率,材料特性的影响进行了研究.研究发现在一定的范围内,适当提高工作气压可以提高膜的均匀性,而功率的变化对均匀性影响不大;而在一定范围内提高工作气压和功率都可以提高沉积速率;从膜的质量来说,气压低时较好,而功率则应适当选择.在此基础上,通过优化沉积条件在普通玻璃上制备出了不均性±1.4﹪,最高沉积速率5.5A/s,光敏性最大为2.25×10'5的a-Si:H薄膜材料.本文链接：授权使用：常州科技城六所高校(wfczkj)，授权号：263c7f31-4cfe-483e-94bc-9eb001130329下载时间：2011年3月24日