晶体硅薄膜的低温制备技术及其光学性能研究

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1、武汉理工大学硕十学位论文摘要晶体硅薄膜由于具有稳定、高效、生产成本低的特点，已经成为一种很有潜力的光伏太阳能材料，引起了当今世界范围的广泛关注。如何提高非晶硅薄膜的晶化速度和降低晶化温度是当前的研究热点之一。本文对两种晶体硅薄膜．氢化纳米硅薄膜、多晶硅薄膜进行了研究。通过射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)在相对较高的沉积压力下(100'-'--'500Pa)在玻璃衬底上沉积氢化纳米硅薄膜。对晶化度与沉积参数，如沉积压力，衬底温度，H2／Sill4流量比，进行了深入的研究。在高沉积压力下(

2、500Pa)，薄膜具有较高的晶化率和较快的沉积速率。通过x射线衍射以及场发射扫描电子显微镜对氢化纳米硅薄膜结果进行表征，利用拉曼光谱，荧光光谱，紫外可见光谱对薄膜光学性能进行了研究。由拉曼光谱分析得出薄膜的晶化率由5％提高到68％。对XRD进行分析得出薄膜平均晶粒尺寸为4．55到18．29纳米。通过紫外可见光谱用Tauc法计算出薄膜的光学带系为1．90eV到2．43eV．本文对一种新型的金属诱导方法晶化非晶硅薄膜进行了研究。化学镀制备金属镍薄膜是一种不需要外加电场，以及使用大型薄膜沉积设备，简单易行的

3、薄膜沉积方法。首先在玻璃衬底上通过化学镀的方法沉积一层约为200纳米厚的金属镍层，然后通过rf-PECVD在该层之上沉积一层约200纳米厚的非晶硅薄膜。然后将该双层薄膜式样在氮气保护的气氛下500℃退火数小时。晶化后的薄膜通过X射线衍射、拉曼光谱、场发射扫描电子显微镜和能谱仪进行分析。利用XRD和拉曼光谱分析得知薄膜已经晶化，并且晶体为(111)面取向；通过场发射扫描电镜观察薄膜表面形貌可知多晶硅横向生长距离可达5微米；镍元素在薄膜中的分布也通过能谱得到分析。关键词：氢化纳米硅，多晶硅，射频等离子体增

4、强化学气相沉积，镍诱导横向晶化，薄膜。武汉理丁大学硕士学位论文AbstractThecrystallinesiliconthinfilmswithadvantagessuchasstable，high-efficiency,andcost—effective，ithasbecomeoneofthemostpromisingcandidatesforapplicationsofphotovoltaics．Howtopromotethecrystallizationrateanddecreaseannea

5、lingtemperaturehasbeenoneofthehonestscientificresearchareasatpresent．Inthisstudy,twokindsofcrystallinesiliconthinfilms，hydrogenatednanocrystallinesilicon(nc-Si：H)andpolycrystallinesiliconhavebeenstudied．Thedepositionofhydrogenatednanocrystallinesilicon(

6、nc-Si：H)onfloatglasssubstrateatarelativehighworkingpressure(100Pa-500Pa)isperformedbyusingaconventionalRadioFrequencyPlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition(RE—PECVD)．Thepropertiesofnc-Si：H，suchaScrystallinity,opticalbandgapandphotoluminescencehavebeenstu

7、diedintermsofprocesspressure，substratestemperature，andflowrateradioofH2／SiH4．ItWasfoundthatatarelativehighpressure(500Pa)thefilmhaSgoodcrystallinityandfasterdepositionrate．StructuralcharacterizationsofthefilmswereperformedbyX—raydiffraction(XRD)andField

8、emissionelectronmicroscopy(FE·SEM)．OpticalcharacterizationwasperformedbyRamanspectroscopyandUVjVISspectraandphotoluminescence(PLlstudies．ThecrystallinevolumefractionandthecrystallitesizeofthefilmsestimatedfromtheRamanspectraandXR