制备工艺对铝诱导多晶硅薄膜性能影响的研究

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1、南京航空航天大学硕士论文摘要多晶硅薄膜结合了晶体硅的高转换效率和非晶硅薄膜的低制造成本的优点，被认为是一种性能较为优异的光伏材料。制备多晶硅薄膜的方法有很多，其中铝诱导晶化法是一种较为新颖的制备方法。本文对铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜的工艺进行了深入的研究，并分析了不同制备工艺条件对铝诱导多晶硅薄膜的影响。利用HWCVD法制备厚度为300nm的初始非晶硅并自然氧化50h，接着通过磁控溅射法沉积厚度为100nm的初始铝膜以形成a-Si/SiO2/Al叠层膜结构，最后在500℃、氩气保护气氛下退火不同时间。实验得到了（111）高度择优取向的多晶硅薄膜，且晶粒随着退火时间的延长而增大，退火

2、5h后得到的多晶硅晶粒大小为100μm。制备得到的多晶硅薄膜其结晶质量及对可见光的吸收能力随着退火时间的延长而增强，同时证实其为p型重掺杂半导体薄膜。初始铝膜的沉积工艺由磁控溅射法变为真空热蒸发法，其它铝诱导晶化工艺条件保持不变。退火后发现，由真空热蒸发法沉积的铝膜同样能诱导出（111）择优取向的多晶硅薄膜。随着退火时间的延长，晶粒逐渐增大，结晶质量逐渐提高，最后获得的多晶硅晶粒尺寸在100μm左右。但与磁控溅射法相比，真空热蒸发法沉积的铝膜诱导出的多晶硅薄膜应力更小，结晶质量更高，且晶化速率更快。将预先制备的a-Si/SiO2/Al叠层膜结构分别在450℃、475℃及500℃这三

3、个温度下进行退火发现，铝诱导晶化出的多晶硅薄膜的晶粒大小、结晶性能及晶化速率对退火温度较为敏感，当退火温度在475℃以下时不能诱导出结晶质量优异的大晶粒多晶硅，将退火温度升高到500℃，铝诱导晶化现象才十分明显。在a-Si/SiO2/Al叠层膜结构中，利用磁控溅射法沉积初始铝膜，通过改变沉积铝膜时的衬底温度发现，铝诱导晶化制备的多晶硅薄膜的晶粒大小随着沉积铝膜的衬底温度的升高而变小，且晶化能力及结晶质量也逐渐变差，当沉积铝膜的衬底温度升高至200℃以上时甚至不发生铝诱导晶化现象。关键词：铝诱导晶化，多晶硅薄膜，磁控溅射，真空热蒸发，温度因素I制备工艺对铝诱导多晶硅薄膜性能影响的研究

4、AbstractPolycrystallinesiliconfilmsareconsideredtobeakindofphotovoltaicmaterialswithexcellentproperties.Thiskindofmaterialspossessesadvantagesofhighconversationefficiencyandlowmanufacturingcost.Therearemanyapproachestopreparepolycrystallinesiliconfilms,amongwhichaluminum-inducedcrystallization

5、isarelativelynovelmethod.Inthisthesis,weinvestigatedtheprocessofpolycrystallinesiliconfilmsbyaluminum-inducedcrystallization,andanalyzedtheinfluenceofdifferentpreparationconditionsonpolycrystallinesiliconfilmsbyaluminum-inducedcrystallization.300nminitialamorphoussiliconfilmspreparedbyhotwirec

6、hemicalvapordepositionweresubjectedtoairoxidationfor50hours.After100nminitialAlfilmsweredeposited,a-Si/SiO2/Allaminatedmembranestructurewasformed.Thenthea-Si/SiO2/Alstructurewasannealedat500℃inAratmosphereatdifferenttime.Polycrystallinesiliconfilmswithstrongpreferential(111)orientationwereform

7、edafterannealing.Thesizeofpolycrystallinesilicongrainsincreasedastheprolongingoftheannealingtime.Largegrainswithaveragesizeof100μmwereobtainedafterannealingfor5hours.Meanwhilethepolycrystallinesiliconfilms’crystallinequalityandabsorptio