太阳能电池用硅量子点地制备与表征

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1、AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringPreparationandCharacterizationofSiQuantumDotsWhichUsedinSolarCellsCandidate：ZhangXiaoMajor：Microelectronics&SolidStateElectronicsSupervisor：ProfessorZengXiangbinHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P

2、.R.ChinaJan,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印

3、、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打―√‖）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要在传统的太阳能电池中，高能光子被吸收产生光生载流子后多余的能量将转换为热损失，低能光子则无法被吸收，因此能量的利用率较低。而量子点太阳能电池作为第三代电池，在提高转换效率方面具有很大的潜力。一方面，由于量子限制效应使量子点的光学带隙可通过尺寸来调控，因此可将其用于多结叠层结构中而扩展对太阳光的吸收谱；另一方面，量子点的碰撞电离效应可以使一个高能光子产生多个电子空穴对，因此电池的内量

4、子效率将大大提高。本文采用等离子体增强化学气相沉积法制备了富硅氮化硅薄膜，并利用高温退火处理促进薄膜中硅量子点的生长。从氮化硅薄膜样品的傅立叶变换红外吸收光谱和X射线光电子能谱可以看出，刚沉积的样品中含有大量的Si-H和N-H键，而随着退火温度的升高，H键逐渐断裂使Si原子和N原子发生重组，薄膜中逐渐形成接近化学计量比的Si3N4相，同时析出少量的纯Si相，即表现为Si量子点的形成。使用荧光光谱仪检测样品的光致发光光谱，结果发现样品的光致发光同时来源于复合缺陷态和量子点的限制效应，通过量子点发光峰的位置可计算出量子点尺寸约为2.0~2.5nm。当退火温度逐渐升高时，薄膜内一方面会有新的硅量子点

5、凝析成核，另一方面已存在的量子点则不断长大。此外，通过样品的激光拉曼光谱分析也能得到一致的结果。同时本文也研究了量子点尺寸与富余硅含量的关系，结果表明随着硅含量的减少，硅量子点的尺寸先逐渐变小；但当硅含量较少时，由于这些富余的硅原子在薄膜中的分布较分散，因此它们较难成核，大多数是扩散至附近已经存在的硅量子点，而使薄膜中量子点的平均尺寸明显增大。此外还研究发现采用NH3等离子体处理可以明显减小薄膜中的辐射复合缺陷密度，使电池的开路电压得到提高。关键词：太阳能电池，量子点，氮化硅，热处理，光致发光I华中科技大学硕士学位论文AbstractIntraditionalsolarcell，thesurp

6、lusenergyofahighenergyphotonislostbythermalaftergeneratingapairofcarriers.Asforthelowenergyphoton,itcan’tbeabsorbedeven.Thusit’salittlelowfortheutilizationofsolarenergy.Asthethirdgenerationcell,quantumdotsolarcellisofgreatpotentialityinimprovingtheefficiency.Ontheonehand,theopticalgapcanbetunedbythe

7、sizeofquantumdotduetothequantumconfinementeffect(QCE).Soquantumdotcanextendtheabsorbingspectraofsolarenergywhenitisusedinmulti-junctiontandemstructure.Ontheotherhand,duetotheimpactionizationeffect,ahi