vhfpecvd制备微晶硅材料及电池

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1、万方数据第26卷第5期2005年5月半导体学报CHINESEJOURNAL0FSEMICONDUCTORSV01．26No．5May，2005VHF—PECVD制备微晶硅材料及电池*张晓丹赵颖朱锋魏长春高艳涛孙健侯国付薛俊明耿新华熊绍珍(南开大学光电子薄膜器件与技术研究所，光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室，光电信息技术科学教育部重点实验室，天津300071)摘要：采用VHF-PECVD技术制备了不同功率系列的微晶硅薄膜和电池，测试结果表明：制备的适用于微晶硅电池的有源层材料的暗电导和光敏性都在电池要求的参数范围内．低功率或高功率条件下，电池从n和p方

2、向的喇曼测试结果是不同的，在晶化率方面材料和电池也有很大的差别，把相应的材料应用于电池上时，这一点很重要．采用VHF-PECVD技术制备的微晶硅电池效率为5％，V。。一O．45V，J。。一22mA／cm2，FF一50％，Area—O．253cm2．关键词：甚高频等离子体增强化学气相沉积；微晶硅薄膜；微晶硅电池PACC：8115H中图分类号：TN304．1文献标识码：A文章编号：0253—4177(2005)05一0952一061引言太阳能光伏发电成为目前洁净能源的研究热点口~3]．在太阳能电池研究中，非晶硅／微晶硅迭层电池n~61成为人们关注的焦点，因为

3、其利用了非晶硅电池和微晶硅电池分别对太阳光谱的短波响应和长波响应高的特点．这～方面提高了电池的光电转换效率，另一方面也提高了电池的稳定性．要想制备出高效率的迭层电池，制备高效率的单结微晶硅电池是很重要的．对于微晶硅电池的研究虽只有十多年的历史，但已取得了很好的结果．目前国内在这方面的研究正逐步深入[7~1引．影响微晶硅电池和材料的工艺参数有很多，本文主要研究了不同功率条件下制备微晶硅材料和电池的电学特性和结构特性，以及材料和电池之间的关系．2实验实验中用的所有材料和电池都是在本研究所三室连续的PEcVD系统中制备而成的．其中p层和本征i层所用的激发频率为

4、60MHz，n层的激发频率为13．56MHz，功率的变化范围为9～26W，其他工艺参数固定，硅烷浓度为4％，衬底温度为170℃．材料制备时采用的衬底为Corning7059玻璃(经过5％的HF酸腐蚀)，电池的前电极为Snoz／ZnO复合膜．其中SnO。为日本AShahi公司生产，而Zn0是我们用磁控溅射制备的，厚度为50nm左右，方块电阻为8Q／cm2左右．通过控制沉积时间使电池的p，i和n各层的厚度分别为20，1000和20nm左右．材料的光、暗电导采用Keithly617繁用表测试完成．电池的光态和暗态FV测试是Keithly2420通过自编程序完成

5、，其中光态FV所用光强为100mW／cm2(AMl．5)．材料和电池的晶化程度是通过喇曼测试分析得到的，喇曼测试设备是MKIRenishaw2000型，激光器是波长为632．8nm的He—Ne激光器．3结果和讨论3．1微晶硅材料图1(a)给出了硅烷浓度SC为4％时，制备薄膜的暗电导和光敏性(光电导／暗电导)随功率变化的情况．从图中可以看出，功率为15W左右时是一个*国家重点基础研究发展规划(批准号：G2000028202，G2000028203)，天津市教育局重点项目(批准号：02176)，教育部重大项目(批准号：02167)和国家高技术研究发展计划(批

6、准号：2002303261)资助项目2004一06一05收到，2004一09一02定稿⑥2005中国电子学会万方数据第5期张晓丹等：VHF_PECVD制备微晶硅材料及电池转变点．小于15W时制备薄膜的暗电导都在10-8S／cm量级上，即从2×10川S／cm升高到7×10-8S／cm时，相应的光敏性从1770降低到800；而大于15W时，暗电导都在4×10-7S／cm以上，光敏性也降低到300～100之间．一般对于pin型微晶硅电池有源层(i层)来说，不同实验室在将材料应用于电池时，对材料的性能表征参数要求是不一样的，因为有源层是制备在一定晶化程度的微晶p

7、层基础上的．由于p层材料不同，使对其上生长的有源层要求也不一样．但一般来说，光敏性为102～103，暗电导大于10-8S／cm，小于10-6S／cm[13

8、．因此，从电学特性方面看，我们制备的有源层材料是可以应用于电池E的．鼍皇三I‘；毫霉甥宴呈山摹薅图1(a)材料的暗电导和光敏性随功率的变化；(b)材料的晶化率随功率的变化Fig．1(a)Darkconductivityandphotosensitivityvarywithpower；(b)Crystallinev01umefraction(X。)varieswithpowe。在把相应的材料应用于电池中

9、时，我们先关注材料的结构特性，即制备薄膜的晶化情况．一般对于玻璃衬底上制备的硅薄