非晶硅薄膜研究进展.doc

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1、非晶硅薄膜及其制备方法研究进展摘要：氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管、辐射探测和液晶显示等领域有着重要的应用，因而在世界范围内得到了广泛的关注和大量的研究。本文主要介绍了a-Si:H薄膜的主要掺杂类型和a-Si:H薄膜的主要制备方法。关键词：非晶硅薄膜；掺杂；制备方法；研究进展ResearchProgressona-Si:HThinFilmsandRelatedPreparationMethodAbstract:Hydrogenatedamorphoussilicon(a-Si:H)thinfilmhasattractedconsider

2、ableattentionandbeenasubjectofextensivestudiesworldwideonaccountofitsimportantapplicationssuchasthinfilmsolarcells,thinfilmtransistors,radiationdetectors,andliquidcrystaldisplaysbasedonitsgoodelectricalandopticalproperties.Inthispaper,theprogressresearchona-Si:Hthinfilmsandrelatedprep

3、arationmethodarereviewed.Keywords:a-Si:Hthinfilms;doped;preparationmethod;researchprogress1引言氢化非晶硅(a-Si:H)是硅和氢的一种合金，网络中Si-H键角和键长的各种分布打乱了晶体硅晶格的长程有序性，从而使非晶硅具有独特的光电性质。本征a-Si:H薄膜中，一般含有8%~12%（原子分数）的氢，本征的a-Si材料的带隙宽度Eg约为1.7eV[1-3]。1976年，美国RCA实验室Carlson和Wronski首次报道了非晶硅薄膜太阳电池[4]，引起普遍关注，全世界开始了非

4、晶硅电池的研制热潮。一般在太阳能光谱可见光波长范围内，非晶硅的吸收系数比晶体硅大将近一个数量级，其本征吸收系数高达105cm-1。而且非晶硅太阳能电池的光谱响应的峰值与太阳能光谱峰值接近，这就是非晶硅材料首先被用于太阳能电池的原因。首先非晶硅材料高的吸收系数，非晶硅吸收层的厚度可以小于1μm就可以充分的吸收太阳能，这个厚度不及单晶硅电池厚度的1%，可以明显的节省昂贵的半导体材料；其次硅基薄膜电池采用低温沉积工艺技术（200℃左右），这不仅可节能降耗，而且便于采用玻璃、塑料等廉价衬底；最后硅基薄膜采用气体的辉光放电分解沉积而成，通过改变反应气体组分可方便地生长各种硅

5、基薄膜材料，实现pin和各种叠层结构的电池，节省了许多工序，非晶硅薄膜的这些优点都很大程度上促进了非晶硅太阳能电池的开发与研究[5-7]。但是，非晶硅材料自身存在一些问题，由于薄膜内部存在大量的缺陷态(主要是悬挂键)，非晶硅材料在实际应用上受到了限制，与晶体硅太阳能电池相比，无论是材料理论、器件研究、工艺水平仍处于研究积累阶段，许多性质还有待于深入认识。非晶硅薄膜太阳能电池最大的缺点是电池的转换效率较低，商业化生产的产品通常只有6~8%；另一方面，非晶硅薄膜太阳能电池性能不够稳定，a-Si:H薄膜存在可逆光致结构变化（Staebler-Wronski效应[8]），

6、即a-Si:H薄膜在强光（通常是一个标准太阳的光强，100mW/cm2）下照射数小时，光电导逐渐下降，光照后暗电导可下降几个数量级并保持相对稳定；而另一方面光照的样品在150~200℃温度区间内退火两个小时，光、暗电导可恢复原值。2非晶硅薄膜的发展近年来，随着太阳能电池的不断发展，对于非晶硅薄膜的应用研究也越来越深入。非晶硅的晶化研究、纳米非晶硅研究、掺杂碳或锗非晶硅研究等都是非晶硅薄膜研究的热门领域。2.1纳米非晶硅薄膜na-Si:H纳米非晶硅实际上是一种两相结构材料，即少量纳米尺度的结晶硅颗粒镶嵌于非晶硅网络母体中。由于量子限制效应使得这种两相结构材料具有类似

7、于纳米晶硅的导电性和光致发光特性[9]，同时由于非晶相的存在又使得这种材料又具有较好的光敏性，因而在提高光照稳定性的情况下，还能获得较好的光伏特性。1999年SuktiHazra和SwatiRay[10,11]报道了用纳米非晶硅(na-Si:H)作pin结构太阳电池的本征层，制备出了Voc为0.93V，Eff为8.7%的太阳电池。C.R.Wronski与R.W.Collins[12,13]研究发现，非晶硅薄膜的晶体结构极大地依赖于PECVD制备参数，尤其是氢气稀释比R(R=H2/SiH4)，并制备出稳定转化率为9~10%的单节纳米非晶硅薄膜太阳电池。在高氢气稀释比

8、条件下，由