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p型μc-Si:H薄膜微结构和光电性能的研究

汪昌州  
【摘要】: 微晶硅薄膜电池兼具有晶体硅电池和薄膜电池的优点,被视为硅基薄膜太阳电池的下一代技术。在pin型微晶硅(μc-Si)薄膜太阳电池中,p层作为电池的窗口层,对电池性能有着重要影响。p型氢化微晶硅(μc-Si∶H)薄膜要求具有高的晶化率、高的电导率和宽的光学带隙,因此,对p型μc-Si∶H薄膜微结构和光电性能的研究对提高电池的效率有很重要的意义。 本文采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,以高氢稀释硅烷和硼烷为反应气体,在玻璃衬底上制备p型μc-Si∶H薄膜。系统研究了硼烷掺杂比、衬底温度、辉光功率和沉积气压对薄膜的微结构、沉积速率及光电性能的影响;另外,对不同沉积时间和不同衬底上制备的p型硅薄膜的微结构进行了分析,并初步研究了p型μc-Si∶H薄膜窗口层中硼烷掺杂比对太阳电池性能的影响。 研究发现:在我们实验的范围内,p型μc-Si∶H薄膜的晶化率随着硼烷掺杂比的增大单调下降,随着衬底温度、辉光功率和沉积气压的提高先升高后下降;薄膜的沉积速率随硼烷掺杂比、衬底温度、辉光功率和沉积气压的提高逐渐增大,当气压超过2Torr后,沉积速率基本趋于饱和;薄膜的暗电导率随着硼烷掺杂比、衬底温度和沉积气压的提高呈现先升高后下降的趋势,而随辉光功率的提高整体上呈现下降的趋势;薄膜的光学带隙随着硼烷掺杂比和衬底温度的提高逐渐减小,而随辉光功率的提高呈现先减小后增大的趋势;p型μc-Si∶H薄膜与衬底的界面上均存在非晶硅孵化层,与玻璃衬底相比,SnO_2/ZnO复合膜更有利于硅薄膜的结晶,在一定范围内降低硼烷掺杂比有利于太阳电池性能的改善。


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