太阳电池用SiN/a-Si/poly-Si/NiTi薄膜的制备与性能研究

【摘要】： 本文在全面总结了目前太阳能电池材料的研究现状和其未来发展趋势,系统研究了Si基薄膜材料各自特性的基础上,用超高真空磁控溅射仪制备了SiN/a-Si/poly-Si/NiTi多层结构薄膜,并用XRD、AFM、SEM、UV-VIS、台阶仪、划痕仪等分析手段研究了薄膜的相结构、微观组织特征、表面特征及其光性能和力学性能。 首先,用溅射法在石英衬底上沉积NiTi过渡层,并探讨了衬底温度、溅射功率、溅射气压等主要工艺参数对Quartz/NiTi上沉积的Si薄膜的厚度、微观组织、相结构、光学及力学性能的影响规律,确定出制备薄膜相对优化的工艺参数。在试验所研究的范围内,沉积Si单层薄膜的优化工艺参数为:衬底温度为400℃,溅射功率为100-150W,溅射气压为1.0Pa,Ar气流量为10sccm,沉积时间为1h;在此工艺参数下制备的薄膜主要呈现非晶态,并且此工艺参数下制备的薄膜表面状况及光性能和力学性能比较优良。 其次,以此工艺为基础,分别制备出a-Si/NiTi、a-Si/Ti和a-Si薄膜。根据金属诱导非晶硅结晶的原理对三种结构薄膜进行了气氛退火处理,研究结果表明退火温度为600℃时,a-Si已经开始结晶。随着退火温度上升,薄膜结晶程度和晶粒尺寸均在增大,薄膜晶粒大小保持在纳米尺度,薄膜的带隙宽度减小,吸收性能提高,力学性能也显著提升。同时本实验也探讨了NiTi合金诱导非晶硅结晶的机理。 最后,根据能带理论和光吸收原理,结合气氛热处理工艺制备出“非晶-多晶”结构的SiN/ a-Si/poly-Si/NiTi薄膜,分析结果表明采用叠层和沉积减反膜均使多层膜的光吸收性能得到提高。同时沉积SiN薄膜可以改善多层膜的表面状况,提高多层薄膜的力学性能。