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RF-PECVD和DBD-PECVD制备a-Si:H薄膜的性能研究及其比较

陈萌炯  
【摘要】:本文介绍非晶硅在太阳能电池的应用和制备的方法,着重介绍了RF-PECVD和DBD-PECVD两种制备方法,并且讨论了两种方法中,参数对制备的非晶硅薄膜的性能影响,比较了两种方法在制备非晶硅上的优劣,探讨了新兴制备方法DBD-PECVD沉积非晶硅的机理。 影响非晶硅沉积的因素很多,通过研究发现,在RF-PECVD中:提高硅烷浓度、沉积功率和沉积温度都能提高a-Si:H的沉积速率,最高沉积速率可达0.39nm/s。硅烷浓度增加会导致a-Si:H薄膜中的SiH组态向SiH_2组态转变,同时增加薄膜光学带隙的宽度。沉积功率增加会使膜层容易脱落,并导致a-Si:H薄膜中的SiH组态向SiH_2组态转变,同时增加薄膜光学带隙的宽度。当沉积温度超过350℃后,沉积速率会有所下降。当沉积温度降到150℃下,a-Si:H薄膜中的SiH组态向SiH_2组态转变,200℃后,光学带隙随沉积温度的增加而变宽。高沉积功率和高硅烷浓度更容易导致气相成核。 RF-PECVD中,B的掺入会导致a-Si:H薄膜发生晶化,并且晶化后,晶粒尺寸随着掺硼量的增加而增大。薄膜的室温电导率随着沉积温度的增大而增加,并且在280℃时达到最高值。薄膜的室温电导率随着掺硼量的增加而增大,当掺杂比大于0.01时,有出现饱和趋势。最高电导率达到7.76×10~(-5)Ω(-1)cm~(-1)。掺杂分数的增加会导致光暗电导比的迅速下降,在掺杂比高于0.002后,光暗电导比趋于稳定,在20倍左右波动。 本次DBD-PECVD法制备得到的非晶硅薄膜以SiH_2,SiH_3键合方式为主。沉积电压的升高和硅烷浓度的增加都有利于提高沉积速率,最高沉积速率为0.44nm/s,随着硅烷浓度的增加,a-Si:H薄膜的主要键合方式发生变化,从SiH_3键向SiH_2键移动,所以预测,如果进一步提高硅烷浓度,有可能沉积出SiH键为主的a-Si:H薄膜,硅烷浓度增加有利于沉积出高品位的a-Si:H薄膜也是符合普遍看法的。同样的在DBD-PECVD中沉积功率和硅烷浓度的增加也会使气相成核现象更严重。同时本次DBD-PECVD实验中,沉积功率、硅烷浓度的改变都没有导致任何晶化。


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