太阳能电池用高质量多晶硅薄膜的铝诱导晶化研究

【摘要】：近年来，多晶硅(poly-Si)薄膜因具有薄膜硅的低成本及晶体硅的优良光电性质而受到研究者的青睐。铝诱导晶化（AIC）技术制备poly-Si薄膜因处理温度低，退火时间短，且制备薄膜晶粒尺寸大而受到广泛关注。 本文利用射频磁控溅射技术制备了glass/Al/a-Si叠层结构，通过AIC的方法制备了poly-Si薄膜。系统研究了前驱体a-Si薄膜结构、后续退火方式及工艺对AIC晶化过程及所制备poly-Si薄膜结构性能的影响，在低成本下制备出具优异结构特性的poly-Si薄膜。主要研究结果如下： 对比研究了常规退火与快速热退火（RTA）对AIC制备poly-Si薄膜形核以及晶粒生长的影响。研究发现相比常规退火，RTA形核时间短，形核密度大，且完全晶化所需的时间较短。两种退火制备的完全晶化的poly-Si薄膜其Raman峰位均在518cm-1，FWHM分别为6.43cm-1、6.48cm-1。 研究了氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜中H含量对AIC制备poly-Si薄膜的结晶过程的影响。发现随a-Si:H前躯体薄膜中H含量的增加，薄膜晶化速率先变慢后变快；研究表明薄膜的结晶过程主要与硅氢键的成键方式有关，SiH单键抑制结晶，而SiH2双键促进结晶。 研究了在退火过程中电场辅助诱导方法对AIC制备poly-Si薄膜的结晶过程的影响。发现无论有无电场或采取何种电场方向，薄膜的结晶度都随退火时间的延长而提高；对样品施加强度为100V/cm的电场后发现，平行电场对薄膜的晶化起到抑制作用，而垂直电场对薄膜的晶化起到促进作用。