高掺杂氢化非晶硅薄膜
lcd材料氢化非晶硅半导体
lcd材料氢化非晶硅半导体
氢化非晶硅（Hydrogenated amorphous silicon，a-Si:H）是一种特殊的非晶硅材料，具有广泛的应用前景。
它是由硅原子和氢原子组成的非晶态材料，与晶态硅相比，氢化非晶硅具有以下特点：
1. 薄膜形式：氢化非晶硅可以以薄膜形式制备，厚度通常在几纳米到几微米之间，适合用于制作薄型显示器和太阳能电池等器件。
2. 宽光谱吸收：氢化非晶硅薄膜对可见光和红外光有很好的吸收能力，因此可用于制作光探测器、光电传感器等光学器件。
3. 可变电阻：氢化非晶硅的电阻可通过添加或去除氢原子来进行调节，使其变为导电、绝缘或半导体材料，因此可以用于制作电阻器、场效应晶体管等电子器件。
4. 稳定性：氢化非晶硅具有良好的化学和热稳定性，可以在较高温度下工作，适合用于高温环境下的器件制造。
5. 可重复制备：氢化非晶硅的制备过程相对简单，可以通过化学气相沉积或射频辉光放电等方法进行大面积、连续性制备。
在液晶显示器中，氢化非晶硅常用作TFT（Thin-Film Transistor，薄膜晶体管）的材料，用于控制液晶分子的偏转和透过率，从而实现像素点的开关控制。
此外，在太阳能电池中，氢化非晶硅可以作为吸收层和导电层，用于将太阳能转化
为电能。
总的来说，氢化非晶硅材料在光电领域具有广泛的应用潜力，其优异的光学和电学性质使其成为一种重要的半导体材料。
氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜稳定性的研究进展
氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜稳定性的研究进展氢化非~A(a-Si:H)薄膜稳定性的研究进展/廖乃镘等?21?氢化非晶硅(a—Si:H)薄膜稳定性的研究进展廖乃镘,李伟,蒋亚东,匡跃军,李世彬,吴志明(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054)摘要氢化非gn~(a-Si:H)是一种重要的光敏感薄膜材料,其稳定性的好坏是决定能否应用于器件的重要因素之一.介绍了a-Si:H薄膜稳定性的研究进展,论述了a-Si:H薄膜的稳定性与Si-Si 弱键的关系,分析了光致衰退效应(S-W效应)产生的几种机理,提出了在薄膜制备和后处理过程中消除或减少Si-Si弱键以提高a-Si:H薄膜稳定性的方法.关键词氢化非晶硅稳定性光致衰退效应物理模型稳定化处理RecentProgressesontheStabilityofHydrogenatedAmorphousSiliconThinFilmsLIA0Naiman,LIWei,JIANGY adong,KUANGYuejun,LIShibin,WUZhiming (StateKeyLaboratoryofElectronicThinFilmsandIntegratedDevices,UESTC,Chengdu61 0054)AbstractThea-Si:Hthinfilmisanimportantlight-sensitivematerialthathasreceivedsignific antattentionnowadaysbecauseofitsuniqueproperties.Thestabilityofthisthinfilmisakeyfactorwhichisf atalintheapplicationofcommercialdevices.Thispapersummarizesandcommendssomeresearchesonthestabilit yofa-Si:Hthinfilmsbasedonrecentliterature,anddiscussestherelationshipbetweentheweakbondingofSi—Siandthestabilityofthefilms.Itintroducesthemechanismsoflight-indUCeddegenerationofa-Si:Hthinfilmsandalsorecommendssomemethodsoffilmfabricationandpost-treatmenttechniquesinordertoreducetheweakbondin gofSi—Siina-Si:HthinfiIres.Keywordsa-Si:H,stability,light-induceddegeneration,physicalmodel,stabilizationtreat ment0前言氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜具有光吸收率高,电阻温度系数(TCR)相对较大(1.8～8/K)[1],禁带宽度可控,可大面积低温(<400C)成膜,基片种类不限,生产工艺较简单,与硅半导体工艺兼容等突出优点,在红外成像,太阳能电池,液晶显示,复印机感光鼓等领域得到快速发展.众所周知,在无掺杂a-Si薄膜中,由四配位si原子组成的无规网络具有很高的内应力.为了减小内应力,a-Si无规网络中的弱Si-Si键有自发断裂倾向,形成三配位的si原子和1个悬挂键缺陷.所以,无掺杂的a-Si薄膜中的悬挂键密度很高(10am或更高),电学性能很差,不能满足器件的应用要求.a_Si:H中引入的H原子饱和或部分饱和了a-Si薄膜中的悬挂键(DB)缺陷态,使它的DB密度大大下降(可以降低到(1～5)×10am-.),使a-Si:H薄膜成为一种十分重要的光电材料.然而,可移动H的存在也带来了一些不利的影响,如H原子在a-Si:H薄膜中扩散,容易引起弱Si-Si键的断裂和H的聚集,导致悬挂键的移动和悬挂键密度的增加等.事实上,10at的H(约5×10.am-.)才能大幅度减少DB密度,比实际a_Si:H薄膜中的DB密度大了1～2个数量级,所以H在a-Si:H薄膜中的利用效率是很低的[2].此外,H在a-Si薄膜中不只是以Si—H键方式存在,同时还存在(SiHHSi),分子氢(H2)及双原子氢化合物等键合方式,而只有Si-H键合方式的H才对增强红外吸收起重要作用.上述a-Si:H薄膜中的H在受到光照后会发生不同的反应,如H扩散,H逸出,产生新的复合中心和陷阱中心等,从而改变a-Si;H中薄膜H的键合方式,分布状态,含量和悬挂键密度,使a-Si:H薄膜的光电特性发生变化.要使a-Si:H材料在器件上得到广泛应用,就要求它具有低的DB密度和稳定的光电特性(长时间使用后性能不变).但是,由于光致衰退效应(即w效应)的存在,会使基于a-Si:H薄膜材料的器件性能降低甚至失效,这是a-Si:H器件化应用的重大障碍之一.本文总结了近年来a-Si:H薄膜材料稳定性的研究进展,分析了w效应产生的机理及消除或减小这种效应的方法.1W效应机理及物理模型a-Si:H薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler-Wronski效应[3].这是制约a-Si:H薄膜应用的主要原因.只有正确理解w效应的机理,才能解决好a-Si:H薄膜的稳定性问题.对w效应的起因,至今仍有不少争议,造成衰退的微观机制也尚无定论,成为迄今国内外非晶硅材料研究的热门课题.总的看法认为,S-W效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响a-Si:H薄膜材料的廖乃镘:男,1979年生,博士研究生,从事氢化非晶硅红外敏感薄膜材料研究Te1.028—********************************李伟:通讯联系人,教授,博士生导师Tel:028—83206505E-mail:*************.ca22?材料导报2007年5月第21卷第5期费米能级EF的位置,从而使电子的分布情况发生变化,进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响.这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大,寿命下降.在a—si:H薄膜材料中,能够稳定存在的是si_H键和与晶体硅类似的st_si键,这些键的键能较大,不容易被打断.由于a-Si:H材料结构上的无序,使得一些si_si键的键长和键角发生变化而使SbSi键处于应变状态.高应变Si-Si键的化学势与H相当,可以被外界能量打断,形成SbH键或重新组成更强的Si-Si键.如果断裂的应变Si-Si键没有重构,则a-Si:H薄膜的悬挂键密度增加.为了更好地理解w效应产生的机理并控制a-N:H薄膜中的悬挂键,以期寻找稳定化处理方法和工艺,2O多年来,国内外科学工作者进行了不懈的努力,提出了大量的物理模型,主要有弱键断裂(SJT)模型_4],"H玻璃"模型_5],H碰撞模型[引,S~H-Si桥键形成模型[,"de~ctpool"模型[]等,但至今仍没有形成统一的观点.1.1弱键断裂(sJT)模型第一个被许多研究者接受的w效应模型是Stu~mann,Jackson和Tsai在1985年提出来的,所以也可以称之为SJT模型[.这个模型描述为:两个载流子在弱Si-Si键附近复合;载流子复合的一部分能量以声子的非辐射方式释放出来,使膜中弱S&Si键断裂,生成两个临时悬挂键(DB);这两个悬挂键(DB) 有可能重新形成与原来一样的Si-Si弱键,但为了达到更稳定的亚稳状态,邻近原子在小范围内发生重构,新生的悬挂键(DB)与S~X(X为除si外的原子)键交换位置而达到相对稳定,如图1所示.图1sIT模型中w效应的微观机理n舀1ThemicroscopicmechanismoftheWeff~tinSJTmodel1.2"H玻璃"模型针对热平衡DB,Street等提出了"H玻璃"模型_5],认为H从S&H键中脱离出来并在a-Si:H中移动,这种移动的H造成了弱SbN的热力学断裂,由此形成两个悬挂键DB缺陷,如图2所示.其中Dw表示弱键断裂形成的悬挂键,DH表示H脱离后形成的悬挂键.所以,这种模型也叫作弱键一悬挂键转换模型.冷"审阢图2"H玻璃"模型中悬挂键形成的示意图n舀2Schematicillmt~fionofdancingbondformation correspondingtoH-~assmodel1.3H碰撞模型Branz提出的a—si:H光致衰退模型认为]:由于光诱导作用而使si_H键断开,形成1个悬挂键和1个可移动的H原子. 当两个可以自由移动的H原子在运动过程中在弱si_si键附近发生碰撞时,弱的SbN键断裂,形成了亚稳的不可移动的化合物(SbH),增加了2个悬挂键.这样就造成了a-Si:H中H原子的聚集和悬挂键的增多,导致了薄膜性能的恶化.1.4Si-l{l_Si桥键模型Sriraman等_7]利用分子动力学模拟和表面红外光谱试验,揭露了H等离子导致非晶硅(a-Si)晶化的机理,提出了最新的si_H—si桥键模型.首先,H原子在薄膜中扩散,插入到弱st_si键中形成st_H—Si中间体;接着,H从SbH—Si中间体中逸出,弱SbSi断开或发生结构弛豫进行局部结构重组,从而形成强SbSi 键,这时SbSi的键长和键角非常接近晶体硅.1.5"defectpool"模型Powell等【8]在热平衡DB和光生DB的基础上,考虑到形成带尾态的弱si_si键与造成分布宽的能隙态DB之间的可能转换,提出了"defectpool"模型.该模型中的一部分在适当的外界条件下可以构成新的DB.此外,Adler研究了a-Si:H薄膜中的w效应,提出了悬挂键荷电态变化模型_g].Ishii等研究了非晶硅的缺陷,发现w效应与混入膜中N和O形成的N,o3以及由电中性条件决定的si有关,因此他们提出了杂质模型_l"].2提高稳定性的方法要制备器件级的a_si:H薄膜,提高其稳定性是至关重要的.虽然a-Si:H薄膜的w效应的物理模型有很多,机理也不尽相同,但很多学者认为其性能衰退与SbSi弱键有关[4-8]. 它可以解释当前稳定化处理的许多现象,为a-Si:H稳定化处理指出了一条途径,即消除或尽量减少a-Si:H薄膜中的Si-Si 弱键.a-Si:H薄膜稳定化处理技术大致可以归纳为3种.第一种方法是在薄膜制备过程中向a-Si:H薄膜中引入cl_l,],c[14],N_l5],Be]等其它元素.由于SbC1,sF,SbC,SbN的结合能大,所以在制膜过程中,C1,F,C,N等原子将弱的Si_si 键打断,形成了SbC1,SbF,sc,sN,从而减少了a-Si:H中的Si-Si弱键,达到了稳定化的目的.Shimizu等【l]研究了含有cl 的a—si:H薄膜的电学性能,发现其光电导不随时间延长而降低,稳定性明显提高.Uesugi等_l副也发现,含有F,C元素的a_ si:H薄膜的w效应要比传统a-Si:H薄膜的小得多.第二种方法是热处理.在加热条件下,聚集H原子的扩散速度比分散s卜H中的H的扩散快_l,所以热处理可以消除a_ si:H中H原子的聚集,减小悬挂键密度.Tissot等_l将a—Si:H薄膜加热到平衡温度以上,然后缓慢冷却到室温,减少薄膜中的亚稳定态,可以得到稳定的a-Si:H薄膜材料.而未经稳定化处理的a_si:H薄膜在8O℃保温后电阻率的变化达到3O.由于氢化微晶硅(c_si:H)比a-Si:H具有更好的电导率和在光照下具有更好的稳定性[1,可以通过不同工艺使a_si:H薄膜微晶化或直接制备c_si:H薄膜_2.常规高温退火(加热到55O～700V)[引,微波退火[3],快速热退火[,激光辐照[2s,26]等方法都可以将a-Si:H微晶化,但这些方法的温度都比较高(>600℃),且直接制备c_si:H薄膜的温度也较高,a-Si:H薄膜中起重要作用的H将逸出,致使材料性能变坏,并且与器件制作工艺不兼容.所以,使a-Si:H薄膜低温晶氢化非晶硅(a—Si:H)薄膜稳定性的研究进展/廖乃镘等?23?化是目前研究的热点.AuE,CrE,NiE,A1E等金属元素诱导晶化能明显降低其退火温度.通过这种方法可以将a—Si:H 薄膜的晶化温度降低到380~C¨20.,远远低于纯硅600~C的晶化温度.目前,a-Si:H薄膜的化学退火也是研究的一个热点.等离子体处理可以使化学键的活性提高,降低退火温度.N.L Wang等[31]利用等离子退火和多次分层制膜技术,生成一个硬的s._网络(而不是si—si弱键),已获得了光电性能稳定的高质量的a-Si和poly-Si薄膜,基本上消除了光致衰退现象.芮云军等_32]研究了Hz等离子退火对a-Si薄膜结构有序化转变的影响,认为高活性的H原子能将弱的si—si键破坏,并与之反应形成强si—Si键.由于H原子较长时间地注入,使结构有序化程度提高.第三种方法是室温条件下紫外光[aa-a63和电子束辐照_3,这是生产器件级a—si:H薄膜的新方法.经过这种高能束辐照,H从含有2个H原子的亚稳相中释放出来,减少Si-Si弱键,稳定了材料而使其在光照下不致于产生过多的悬挂键缺陷. 紫外光辐照可以逆转光照导致的光电导衰退[3,其他研究者也得到类似的结果.紫外光和电子束辐照操作简单,样品升温不超过100~C,薄膜材料中的H可以最大限度地保留下来,钝化了a-Si:H中的悬挂键,使材料缺陷仍然保留较低水平.这种稳定化处理存在的问题是紫外光,电子束辐照在a—si:H表面时, 能量主要在表面附近被吸收,会产生表面损伤,而且H向薄膜径向方向扩散,悬挂键缺陷主要集中在表面,使a—Si:H薄膜总的缺陷密度有所增加.解决这个问题最简单的方法是,将具有高缺陷密度的表面层刻蚀掉,然后在150~C热处理一定时间,尽量消除紫外光,电子束辐照的负面影响,从而达到稳定化的目的[aa,as,a6].3结语a—Sj:H薄膜作为一种红外敏感材料,有着巨大的开发潜力.但自发现w效应以来,在2O多年间未能探明其物理本质并找到解决这一现象的最终办法,这是目前制约a-Si:H薄膜材料工程应用的关键之一.我们注意到,不同实验室制备的同一种a-Si:H薄膜材料,其w衰退现象可能完全不同.这表明除了光致悬挂键外,a_ si:H本身的结构变化也值得探讨.如前所述的一系列物理模型,尽管在不同层面和不同角度提出了一定见解,但各自都存在一定的争议,有待进一步验证和发展.我们认为,氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜稳定性的研究当前可以从以下两个方面着手: (1)开发性能更加稳定的材料,比如a-SiCx:H(C1),a_SiNx:H(C1),a—SiCN:H等,满足器件的使用要求.(2)紫外光,电子束,激光束辐照和(Hz,He,Nz等)等离子退火对薄膜稳定性的影响及机理是一个新的研究课题.目前, 室温高能束辐照提高a—si:H薄膜稳定性的方法还处于研究阶段,还有很多问题有待深入研究.参考文献1TissotJL,RothanF,V edelC,eta1.LETI/LIRSuncooled microbolometerdevelopment.ProcSPIE,1998,3379:1392清水立生,严辉.非晶半导体的研究与应用.功能材料, 2001,32(4):3483SteablerDL,WronskiCR.Reversibleconductivitychan—gesindischarge-producedamorphoussilicon.ApplPhysLett,1977,31:2924StutzmannM,JacksonWB,TsaiCC.Light-inducedmet—astabledefectsinhydrogenatedamorphoussilicon=Asys—tematicstudy.PhysRevB,1985,32:235StreetRA,WinerK.Defectequilibriainundopeda—Si:H.PhysIvB,1989,40:62366BranzH.Hydrogencollisionmodeloflight—inducedmeta—stabilityinhydrogenatedamorphoussilicon.SolidState Communication,1998,105:3877SriramanS,AgarwalS,AydilES,eta1.Mechanismof hydrogen-inducedcrystallizationofamorphoussilicon.Na—ture,2002,418(6893):628PowellMJ,DeanSCImproveddefect-poolmodelfor chargeddefectsinamorphoussilicon.PhysRevB,1993, 48:108159AdlerD.Originofthephoto-inducedchangesinhydrogena—tedamorphoussilicon.SolarCells,1983,9:13310IshiiN,KumedaM,ShimizutAmodelfortheStaebler- Wronskieffectbasedonchargedimpurities.JpnJAppl Phys,1985,24:L24411RedfieldD,BubeRH.Identificationofdefectsinamor—phoussilicon.PhysIvLett,1990,65:46412ShimizuS,KomaruT,OkawaK,eta1.Propertiesofa—morphoussiliconsolarcellsfabricatedfromSiH2Cl2.Solar EnergyMaterandCells,2001,66:28913UesugiT.IharaH,MatsumuraH.Steabler—Wronskieffect inhydro—fluorinatedamorphoussiliconpreparedusingthe intermediatespeciesSiFz.JpnJApplPhysPart1,1985,24:90914SchmidU.SeidelH.EnhancedstabilityofTi/Ptmicro--heatersusinga-SiC:Hpassivationlayers.SensorsandAe—tuatorsA:Physical,2006,130—131:19415MokeddemaK,AoucheraM,SmailT.Hydrogenateda—morphoussiliconnitridedepositedbyIX;magnetronsputte—ring.SuperlatticesandMicrostructures,2006,40:59816张慧芳,吴绍平.a-Si:H薄膜光衰效应的研究.山东工业大学,2001,31(5):42817SuT,TaylorPC,GangulyG,eta1.Directroleofhydro—geninthestaebler-wronskieffectinhydrogenatedamor—phoussilicon.PhysRevLett,2002,89:015502l8TissotJL.eta1.320X240microbolimeteruncooledIRFPA development.ProcofSPIE,2000,413:47319MyongSY,KwonSW,LimKS,eta1.Inclusionofnano—sizedsilicongrainsinhydrogenatedprotocrystallinesilicon multilayersanditsrelationtostability.ApplPhysLett, 2006,88(083118):120AmbrosoneG,CosciaU,MurriR,eta1.Structural,opti—calandelectricalcharacterizationsof/,c-Si:Hfilmsdeposi—tedbyPECVD.SolarEnergySolarCells,2005,87:37521LaiaMZ,eta1.ThermaleffectsonLPCVDamorphoussili—con.ThinSolidFilms,2006,504:14522ParkaJH,KimaDY,KyungKoaJ,eta1.Hightempera—turecrystallizedpoly-SionMosubstratesforTFrapplica—tion.ThinSolidFilms,2003,427:30324?材料导报2007年5月第21卷第5期23RaoR.SunGC.MicrowaveannealingenhancesA1-induced lateralcrystallizationofamorphoussiliconthinfilms.J31 CrystalGrowth,2004,273:6824PbpovaL,PenevaS,AleksandrovaP,eta1.Structura1in—vestigationsofRTAboron-dopedthina-Silayers.JMater32 SciMaterElectron,2005,16:48925SalehR,NickelNH,Mz【sercrystallizationof compensatedhydrogenatedamorphoussiliconthinfilms.J33 Non-CrystSolids,2006,352:100326CosciaaU,AmbrosoneaG,MinarinibC,eta1.Structural34 modificationoflaserannealeda-Si卜G:Hfilms.Appl SurfSci,2006,252:449327AokiT,KannoH,KenjoA,eta1.Au-inducedlateralcrys-35 tallizationofa-Sil-xG岛(:O～1)atlowtemperature.Thin SolidFilms,2006,508:4428WangYZ,AwadelkarimOQMetal-inducedsolid-phase crystallizationofhydrogenatedamorphoussilicon..depend一36 enceonmetaltypeandannealingtemperature.ApplPhysA:MaterSciProc,2000,70:58729ParkSJ,KimaKH,JangJ.ControlofgrainpositioninNi-mediatedcrystallizationofamorphoussilicon.JCrystal37 Growth,2006,297:38230Rojas—L6pezM,Ordufia-DiazA,Delgado-MacuilR,eta1. Morphologicaltransformationandkineticanalysisinthealu—minum-mediateda-Si:Hcrystallization.JNon-CrystSol一(上接第16页)4秦福文,顾彪,等.GaN缓冲层上低温生长A1N单晶薄膜[J].半导体光电,2003,24(1):325乔保卫,刘正堂,等.工艺参数对磁控反应溅射A1N薄膜沉积速率的影响[J].西北工业大学,2004,22(2):2606SimpkinsBS,ZhangH,YuET.Defectsinnitridesemi—conductors:Fromnanoscaleimagingtomacroscopicdevicebehavior【J1.MaterSciSemiconductorProc,2006,9:3087ZhangJC,ZhaoDG,eta1.TheinfluenceofAlNbufferlay- erthicknessonthepropertiesofGaNepilayer[J].JCrystal Growth,2004,268:248WuCL,ShenCH,eta1.TheeffectsofAlNbufferonthe propertiesofInNepitaxialfilmsgrownonSi(111)[J].J CrystalGrowth,2006,288:2479FanZY,RongG,BrowningJ,eta1.HightemperaturegrowthofA1Nbyplasm-enhancedmolecularbeamepitaxyLJ].MaterSciEng,1999,B67:8O10SongZR,YuYH,eta1.Simulationandcharac-terization onpropertiesofA1NfilmsforSOIapplication[J].ThinSol—idFilms,2004,459:4111门传玲,徐政,等.A1N薄膜室温直接键合技术[J].半导体,2003,24(2):21612许小红,武海顺,张聪杰,等.磁控溅射制备择优取向氮化铝薄膜[J].应用化学,2000,17(4):41113许小红,等.溅射沉积AIN薄膜结构与基片种类的关系[J]. 压电与声光,2000,22(4):25614王忠良,刘桥.衬底温度对反应磁控溅射制备A1N压电薄膜的影~SEJ].电子元件与材料,2005,24(7):47ids,2006,352:281WangNL,DalaiVL.Improvingstabilityofamorphous siliconusingchemicalannealingwithhelium.JNon-Cryst Solids,2006,352:1937RuiYunjun,MeiJiaxin,XuJun,eta1.Structuralordering inamorphoussiliconthinfilmduetoposthydrogenplasma annealing.ProcofSPIE,2004,5774:279BranzHM,BoulderCQMethodforimprovingthestabili—Pat,713400B1.2004—03—30 BranzHM,XuYQ,HeckS,eta1.Improvedstabilityof hydrogenatedamorphoussiliconphotosensitivitybyultravi—oletillumination.ApplPhysLett,2002,81:3353ZhangM,PanL,NakayamaY.Structuralmodificationsof hydrogenatedamorphouscarbonnitrideduetoultraviolet lightirradiationandthermalannealing.JNon-CrystSolids, 2000,266—269:815BronnerW,MehringM,BrfiggemannRTransportande—lectricallydetectedelectronspinresonanceofmicrocrystal—linesiliconbeforeandafterelectronirradiation.PhysRevB,2002,65(165212):1KlaverA,MetselaarJW,ZemanM,eta1.Simulationson1-Mevelectron-beamirradiatedamorphoussiliconsolarcells withvaryingthickness.Procofthe31stIEEE-PVSC(Flori—da,USA),2005.1440(责任编辑周轲)15BenettiM,eta1.Growthandcharacterizationofpiezoelec—tricAlNthinfilmsfordiamond-basedsurfacaacousticwave devices[J].ThinSolidFilms,2006,497:30416HuangJipo,WangLianwei,ShenQinwo,etal.PreparationofA1NthinfilmsbynitridationofAl-coatedSisubstrate. ThinSolidFilms,1999,340:13717刘吉延,斯永敏.A1N压电薄膜研究进展[J].材料导报, 2003,17(9):21O18于毅,任天令,刘理天.硅基A1N薄膜制备技术与测试分析[J].半导体,2005,26(1):4219OkanoH,eta1.Resistandsidewallfilmremovalafteralu—minumreactiveionetching(RIE)employingfluorine+H2O downstreamashing.JpnJApplPhys,1993,32(9b):405220HsiehPY.DCreactivesputteringoflowstressAlNpiezo—electricthinfilmsforMEMSapplication[J].MasterThe—sis,MIT,199621廖克俊,王万录.宽带隙半导体A1N薄膜的制备及应用[J]. 半导体技术,2001,26(1):2122黄继颇,王连卫,等.性能优异的多功能宽禁带半导体AlN 薄膜[J].功能材料,1999,30(2):14123颜国君,陈光德,竹有章,等.氮化铝薄膜中的二次谐波产生[J].光学,2004,24(9):124524缪向水,胡用时,林更琪,等.A1N和A1SiN薄膜的制备工艺及其光学特性[J].华中理工大学,1995,23(s1):18725邵乐喜,刘小平,谢二庆,等.热退火对射频反应溅射氮化铝薄膜场电子发射的影响[J].无机材料,2001,16(5):1015(责任编辑周真真)。
掺杂层对非晶硅异质结太阳电池特性影响的研究
江西电力·20202020年第6期总第231期掺杂层对非晶硅异质结太阳电池特性影响的研究黄冬松1，曾祥2，李亚芬3（1.国家电投集团能源科技工程有限公司，上海200233；2.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西南昌330096；3.国网江西省电力有限公司检修分公司，江西南昌330029）摘要：近非晶硅/单晶硅异质结太阳电池因其较大的技术优势而受到广泛关注，但由于器件结构较为复杂，引入了较多的界面缺陷，即使沉积的薄膜具备良好的光电特性，所制备出的器件也不一定有高的转换效率。
通过对p 型及n 型非晶硅沉积层分别进行掺杂，根据实验结果，随着掺杂浓度的增加，非晶硅层的钝化质量逐渐降低，界面上缺陷态密度逐渐增加，且掺杂气体PH3比B2H6可更好地掺入到薄膜中。
分别采用p 型及n 型非晶硅层制作成异质结太阳电池，通过电池特性参数可以推断出：当掺杂量足够高到可以产生足够的场效应来推动载流子运输，并且足够低到可以避免产生过多缺陷时，电池性能最佳。
此外，研究还发现：n 型非晶硅层更适合做电池背表面场，而p 型非晶硅层更适合做电池正面。
关键词：太阳电池；异质结；非晶硅；掺杂中图分类号：TM914.4+1文献标志码：A文章编号：1006-348X （2020）06-0031-030引言随着全球能源短缺问题日益凸显，太阳能光伏产业得到了迅猛发展，太阳能电池的种类也衍生出很多分支。
其中，非晶硅/单晶硅异质结太阳电池由于其工艺温度低、温度系数小、转换效率较高等优点而受到广泛关注。
从1990年起，三洋公司（现已被松下收购）便一直通过所谓的HIT 太阳电池结构体现着这种技术潜在的优势，并于1997年实现HIT 太阳电池的产业化。
对于高效率异质结太阳电池，晶体硅的表面钝化是非常重要的参数。
通过减少电池的厚度而降低太阳电池成本势必会使电池表面积与体积比值的增加，因此，为了有效地钝化PN 结，需要在晶体硅基片的正反两面都使用较高质量的氢化非晶硅层，目的在于降低掺杂非晶硅层中高缺陷态密度对异质界面的影响[1-2]。
PECVD制备氢化非晶硅薄膜的氢含量研究
利用 这种 “ 稀 释 ” 可 以 获 得 高 电 导 率 、 性 能 的 Ｈ 法 高 ａＳ ： 薄膜 。 表 １ －ｉ Ｈ 如 所示 ， 是各参数 的典 型值 。 采用 傅 里 叶变 换 红 外 光 谱 仪 （ ｏｒ ｒｒｎｆｒ ｉｆ － Ｆ ｕｉ － ａｓ ｍ ｒ ｅｔ ｏ ｎａ ｒｄＦ Ｉ ） ｅ ，Ｔ Ｒ 进行红 外 测 试 （ 测试 范 围为 ４０ ４０ｃ ０ ～ ０ ０ｍ ） 分 ， 析 ａＳ ： 薄膜氢 含量 及硅氢 成键 模 式 ， 膜厚 仪 测量 薄 膜 —ｉ Ｈ 用
Ｔｈ ｎ Ｆ ｌ Ｐｒ ｐ ｒ ｄ ｂ ＥＣＶＤ ｉ ｉ ｍ ｅ ａ ｅ ｙ Ｐ
Ｗ ＡＮＧ ｕ ｉｎ Ｚ ｑａ ｇ，Ｗ ＡＮＧ ｎ ｎ ，ＬＩ Ｗ ｅ，ＬＵ ｕ ｉ Ｄａ ｍｉ ｇ Ｎ ｉ Ｚ ｂ ｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ， ｍ Ｍ ． Ｋｉ Ｙ．
（ｈｎｄ Ｃ ｅ ｇ ｕＢＯＥ ｔ ｅｅ ｔｏ ｉｓＴｅ ｈ ｏｏ ｙＣｏ Ｏｐｏ ｌｃｒｎｃ ｃ ｎ ｌｇ ．，Ｌｔ ，Ｃｈ ｎ ｄ １ ７ １ ｄ ｅ ｇ ｕ６ １３ ） Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒｃ Ａ— ｉ Ｓ ：Ｈ ｉ ｗａ ｒ ｐ ｒ ｄｂ ｌｓ ｎ ａ ｃ ｄ ｃ ｅ ｃｌｖ ｐ ｒｄ ｐ ｓｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ Ｆ ｕ ｉｒｔａ ｓ ｆｍ ｓｐ ｅ ａ ｅ ｙ ｐａ ｍａｅ ｈ ｎ ｅ ｈ ｍｉａ ａ ｏ ｅ ｏ ｉｏ ｒｃ ｓ ． ｏ ｒｅ－ｒ ｎ — ｌ ｉ
（ｗ ｎ ）８ ０ ８ ０ｃ 的 剪 切 振 动 模 （ ｅｄ 和 ２９ ～ Ｓ ｉｇ 、８ ～ ９ ｍ Ｂｎ） ００ ２０ ｃ 的伸展模 （ｔ ｔ ） １０ｍ Ｓｒ ｃ 。 ｅｈ 表 １ Ｐ Ｃ Ｄ制备 ｗ ｉ Ｈ 薄膜 主要参 数典 型值 ＥＶ Ｓ：
氢化非晶硅薄膜结构及其物理效应
氢化非晶硅薄膜结构及其物理效应
氢化非晶硅薄膜结构主要由非晶硅（a-Si:H）和氢（H）两部分组成。
非晶硅是由硅原子组成的非晶态材料，其原子之间没有明确的周期性排列，呈现出高度有序的无序排列状态。
氢则嵌入非晶硅之中，占据非晶硅的空隙，使得薄膜的晶体结构更加无序。
光学效应是氢化非晶硅薄膜最重要的特性之一、非晶硅薄膜对光的吸
收和发射具有良好的特性。
非晶硅薄膜能够将太阳能光谱中的可见光吸收，从而产生光电效应，将光能转化为电能。
此外，非晶硅薄膜还具有较低的
折射率和较高的透过率，有利于提高光电器件的效率。
电学效应是指氢化非晶硅薄膜的电导率和介电常数等电学性能。
氢化
非晶硅薄膜的电导率较低，常用于制备薄膜晶体管的导电层。
另外，非晶
硅薄膜的介电常数也较低，有利于制造高频电子器件。
热学效应是指氢化非晶硅薄膜的热传导和热膨胀等性能。
非晶硅薄膜
的热传导率较低，能够有效地阻隔热量的传递，被广泛应用于光学和热电
转换器件中。
此外，非晶硅薄膜的热膨胀系数与玻璃基底相当，与大多数
材料的热膨胀系数不同，有利于与其他材料的封装和组装。
机械学效应是指氢化非晶硅薄膜的机械性能。
非晶硅薄膜具有较高的
硬度、较好的耐磨性和耐腐蚀性等特点，能够保护基底材料，并且可以应
用于柔性显示器等领域。
总之，氢化非晶硅薄膜结构具有无序排列的特点，从而赋予了它良好
的光学、电学、热学和机械学性能。
这些性能使得氢化非晶硅薄膜被广泛
应用于光电、电子、能源等领域，具有重要的应用前景。
氢化非晶硅薄膜结构及其物理效应
氢化非晶硅薄膜结构及其物理效应氢化非晶硅薄膜是一种由硅原子和氢原子组成的非晶态材料。
它具有非晶态材料的特点，即没有长程的有序结构。
同时，通过控制氢的含量，可以调节氢化非晶硅薄膜的光学和电学性质。
氢化非晶硅薄膜的结构特点主要包括以下几个方面。
首先，氢化非晶硅薄膜的硅原子呈非晶态排列，没有明确的晶格结构。
其次，氢原子与硅原子形成键合，稳定了非晶硅薄膜的结构。
此外，氢原子的含量对氢化非晶硅薄膜的性质有重要影响。
氢原子的存在可以增加非晶硅薄膜的光学带隙，提高其光吸收能力。
另外，氢原子还可以降低非晶硅薄膜的内应力，增加其稳定性。
氢化非晶硅薄膜在物理学中具有广泛的应用。
首先，由于氢化非晶硅薄膜具有可调节的光学性质，因此被广泛应用于太阳能电池领域。
通过控制氢原子的含量，可以调节氢化非晶硅薄膜对太阳能的光吸收能力，从而提高太阳能电池的效率。
其次，氢化非晶硅薄膜还可以应用于光电子器件中。
由于其具有较高的光吸收能力和较低的电导率，可以用于制作光探测器、光调制器等器件。
此外，氢化非晶硅薄膜还可以应用于显示器件和光纤通信器件中，提高其性能。
除了在光电子学领域的应用，氢化非晶硅薄膜还具有其他重要的物理效应。
例如，氢化非晶硅薄膜具有较高的折射率，可以用于制作光学透镜和光纤。
此外，氢化非晶硅薄膜还具有较低的机械硬度和较强的化学稳定性，可以用作防反射涂层和保护层。
此外，由于氢化非晶硅薄膜的结构特点，还可以用于制备纳米结构材料和薄膜材料。
氢化非晶硅薄膜具有特殊的结构特点和重要的物理效应。
它在光电子学领域具有广泛的应用，可以用于太阳能电池、光电子器件等。
此外，氢化非晶硅薄膜还具有较高的折射率和化学稳定性，可以应用于光学透镜和防反射涂层。
随着科学技术的不断发展，氢化非晶硅薄膜的研究和应用将会越来越广泛。
本征氢化非晶硅薄膜厚度对其钝化性能和HIT_太阳电池电性能的影响
太 阳 能第11期 总第355期2023年11月No.11 Total No.355 Nov., 2023SOLAR ENERGY0 引言晶体硅异质结(HIT)太阳电池因具有高光电转换效率、低温度系数、无光致衰减及电致衰减、制备工艺简单、制程温度低等诸多优势，引起了中国光伏行业人员的极大兴趣。
但由于HIT太阳电池的核心技术专利归属于日本三洋公司，且该公司一直对核心技术严密封锁，导致国内此类太阳电池技术的研究进展缓慢。
2015年，三洋公司的HIT技术专利保护结束，技术壁垒消除，带来了大力发展和推广HIT技术的大好时机，国内掀起了研究和发展HIT技术的热潮。
HIT太阳电池的核心技术是通过在硅片表面沉积1层高质量的本征氢化非晶硅薄膜，与硅片表面的悬挂键和缺陷结合，使形成的异质结界面悬挂键少、缺陷态密度低，从而获得良好的钝化效果[1]。
但相比于掺杂非晶硅薄膜，本征氢化非晶硅薄膜的电导率较低，若该层薄膜较厚，会导致HIT太阳电池的光电转换效率下降[2]。
截至2017年，HIT太阳电池的实验室最高光电转换效率为26.7%[3]。
国内学者对本征非晶硅薄膜的研究较多。
张王飞等[4]采用AFORS-HET模拟软件对双面HIT 太阳电池的发射层、本征层、背场进行了数值模拟与优化，理论计算结果表明：优化后，双面HIT太阳电池的光电转换效率高达29.17%。
陈仁芳等[5]研究了氢注入对硅HIT太阳电池的本征非晶硅薄膜的影响，研究结果表明：适当的氢注入可以提高本征非晶硅薄膜的氢含量，降低微结构因子，从而显著提高异质结界面的钝化质量。
DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20220822.02 文章编号：1003-0417(2023)11-25-08本征氢化非晶硅薄膜厚度对其钝化性能和HIT太阳电池电性能的影响杜敬良1，张会学2，姜利凯2，勾宪芳2，刘海涛1，王丽婷1*(1. 中节能太阳能科技(镇江)有限公司，镇江 212132；2. 中节能太阳能股份有限公司，北京 100082)摘 要：以异质结(HIT)太阳电池的本征氢化非晶硅薄膜为研究对象，该HIT太阳电池采用n型硅片作为晶硅衬底，其n型电子传输层(下文简称为“n面”)为入光侧，p型空穴传输层(下文简称为“p面”)为背光侧。
氢化非晶硅膜厚分布优化及TFT性能研究
氢化非晶硅膜厚分布优化及 TFT性能研究摘要：氢化非晶硅薄膜因具有优良的光学特性和物理特性，被广泛应用于太阳能电池、传感器和大面积平板显示等领域。
本文采用等离子增强化学气相沉积法（PECVD）在1.8m×1.5m的基板上制备非晶硅薄膜。
通过调整下电极加热温差设置及电极间距（spacing）来改善膜厚分布，优化产品TFT特性。
关键词：氢化非晶硅；膜厚均一性；电极间距；PECVDStudy on thickness distribution optimization and TFTcharacteristics of hydrogenated amorphous siliconFang Xing1 Fu Xuequn2 Gao Pingyu3Nanjing CEC Panda LCD Tecnology Co.,Ltd Nanjing, Jiangsu 210000Abstract：Hydrogenated amorphous silicon thin films are widely used in solar cells, sensors and large area flat panel displays fields with their excellent optical and physical properties. In this paper, the hydrogenated amorphous silicon thin films were prepared on 1.8m × 1.5m substrates by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).The film thickness uniformity was improved and the TFT characteristics were optimized by adjusting the susceptor heating temperature and electrode spacing.Key words: Hydrogenated amorphous silicon；plasma enhanced chemical vapor deposition ；thickness uniformity；electrode spacing1 引言TFT-LCD在显示技术行业中，因工艺成熟，材料体系完整，产品性能稳定等特点占有相当大优势地位。
PECVD 法制备氢化非晶硅薄膜材料
PECVD 法制备氢化非晶硅薄膜材料黄仕华;董晶;沈佳露;刘剑【摘要】采用等离子增强化学气象沉积（plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD）法在普通玻璃上沉积非晶硅薄膜材料.通过控制变量分别研究了 p，n 层的掺杂浓度、氢稀释度及 i 层的反应气压对薄膜材料性能的影响.结果表明：p 层材料在掺杂浓度为6.67%、氢稀释度为10.6时有较高的暗电导率和较低的沉积速率；n 层材料在掺杂浓度为3.33%、氢稀释度为8.3时有较高的暗电导率和较低的沉积速率；i 层材料在反应气压为95 Pa、氢稀释度为15时有较高的光暗电导率之比.%The amorphous silicon thin film was deposited on glass by using plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD)method. The influence of doping concentration and hydrogen dilution on thin film prop-erty,and the influence of reaction pressure on the i-layer property were investigated. The results indicated that the p-layer had a higher dark-conductivity and a lower deposition rate when the doping concentration and the hydrogen dilution were about 6. 67% and 10. 6,respectively. The n-layer had a higher dark-conductivity and a lower deposition rate when the doping concentration and the hydrogen dilution were about 3. 33% and 8. 3, respectively. Also the i-layer thin film had a higher photoconductivity and a dark-conductivity ratio when the reaction pressure and the hydrogen dilution were about 95 Pa and 15,respectively.【期刊名称】《浙江师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P121-125)【关键词】PECVD;非晶硅薄膜;掺杂;氢稀释度;电导率【作者】黄仕华;董晶;沈佳露;刘剑【作者单位】浙江师范大学数理与信息工程学院，浙江金华 321004;浙江师范大学数理与信息工程学院，浙江金华 321004;浙江师范大学数理与信息工程学院，浙江金华 321004;浙江师范大学数理与信息工程学院，浙江金华 321004【正文语种】中文【中图分类】O4750 引言非晶硅薄膜太阳能电池制作工艺简单，衬底温度低，耗材少，能沉积在廉价的衬底上，故制备成本较低；能容易地应用于集成工艺和大面积生产，可进一步降低成本；也能容易地与建筑材料相结合，构成光伏建筑一体化系统.因此，非晶硅薄膜太阳能电池是一种很有发展前景的电池，得到了广泛的研究[1].由于非晶硅(a-Si)半导体材料最基本的特征是组成原子的排列为长程无序、短程有序，原子之间的键合类似晶体硅，形成了一种共价无规则网络结构，它含有一定量的结构缺陷、悬挂键、断键等，因此,载流子迁移率低、扩散长度小、寿命短，所以,这种材料不适合直接做成半导体器件.为了降低非晶硅中的缺陷态密度，使之成为有用的光电器件，人们发现,通过对其氢化处理后,非晶硅材料中大部分的悬挂键被氢补偿，形成硅氢键，降低了态隙密度.1976年,研究人员成功实现了对非晶硅材料的p型和n型掺杂，实现了a-Si-p-n结的制作[2].多种不同的技术用于a-Si∶H薄膜及其器件的制备，其中最为普遍的是在低于500 K的温度下，采用硅烷作为反应气体的PECVD技术.由于a-Si∶H薄膜的光学和电学性质及其相关的器件特性强烈地依赖于制备方法和制备条件，所以在制备太阳能电池前，必须寻求合适的薄膜材料沉积工艺.工艺参数如衬底温度、射频功率、反应气压、反应气体流量、气体配比(氢稀释度、掺杂浓度)等[3]，都是重要的影响因素.目前对薄膜材料的沉积工艺缺少系统详尽的论述，本文在借鉴已有的生产工艺参数的基础上，研究了掺杂浓度、氢稀释度对p,n层薄膜材料性质的影响及反应压强对i层薄膜材料性质的影响.从沉积工艺角度对改善各层薄膜材料提出了参考性建议，这对提高非晶硅薄膜太阳能电池的性能有着实际意义.1 实验方法1.1 薄膜的制备实验使用的是PECVD 4000型(等离子体增强化学气相沉积)设备.以SiO2石英玻片为基板，先用洗洁剂反复擦洗，然后依次用去离子水、丙酮和无水乙醇各超声20 min,最后用普通氮气吹干后分别装入n室、i室和p室进行薄膜生长.具体工艺步骤和参数：电极间距为16.5 mm，本底真空度为4×104 Pa，衬底温度为200 ℃，射频功率为50 W，反应气压为90～125 Pa，气体总流量为28～60mL/min，反应时间为40 min.1.2 薄膜的测试薄膜材料的光电导率测量是在1 000 W/m2的光照条件下，采用真空蒸铝的共面电极结构，两铝电极间距为1 mm，铝极长度为1 cm，通过使用Keithley 2601精密源表在两铝电极之间施加一定的直流电压，然后测试出其光电流，相应的电导率可用典型的电导公式求出：(1)式(1)中:U为两共面电极之间的电压;w为电极间距;L为电极长度;d为薄膜厚度;I为测量的电流强度.薄膜材料的暗电导率与光电导率的测量方法一样，只是在无光的条件下(黑盒子)进行暗电流测试.薄膜材料的拉曼光谱测试采用英国Renishaw公司生产的RM 1000型显微共焦激光拉曼光谱仪，采用514.5 nm的氩离子激发源.2 结果与分析2.1 p,n层的作用p型材料是用辉光放电法分解SiH4和B2H6的混合气体并用高纯的H2稀释沉积而成.n型材料是用辉光放电法分解SiH4和PH3的混合气体并用高纯的H2稀释沉积而成.p,n层作为电池内建电场产生的来源，对p-i-n单结太阳能电池的性能有着重要的影响.它们决定电池的开路电压，并且影响i层光生载流子的收集，从而直接影响电池的填充因子和转换效率.作为掺杂层，要求p,n层有较高的电导率，以减小串联电阻.不仅如此，p层材料还要有高的光学带隙，以允许更多的太阳光透过它进入i层有源层.p,n层材料的导电特性主要受掺杂浓度、氢稀释度的影响.本节研究了在其他沉积工艺不变的情况下，p层硼烷的掺杂浓度((wB2H6/wSiH4)%)α,n层磷烷掺杂浓度((wPH3/wSiH4)%)β和氢稀释度((wH2/wSiH4)%)γ对它们的暗电导率、沉积速率等材料性能的影响，以选择适合p-i-n单结a-Si∶H薄膜太阳能电池制备的工艺.2.1.1 掺杂浓度对p和n层暗电导率的影响图1和图2是控制氢稀释度γ为定值时,不同掺杂浓度对p,n层薄膜材料电导率的影响(σphoto表示光电导率,σdark表示暗电导率).如图1、图2所示，p,n层薄膜材料的电导率都随着掺杂浓度的增大先增大后减小.这种现象可以解释为掺杂层具有较高的缺陷态密度，掺杂浓度过大会引起材料缺陷态密度的增加，自由载流子密度降低，以致电导率下降[4].同种薄膜材料的光电导率明显高于暗电导率，这是由于薄膜在光照下产生光生载流子导致电导率增大.微观机理解释如下：在热平衡状态下，半导体材料的电导率可表示为σ=nqμn+pqμp(2)式(2)中：n,p分别为平衡电子和空穴的浓度;μn,μp分别为平衡电子和空穴的迁移率，基本保持不变.有光照时，半导体材料的电导率增大，此时，电导率为σ=(n+Δn)qμn+(p+Δp)qμp.(3)Δn,Δp分别为非平衡电子和空穴的浓度，Δn =Δp引起的附加电导率为Δσ=Δnqμn+Δpqμp=Δpq(μn+μp).(4)所以同种半导体材料的光电导率大于暗电导率.图1 p层的电导率随掺杂浓度α的变化图2 n层的电导率随掺杂浓度β的变化2.1.2 氢稀释度对p和n层暗电导率的影响图3和图4是控制氢稀释度γ为定值时,不同的掺杂浓度对p,n层薄膜材料沉积速率的影响.如图3所示，随着掺杂浓度的逐渐增大，p层的沉积速率先减小后增加.当掺杂浓度为6.67%时，p层的沉积速率最小，达到0.271 nm·s-1.研究表明沉积速率较低时，粒子在成膜过程中更容易到达自由能较低的位置，薄膜的致密性较好，缺陷较少，所以当前条件下,掺杂浓度为6.67%的工艺为电池p层的理想掺杂工艺.图4显示在掺杂浓度为3.33%时，n层的沉积速率最小，达到0.170 nm·s-1.总体上讲，掺杂浓度对n层的沉积速率影响不大.图3 p层的沉积速率随掺杂浓度α的变化关系图4 n层的沉积速率随掺杂浓度β的变化关系2.1.3 掺杂浓度对p和n层沉积速率的影响图5和图6是控制掺杂浓度α,β为定值时,不同的氢稀释度γ对p,n层薄膜材料电导率的影响.如图5所示，随着氢稀释度γ的增加，薄膜材料的电导率均先增大后减小.这种现象可解释为当氢稀释度过低时，原子氢对薄膜的刻蚀作用较弱，导致薄膜含较多的缺陷，电导率降低；当氢稀释度过大时，缺陷密度虽减少，但薄膜的晶化率过高，电导率同样下降[5]；氢稀释度在合适值时，既可以减少薄膜缺陷，又使薄膜从非晶硅趋向于微晶硅，薄膜材料导电性能增O加.图5 p层的电导率随氢稀释度γ的变化关系图6 n层的电导率随氢稀释度γ的变化关系2.2 i层的重要性i层材料是用辉光放电法分解以高纯H2稀释的SiH4沉积而成.i层是电池的核心部分,是光生载流子的产生区.该区的厚度是否合适，将直接影响电池的性能参数.在一般情况下，i层厚度为400～700 nm比较合适，高质量的i层需要有较高的光暗电导率之比、较低的禁带宽度.光电导率越大而暗电导率越小，表明薄膜光敏性越好，能产生更多的光生载流子，电池的短路电流增大；禁带宽度越低，表明电池能吸收的太阳光谱的波长范围越宽，对太阳光谱能的利用率越高[6].要提高太阳能的转换效率和稳定性，i层必须有高的光生载流子产出率、低缺陷态密度和合适的厚度[5].所以采用合适的工艺条件，沉积出高质量的非晶硅层，对提高电池的转换率有很大意义.2.2.1 反应气压对i层材料的影响用辉光放电法制备本征层的过程中，反应气压是影响薄膜质量的一个重要因素.一般情况下，反应气压应处于帕邢曲线的最小值附近，有利于高质量的薄膜生长[7].通过控制变量法，气体流量分别为40，45，52和60 mL/min，对应的反应气压分别为95，105，115和125 Pa，研究不同的反应气压对i层材料的光暗电导率之比、沉积速率的影响.图7 i层反应气压与光暗电导率之比σ*的关系图8 i层反应气压与沉积速率v的关系图7显示随着反应气压的增大，i层的光暗电导率之比逐渐减小，在95 Pa时达到最大值2.46×102.这种现象可解释为反应气压增大，气体对薄膜的轰击增强，容易对薄膜造成损伤，导致薄膜的缺陷增加，光暗电导率比值下降.图8显示，随着反应气压的增大，i层的沉积速率逐渐减小，表明气体流量过大会减弱薄膜的沉积速率，在95 Pa时达到最大值0.245 nm·s-1.以上研究表明:小流量下制备的本征层质量较好，流量小对应的反应气压较小，等离子体中粒子的平均自由程较大，动能也较大，在成膜过程中容易找到稳定的成键位置或破坏松散的键结构以形成更稳定的结构[7].2.2.2 不同氢稀释度γ下i层薄膜的拉曼光谱图9(a)显示薄膜的拉曼光谱图在靠近480 cm-1处出现吸收峰，表明该材料为非晶硅材料；当增大氢稀释度，薄膜朝晶化方向转化，图9(b)显示薄膜的拉曼光谱图在靠近520 cm-1处出现吸收峰，表明该层出现微晶.由此可知，制备i层时应适量减小氢稀释度.(a)氢稀释度γ=9 (b)氢稀释度γ=28图9 i层薄膜的拉曼光谱图3 总结通过控制变量分别研究了p,n层的掺杂浓度、氢稀释度以及i层的反应气压对薄膜材料性能的影响.p,n层薄膜的掺杂浓度不宜过高，掺杂浓度过高电导率反而下降，原因在于薄膜中会引入更多的缺陷，导致自由载流子密度降低；氢的刻蚀作用使得p,n层薄膜中的弱Si-Si键、微空洞等缺陷减少，从而使膜质均匀稳定.但刻蚀作用过强，会导致薄膜的晶化率过高，导电性下降.i层材料在反应气压为95 Pa、氢稀释度为15时，有较高的光暗电导率之比，但光暗电导率之比只达到102数量级，与性能较好的本征层材料相差很多.以上内容对进一步研究薄膜太阳能电池有一定的参考价值.参考文献：[1]韩建超.非晶硅太阳电池界面层及稳定性研究[D].天津：河北工业大学材料科学与工程学院，2005.[2]温亮生,张富祥.非晶硅太阳电池的性能与薄膜特性的关系[J].北京师范大学学报:自然科学版,1999,35(4):479-482.[3]郝国强.非晶硅薄膜太阳电池的研究[D].天津:河北工业大学材料科学与工程学院,2003.[4]张锐.薄膜太阳能电池的研究现状与应用介绍[J].广州建筑，2007,13(2):8-10.[5]薛家斌.p-i-n单结非晶硅薄膜太阳能电池的制备及研究[D].广州：暨南大学光子技术所，2008.[6]Beaucarne G.Silicon thin-film solar cells[J].Advances in Opto Electronics,2007,2007(9):1-12.[7]王广才,孙健.非晶硅太阳电池本征层特性研究[J].光电子\5光子，1993,4(1):7-12.。
P型氢化非晶硅薄膜制备及光学性能研究
P型氢化非晶硅薄膜制备及光学性能研究
张喜生
【期刊名称】《宁夏师范学院学报》
【年(卷),期】2016(037)006
【摘要】采用等离子体化学气相沉积法制备P型非晶硅薄膜,系统研究了沉积工艺对薄膜结构和性能的影响,并着重分析p层掺杂量对电池性能的影响.结果表
明:200 ℃,400 Pa,氢稀释度为40,沉积功率为60W,硼掺杂量为1.5％所得B掺杂非晶硅薄膜样品带隙达到1.95 eV,电导率超过9 S cm-1.掺杂量为1.5％的p型薄膜应用到非晶硅电池时,电池性能有明显提高,最高效率达到8.86％.
【总页数】6页(P36-41)
【作者】张喜生
【作者单位】运城学院物理与电子工程系,山西运城044000
【正文语种】中文
【中图分类】O484.4
【相关文献】
1.退火处理对氢化纳米晶/非晶硅两相薄膜的结构和光学性能的影响 [J], 陈红敏;丁建宁;王秀琴;郭立强;袁宁一
2.退火处理对氢化纳米晶/非晶硅两相薄膜的结构和光学性能的影响 [J], 陈红敏;丁建宁;王秀琴;郭立强;袁宁一
3.掺硼p型非晶硅薄膜的制备及光学性能的表征 [J], 夏冬林 ;王慧芳;石正忠;张兴良;刘俊
4.一种新型磁场MWECR-CVD和氢化非晶硅薄膜制备 [J], 殷生毅;陈光华;吴越颖;王青;刘毅;张文理;宋雪梅;邓金祥
5.P型非晶硅薄膜制备及其在HIT太阳电池中应用 [J], 齐晓光;杨瑞霞;雷青松;薛俊明
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。