本文關(guān)鍵詞：基于溫和等離子體沉積技術(shù)的a-SiN_x薄膜制備及性質(zhì)研究

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【摘要】：太陽能電池發(fā)電作為解決能源問題和環(huán)境問題的重要途徑之一引起了廣泛關(guān)注。大約90%的太陽能電池由晶體硅材料制備而成,晶硅太陽能電池的表面復(fù)合速率和入射光反射影響著電池的轉(zhuǎn)換效率,因此,研究和制備性能優(yōu)良的鈍化層具有十分重要的意義。氮化硅薄膜由于具有良好的特性,在太陽能電池中能起到很好的減反射及鈍化作用,成為晶硅太陽能電池鈍化層的理想材料之一。不同的制備方法以及不同的工藝制備參數(shù)對氮化硅薄膜的性能有很大的影響,因此大量的研究集中在氮化硅薄膜的制備上。目前,主流的氮化硅薄膜制備技術(shù)包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積、電感耦合等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積、微波等離子體化學(xué)氣相淀積等,但制備過程中的離子轟擊效應(yīng)可能損傷襯底表面,影響薄膜質(zhì)量。為了降低離子轟擊效應(yīng)的影響,本論文搭建了一種可避免襯底損傷的溫和等離子體沉積系統(tǒng),基于該系統(tǒng)對氮化硅薄膜進(jìn)行了制備和性能測試。具體研究工作可概括如下。(1)首先,課題組自主搭建了溫和等離子體沉積系統(tǒng),核心的反應(yīng)系統(tǒng)主要由反應(yīng)腔體、射頻電源、諧調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)、電感耦合天線組成。等離子體雖然由電感耦合天線產(chǎn)生,但卻工作在容性放電模式下,產(chǎn)生的靜電場起了主導(dǎo)作用,導(dǎo)致較低的氣體離化率以及較低的等離子體密度;徑向靜電場與襯底表面平行使得離子的運動被約束在與襯底表面平行的方向,因此,溫和等離子體沉積系統(tǒng)從降低等離子密度以及約束離子運動方向兩方面著手,顯著地抑制了離子轟擊效應(yīng),降低了表面損傷。(2)基于溫和等離子體沉積系統(tǒng)在不同工藝參數(shù)下(清洗方法、氣體流量、射頻功率)制備了氮化硅薄膜。利用少子壽命測試儀研究了不同工藝條件下所沉積的氮化硅薄膜的鈍化性能,由此確定性能最優(yōu)的工藝制備參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn):RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗法以及入腔前過氫氟酸更有利于氮化硅薄膜的鈍化;氮化硅薄膜的鈍化性能和氮氣流量密切相關(guān),這歸因于薄膜中N-H鍵含量的變化;射頻功率也會影響氮化硅薄膜的鈍化性能,因為等離子體密度決定著薄膜中H總量的多少。(3)基于溫和等離子體沉積系統(tǒng)制備了不同氮氣和硅烷流量比(R=N2/SiH4)的氮化硅薄膜。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線光電子能譜儀(XPS)、拉曼光譜(Raman)研究了薄膜的表面形貌和化學(xué)組成;利用傅立葉紅外光譜儀(FTIR)、少子壽命測試儀研究了薄膜的鍵結(jié)構(gòu)、鍵密度、氫含量以及薄膜在晶硅表面的鈍化效果。SEM觀測表明,制備的氮化硅薄膜表面均勻,薄膜與襯底的界面清晰平滑;XPS觀測表明,薄膜中的元素主要是Si、N,并獲得了Si、N含量比;Raman光譜中480 cm-1特征峰由富硅氮化硅薄膜的非晶硅團(tuán)引起;由FTIR吸收光譜計算得到了鍵密度和氫含量。實驗結(jié)果表明:氮化硅薄膜的鍵密度、氫含量、化學(xué)組成和少子壽命主要取決于流量比R;當(dāng)R=1.25時,成膜質(zhì)量最好,H含量達(dá)到最高為29%。退火后少子壽命提高到251μs,表面復(fù)合速率降至85 cm/s,開路電壓增到640 m V,在上述條件下獲得的氮化硅薄膜鈍化效果良好。
【關(guān)鍵詞】：晶硅太陽能電池 氮化硅 溫和等離子體 少子壽命 鈍化 氫含量
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O484;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 研究背景與意義8-9
• 1.2 晶硅太陽能電池與氮化硅薄膜9-13
• 1.2.1 晶硅太陽能電池9-12
• 1.2.2 氮化硅薄膜12-13
• 1.3 氮化硅薄膜國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容和架構(gòu)14-16
• 第二章 氮化硅薄膜的制備技術(shù)和表征技術(shù)16-27
• 2.1 引言16
• 2.2 等離子體16-18
• 2.2.1 等離子體的產(chǎn)生17-18
• 2.2.2 等離子體的形成18
• 2.3 氮化硅薄膜的主要制備技術(shù)18-22
• 2.3.1 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積18-20
• 2.3.2 電感耦合等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積20-21
• 2.3.3 微波等離子體淀積21-22
• 2.4 氮化硅薄膜的表征技術(shù)22-26
• 2.4.1 少子壽命測試22-23
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡23
• 2.4.3 傅立葉紅外光譜儀測試23-24
• 2.4.4 X射線光電子能譜測試24-25
• 2.4.5 橢圓偏振光譜儀測試25
• 2.4.6 拉曼光譜25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 溫和等離子體沉積系統(tǒng)27-32
• 3.1 引言27
• 3.2 溫和等離子體27-31
• 3.2.1 溫和等離子體的原理27-28
• 3.2.2 溫和等離子體系統(tǒng)的搭建28-31
• 3.3 溫和等離子體系統(tǒng)的操作規(guī)范以及注意事項31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第四章 工藝制備參數(shù)對氮化硅薄膜性能的影響32-40
• 4.1 引言32
• 4.2 實驗流程32-34
• 4.2.1 襯底材料的選擇32
• 4.2.2 襯底材料的清洗32-33
• 4.2.3 制備流程33-34
• 4.3 清洗方法對氮化硅薄膜性能的影響34-37
• 4.4 氣體流量比對氮化硅薄膜性能的影響37-38
• 4.5 射頻功率對氮化硅薄膜性能的影響38-39
• 4.6 本章小結(jié)39-40
• 第五章 氮化硅薄膜在晶硅表面的鈍化研究40-51
• 5.1 引言40
• 5.2 氮化硅薄膜的微觀形貌表征40-42
• 5.3 氮化硅薄膜的成分分析42-44
• 5.4 氮化硅薄膜鈍化效果研究44-49
• 5.4.1 鈍化的機(jī)理44-45
• 5.4.2 氮化硅薄膜的微結(jié)構(gòu)性能45-48
• 5.4.3 氮化硅薄膜的鈍化效應(yīng)48-49
• 5.5 本章小結(jié)49-51
• 第六章 總結(jié)與展望51-53
• 6.1 總結(jié)51-52
• 6.2 展望52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-59
• 附錄: 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文59

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2 陳國明,陳國j,楊}\,鄒世昌;低能離子注入形成氮化硅薄膜特性的研究[J];物理學(xué)報;1988年03期

3 袁順;;氮化硅薄膜的研究進(jìn)展[J];學(xué)術(shù)動態(tài)報道;1997年03期

4 樊雙莉,陳俊芳,吳先球,趙文鋒,孫輝,符斯列,向鵬飛,蒙高慶;直管式反應(yīng)室感應(yīng)耦合等離子體技術(shù)制備氮化硅薄膜研究[J];華南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2004年04期

5 王穎,申德振,張吉英,劉益春,張振中,呂有明,范希武;富硅量不同的富硅氮化硅薄膜的光致發(fā)光研究[J];液晶與顯示;2005年02期

6 龔燦鋒;席珍強(qiáng);王曉泉;楊德仁;闕端麟;;熱處理對氮化硅薄膜光學(xué)和電學(xué)性能的影響[J];太陽能學(xué)報;2006年03期

7 曾友華;郭亨群;王啟明;;富硅氮化硅薄膜的制備及其發(fā)光特性[J];半導(dǎo)體光電;2007年02期

8 景鳳娟;張琦;冷永祥;孫鴻;楊蘋;黃楠;;非平衡磁控濺射制備氮化硅薄膜及其性能研究[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報;2009年05期

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10 王春;牟宗信;劉冰冰;臧海榮;牟曉東;;中頻孿生靶非平衡磁控濺射制備氮化硅薄膜及其性能(英文)[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2011年03期

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1 趙青南;董玉紅;劉瑩;趙慶忠;趙修建;;氮化硅薄膜熱處理前后表面組成和折射率[A];2010全國玻璃技術(shù)交流研討會論文集[C];2010年

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3 劉文德;陳赤;樊其明;徐英瑩;張靜;;玻璃基底和粗糙度在氮化硅薄膜橢偏測量中的影響[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

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6 劉渝珍;陳超;徐彭壽;張國斌;董立軍;陳大鵬;;納米硅對a-SiN_x：H薄膜熒光發(fā)射的影響[A];TFC'07全國薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2007年

7 李U，

本文編號：555146