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

  更多相關(guān)文章： 晶硅太陽(yáng)能電池 氮化硅 溫和等離子體 少子壽命 鈍化 氫含量

【摘要】：太陽(yáng)能電池發(fā)電作為解決能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的重要途徑之一引起了廣泛關(guān)注。大約90%的太陽(yáng)能電池由晶體硅材料制備而成,晶硅太陽(yáng)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(yáng)能電池中能起到很好的減反射及鈍化作用,成為晶硅太陽(yáng)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(duì)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(guò)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(duì)氮化硅薄膜進(jìn)行了制備和性能測(cè)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(chǎng)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(chǎng)與襯底表面平行使得離子的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(cè)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(guò)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?dú)饬髁棵芮邢嚓P(guān),這歸因于薄膜中N-H鍵含量的變化;射頻功率也會(huì)影響氮化硅薄膜的鈍化性能,因?yàn)榈入x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?dú)夂凸柰榱髁勘?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(cè)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(cè)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(cè)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(jì)算得到了鍵密度和氫含量。實(shí)驗(yàn)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(shí),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(kāi)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(yáng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：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(yáng)能電池與氮化硅薄膜9-13
• 1.2.1 晶硅太陽(yáng)能電池9-12
• 1.2.2 氮化硅薄膜12-13
• 1.3 氮化硅薄膜國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 論文的主要研究?jī)?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(cè)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(cè)試23-24
• 2.4.4 X射線光電子能譜測(cè)試24-25
• 2.4.5 橢圓偏振光譜儀測(cè)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(xiàng)31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第四章 工藝制備參數(shù)對(duì)氮化硅薄膜性能的影響32-40
• 4.1 引言32
• 4.2 實(shí)驗(yàn)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(duì)氮化硅薄膜性能的影響34-37
• 4.4 氣體流量比對(duì)氮化硅薄膜性能的影響37-38
• 4.5 射頻功率對(duì)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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7 李U，

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