多孔硅上固相晶化制备晶硅薄膜的初步研究

摘要

在石油和天然气价格不断上扬的今天,可再生能源(尤其是太阳能)的研究己成为各国各大研究小组研究的重点.随着第三代太阳能电池-薄膜太阳能电池的深入研究,要提高多晶硅薄膜太阳能电池的光伏转换效率,制备高质量的多晶硅薄膜是从本质上解决问题的一个途径. 本文在制备高质量多晶硅薄膜方面做了些探索性的工作,薄膜转移技术为开发低成本晶体硅薄膜太阳电池提供了一条崭新的道路,利用强度低的中间层(孔隙率高的多孔硅层)的方法,在衬底和薄膜太阳电池之间,待制好薄膜太阳电池后靠机械应力把薄膜太阳电池与衬底分离,这是一类较新的太阳能电池制备方法. 本论文正是以制备优良的多晶硅薄膜太阳能电池材料为目的,首先用电化学腐蚀方法制各多孔硅,然后在多孔硅上沉积硅膜并进行二次晶化. 首先,本实验用电化学腐蚀法制备多孔硅,研究了腐蚀电流、腐蚀时间、和HF酸浓度、温度对孔隙率的影响,以及多孔硅表面形貌的影响因素,进一步研究了多孔硅的剥离. 研究发现:(1) 多孔硅的孔隙率随着腐蚀电流密度的增加、腐蚀时间的延长、温度上升、HF浓度的减小而增加.但是要在一定范围内才有效,那就是保证不发生电抛光;(2) 电阻对多孔硅有很大的影响,电阻率大时不容易形成多孔硅层,只有电阻率很小时才能形成均匀的多孔硅层;(3) 由于多孔硅孔隙中的液体在自然气化挥发过程中产生的巨大毛细应力,新鲜多孔硅样品表面在空气里基本变干后发生龟裂;(4)增大多孔硅的腐蚀电流密度,使其大于多孔硅形成的临界电流,发生电化学抛光,成功剥离了多孔硅层,多孔硅层在近紫外-可见光-近红外整个波段反射率都很低. 其次,以等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)法在多孔硅衬底上制备了非晶硅薄膜.为制备多晶硅薄膜,对多孔硅上非晶硅薄膜进行后续热处理,用固相晶化的方法对非晶硅薄膜进行再结晶.研究了衬底、退火方式、温度、掺杂、时间对薄膜晶化的影响.通过激光Raman谱和X射线衍射仪(XRD)对热处理前后的等离子体化学气相沉积(PECVD)法制的硅薄膜进行了分析.发现:(1) 多孔硅上的硅膜晶化的效果比石英上的好;(2) 常规热退火样品的晶化比快速热退火的晶化好;(3) 每个固相晶化温度对应一个晶化最佳的时间;(4) 升高固相晶化时的温度可以减少晶化时间;(5)掺硼的薄膜比本征薄膜晶化效果好,有利于薄膜的外延生长:(6)硅薄膜中的H在退火时逸出形成翘皮,降低了薄膜质量.

目录

文摘

英文文摘

第一章序言

1.1太阳能电池的研究意义

1.2太阳能电池的研究现状

1.2.1单晶硅太阳电池

1.2.2多晶硅电池

1.2.3薄膜太阳电池

1.3硅太阳能电池工作原理

1.3.1 p-n结的形成

1.3.2硅太阳电池的基本结构及性能

1.4小结

第二章多晶硅薄膜制备

2.1引言

2.2晶体硅薄膜太阳电池研究的技术路线

2.2.1高温沉积和区熔再结晶

2.2.2低温沉积

2.2.3层转移技术

2.3多晶硅薄膜的制备方法

2.3.1化学气相沉积法(CVD,Chemical Vapor Deposition)

2.3.2液相外延(LPE)

2.3.3二次晶化的方法

2.3.4层转移方法

2.4小结

2.5开题思想

第三章电化学制备多孔硅

3.1引言

3.2多孔硅的形成

3.2.1多孔硅的形成机理

3.2.2多孔硅形成的理论模型

3.2.3多孔硅的制备方法

3.2.4多孔硅巨大的表面积使其具有很多独特的性质

3.3实验设计

3.4结果及分析

3.4.1多孔硅孔隙率的研究

3.4.2多孔硅表面形貌的分析

3.4.3多孔硅的剥离研究

3.4.4多孔硅层反射率

3.5小结

第四章多孔硅上制备晶硅薄膜

4.1实验设计

4.2结果与分析

4.2.1衬底对硅薄膜微结构的影响

4.2.2热退火和快速光热退火分析

4.2.3退火温度对固相晶化的影响

4.2.4掺杂对固相晶化的影响

4.2.5退火时间对固相晶化的影响

4.2.6退火晶化后出现的翘皮

4.3小结

第五章结论及下一步设想

5.1结论

5.2实验还需完善

5.3实验的进一步设想

参考文献

硕士期间发表论文

致谢