氢化非晶硅薄膜的直流和射频磁控溅射法制备及其表征

作     者：潘震 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵青南;赵修建

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：直流和射频磁控溅射 氢化非晶硅薄膜 氢气分压 基片温度 光学带隙 

摘      要：目前,硅薄膜太阳能电池的研究已成为国际光伏领域研究热点,硅薄膜太阳能电池相对于单晶硅和多晶硅太阳能电池而言,具有耗材少,成本低的特点,尤其是廉价衬底的引入,使硅薄膜太阳能电池在成本控制方面具有更强的市场竞争力。非晶硅薄膜太阳能电池制作工艺简单,衬底温度低,易于应用集成工艺和大面积生产,能够与建筑材料相结合构成光伏建筑一体化系统。它是硅薄膜太阳能电池中最具发展前途的一类电池,因此,非晶硅薄膜材料备受关注。 本论文采用直流和射频磁控溅射方法在玻璃基片上沉积氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。使用X射线衍射仪(XRD)、NKD7000W薄膜分析仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、显微拉曼光谱仪(Raman)、紫外-可见光透射光谱仪(UV-VIS)测试了薄膜的物相结构、膜厚、硅氢键和透过率,研究了溅射功率、基片温度和氢气分压对薄膜的结构和性能的影响。结果表明: 1)随着溅射功率的增加,薄膜的沉积速率会逐渐增大,沉积速率的增长速度随着功率的增加先增大后减小;溅射功率的增加使薄膜变厚,可见光范围内的总透过率逐渐降低;随着溅射功率的增加,薄膜的光学带隙在逐渐减小。 2)在300℃以内,基片温度的升高,基本不会影响薄膜的沉积速率、可见光范围内的总透过率和光学带隙。 3)在溅射气体氩气压力一定的情况下,提高氢气分压能够使薄膜的沉积速率减小;沉积速率的减小,相同时间里薄膜变薄,在可见光范围内的总透过率有一定程度的增加;随着氢气分压的增加,薄膜的光学带隙逐渐增加。 4)氢化非晶硅薄膜的X射线衍射谱和Raman散射谱分析证明,薄膜为非晶态,但是通过对紫外-可见光透过率光谱计算,得到薄膜的光学带隙在1.9～2.0eV左右,因此,可以认为,薄膜是以非晶态为主,其间镶嵌了少量纳米晶体的结构。 5)对比了直流溅射和射频溅射沉积硅薄膜的速率和形貌。直流溅射的平均沉积速率明显大于射频溅射的平均沉积速率;射频溅射沉积的薄膜均匀性和致密性要优于直流溅射沉积的薄膜。