硅薄膜材料ppt課件-wenkub.com
2025-04-28 22:24 本頁(yè)面
【正文】 多晶硅薄膜太陽(yáng)電池已成為目前世界上光伏領(lǐng)域中最活躍的研究方向，人們期待研究工作獲得突破，以大大降低太陽(yáng)電池的成本，為解決能源和環(huán)境問(wèn)題作出貢獻(xiàn)。晶界引入的結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)導(dǎo)致材料電學(xué)性能的大幅度降低；同時(shí)，在制備過(guò)程中，由于冷卻快，晶粒內(nèi)含有大量的位錯(cuò)等微缺陷，這些微缺陷也影響多晶硅薄膜性能的提高就多晶硅薄膜在太陽(yáng)電池方面的應(yīng)用而言，正是這些缺陷制約著多晶硅薄膜在產(chǎn)業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。 圖 76 在玻璃襯底上的多晶硅薄膜的掃描電鏡照片 圖 77 低壓化學(xué)氣相沉積（ LPCVD）系統(tǒng)的示意圖 快速熱處理晶化不僅可以制備本征多晶硅薄膜，而且可以制備重?fù)诫s薄膜，使得制備的多晶硅薄膜可以在太陽(yáng)能光電、集成電路的多晶硅發(fā)射極和場(chǎng)效應(yīng)管等器件上得到應(yīng)用。它具有晶體硅的基本性質(zhì)，同時(shí)，它又具有非晶硅薄膜的低成本、制備簡(jiǎn)單和可以大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，因此，多晶硅薄膜在大規(guī)模集成電路、液晶顯示和太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因而，多晶硅薄膜電池既具有晶硅電池的高效、穩(wěn)定、無(wú)毒（毒性小）和材料資源豐富的優(yōu)勢(shì)，又具有薄膜電池的材料省、成本低的優(yōu)點(diǎn)，所以，多晶硅薄膜電池被認(rèn)為是最有可能替代單晶硅電池和非晶硅薄膜電池的下一代太陽(yáng)電池，近幾年已成為了薄膜電池開發(fā)的熱點(diǎn)之一，并已成為國(guó)際太陽(yáng)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。非晶硅薄膜由于其制備方法簡(jiǎn)單、工藝成本低、制備溫度低、可以大面積的制備等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在太陽(yáng)電池上大規(guī)模應(yīng)用，而非晶硅薄膜電池是目前公認(rèn)的環(huán)保性能最好的太陽(yáng)電池。這些氫鍵在非晶硅中具有不同的結(jié)合能，在受到光照后，它們會(huì)產(chǎn)生不同的反應(yīng)或分解，導(dǎo)致氫原子在體內(nèi)的擴(kuò)散和移動(dòng)，從而產(chǎn)生新的亞穩(wěn)缺陷中心，最終促使非晶硅性能的衰減。在硅烷分解反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定量的氫原子，如式（ 71）和式（ 72）所示，這些氫原子在沉積時(shí)會(huì)進(jìn)人非晶硅；同時(shí)，在制備非晶硅時(shí)，人們總是利用氫氣來(lái)做為硅烷的稀釋氣體，這樣在反應(yīng)系統(tǒng)中直接引入了氫氣，也會(huì)在非晶硅中產(chǎn)生一定的氫，從而得到含氫的非晶硅（簡(jiǎn)稱 aSi： H）。而其中， SiH 和 H 原子團(tuán)被認(rèn)為最重要，有研究認(rèn)為，在等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中實(shí)際發(fā)生的化學(xué)發(fā)應(yīng)是： SiH + H → Si + H2 （ 72） 正是由于可能多種化學(xué)反應(yīng)的存在，使得非晶硅的性能對(duì)制備的條件十分敏感，不同的設(shè)備都需要獨(dú)特的優(yōu)化工藝，才能制備出高質(zhì)量的非晶硅。同樣，如果在原料氣體 SiH4 中加入磷烷（ PH3），就可以形成 N 型非晶硅。（ 2）等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備非晶硅圖 75 是等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在兩電極的中間存在一個(gè)明顯的發(fā)光區(qū)域，稱為正離子柱區(qū)（或陽(yáng)極光柱區(qū)），在這個(gè)區(qū)域中，電子和正離子基本滿足電中性條件，處于等離子狀態(tài)。當(dāng)電子從陰極發(fā)射時(shí)，能量很小，只有 1eV 左右，不能和氣體分子作用，在靠近陰極處形成阿斯頓暗區(qū)；隨著電場(chǎng)的作用，電子具有更高的能量，可以和氣體分子作用， 使光氣體分子激發(fā)發(fā)光，形成陰極輝區(qū)。 圈 73 輝光放電系統(tǒng)的 IV 特性曲線 圖 74 輝光放電系統(tǒng)的輝光區(qū)示意圖 （ 1）輝光放電的基本原理在真空系統(tǒng)中通入稀薄氣 體，兩電極之間將形成放電電流從而產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象。一般認(rèn)為氫的作用是如圖 72 所示那樣填補(bǔ)了膜內(nèi)部微孔中的懸掛鍵及其他結(jié)構(gòu)缺陷。這使材料結(jié)構(gòu)中由于不飽和或 “ 懸掛 ” 鍵而出現(xiàn)微孔。非晶硅材料與晶體材料不同之處在于它的原子結(jié)構(gòu)排列不是長(zhǎng)程有序。 6）在一定范圍內(nèi)，取決于制備技術(shù)，通過(guò)改變摻雜劑和摻雜濃度，非晶硅的密度、電導(dǎo)率、禁帶等性質(zhì)可以連續(xù)變化和調(diào)整，易于實(shí)
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