随着能源和环境问题的凸显,可再生能源,特别是光伏发电技术日益受到重视,但相对较高的光伏发电成本是光伏发电大规模普及的一大障碍。在光伏发电成本中,太阳电池组件价格是其中很大的一项占比,而晶体硅薄膜是降低太阳电池价格的一大发展方向。相较于传统晶体硅太阳电池,其减少了硅料的使用,降低成本;相较于非晶硅薄膜太阳电池,其不存在光致衰减效应,缺陷态更少,可达到更高的光电转化效率。而在晶体硅薄膜太阳电池中,最关键也亟待解决的问题便是高质量多晶硅薄膜的制备。我们的研究目标,正是制备得到高结晶度、具有择优取向的晶体硅薄膜。在本文中,我们先根据晶体硅材料对光的吸收系数和少子扩散长度,再结合磁控溅射仪器薄膜沉积速率,决定了实验制备晶体硅薄膜的厚度。然后选择石墨片作为衬底材料,利用磁控溅射技术、常规热退火技术和快速热退火技术制备了约5.2 μm厚的晶体硅薄膜,并利用XRD、Raman、SEM等表征手段分析了薄膜择优取向、结晶度及截面形貌。所取得的主要成果如下:(1)根据晶体硅材料的光吸收系数和少数载流子扩散长度,通过理论计算给出了晶体硅薄膜太阳电池的最佳厚度为40 μm至55 μm,为晶体硅薄膜沉积提供了参考。(2)给出了晶体硅薄膜择优取向机理的描述。在磁控溅射过程中如果衬底温度不足够高导致异质成核的产生,就会仅在衬底及沉积层表面产生具有一或两种择优取向的晶粒。利用后续常规热退火处理,促进细小晶粒长大,在这个过程中,不同晶面生长速度不同,由此便可得到具有择优取向的晶体硅薄膜。(3)分别在石墨板和石英玻璃衬底上制备了具有完全不同择优取向的晶体硅薄膜。以抛光处理的石墨板作为衬底材料时,分别在550℃衬底温度加600℃退火温度,700℃衬底温度加750℃退火温度的条件下制备出了具有Si(111)和Si(220)两种完全不同择优取向的晶体硅薄膜。以石英玻璃作为衬底材料时,分别在650℃衬底温度加650℃退火温度,750℃衬底温度加650℃退火温度的条件下制备出了具有Si(111)和Si(220)两种完全不同择优取向的晶体硅薄膜。