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在石油、天然气等传统能源价格不断上涨的今天,可再生能源--太阳能的研究已经成为全世界科研组织研究的重点。并且,随着对第三代薄膜太阳能电池研究的深入,为了提高多晶硅、微晶硅薄膜太阳能电池的光电转换效率,并使得太阳能电池走进人类的日常工作、生活,制备高质量、低成本多晶硅、微晶硅薄膜是必然的解决途径。
本文采用感应耦合等离子体增强型化学气相沉积技术低温、低耗能制备多晶硅薄膜。首先利用朗缪尔探针诊断了反应室腔体内等离子体参数,得到了反应室腔体内各个位置的离子密度和电子温度空间变化规律,腔体内离子密度随h的增高而逐渐变大,但均匀性和稳定性逐渐降低。在h较高的Ⅱ区、Ⅲ区,电子温度随r的增大迅速变小,因此在h=0~3cm的Ⅰ区内可以看作是一块等离子体密度稳定的区域,适合大面积的制备实验样品。在一定的工作气压下,增加射频功率会使等离子体密度增大,但存在趋向于饱和的趋势,因此。综合射频功率、工作气压对离子密度的影响,判断在进行大面积均匀等离子体工艺沉积薄膜过程中,应避免采用过低工作气压。
为了独立控制等离子体鞘层附近区域的离子密度和能量分布,采用光发射光谱(OES)测量技术,对不同工作气压和射频功率下感应耦合等离子体(ICP)鞘层附近区域的辉光特性进行了研究。在放电气压为0.1,0.25,0.5Pa,射频功率为30,75,120,180W得到了氩等离子体鞘层附近区域的发射光谱。原子谱线和离子谱线特性分析表明,在鞘层附近区域感应耦合等离子体具有较高的离子密度和较低的电子温度。改变放电气压和射频功率,对得到的光谱特性分析表明,鞘层附近区域离子密度随射频功率的增大而线性增大,在低压下随气压的升高而增大。低激发电位原子谱线强度增加迅速,高激发电位原子谱线强度增加缓慢,而离子谱线强度增加很不明显。
通过对探针诊断和OES谱线的分析,调整预想的ICP实验系统,在射频功率120W,工作气压0.25~0.5Pa,衬底温度150~200℃条件下,采用ICPECVD以SiH4和Ar为反应气体分别在单晶硅和载玻片衬底上沉积制备多晶硅薄膜。
对得到的实验样品薄膜的OES、AFM、XRD等分析表明:在等离子体鞘层附近区域观察到414nm的SiH*,486nm的Hβ*,656nm的Hα*,415nm以及434nm处的Ar*等发射光谱特征峰的出现。薄膜样品的表面形貌均匀整齐、无明显缺陷、一致性高。实验制备出的样品薄膜厚度为1.6/μm,其中单晶硅衬底的样品薄膜的X射线衍射图在Si(111)晶向显现衍射峰,FWHM为d=0.662nm,呈微晶态。载玻片衬底的样品薄膜显非晶态。