富硅氮化硅及其硅量子点薄膜材料的制备及其特性研究

来源 :内蒙古师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hlucjx
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进入21世纪以来,世界经济的发展速度越来越快。环境保护和清洁能源的探索和研发是目前世界范围内的重要问题。作为一种绿色无污染的光电能量转换器件,太阳电池的研究受到人们的越来越多的关注。在已经商业的太阳能电池产品当中,阻碍这项新能源发展最大的问题在于太阳能电池的能量转换效率在现阶段的商业化产品都相对较低,光能的损失情况比较严重。这就导致太阳能电池的成本相比于其他传统发电方式过高。探索一种具有高效转换效率的新型光伏材料是现在材料物理、光伏器件及能源科学研究领域内的热点。  近些年来,随着第三代高效太阳能电池材料开发与研究的不断加快,硅基纳米结构的氮化硅薄膜材料逐渐被用于制备新型太阳能电池。如中间带隙太阳能电池和多激子产生型太阳能电池等。此类材料的制备工艺简单,通过调节制备参数可对材料的微结构和发光特性进行调控,而且原料来源丰富无污染。  本文用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)来制备富硅氮化硅薄膜。此方法具有温度低、沉积速率快、成膜质量好、针孔较少和不易龟裂等特点。对所沉积的三组样品进行X射线衍射、傅里叶变换红外透射和紫外-可见光吸收分析,对沉积条件在薄膜的微结构、结晶情况、组分含量和光学带隙等方面的影响进行了相应的研究,制备出了富硅氮化硅薄膜材料,然后对富硅氮化硅薄膜进行后续的退火处理。主要的研究结论如下:  1.论文实验研究了射频功率、N2流量、衬底温度在氮化硅薄膜沉积过程中对薄膜结构成分和光学特性的影响。沉积氮化硅薄膜的最佳条件为:射频功率50w,N2流量250sccm,衬底温度为300oC,此时氮化硅薄膜中的含氮量最高。实验结果表明,所沉积薄膜都为非晶氮化硅,射频功率对于薄膜成分有一定影响;改变氮气流量可直接影响到氮化硅薄膜的微结构及组分,其光学带隙由1.867eV上升到1.975eV;衬底温度对氮化硅薄膜的折射率有显著影响,其大小由2.05升高至2.45;沉积速率随温度升高有增大趋势但变化不明显;制备的薄膜主要为非晶结构的富硅氮化硅薄膜。  2.对薄膜进行退火研究发现,随退火温度的升高,薄膜中硅、氮缺陷态的荧光发光强度呈现先减小后增大的趋势,而由非晶硅团簇或硅量子点存在的而产生的发光现象其峰值强度则呈现一直增大的趋势。随着温度的升高,薄膜中硅、氮悬键与缺陷态产生了相应的变化,一些缺陷态消失的同时另一些缺陷态随温度升高而产生。同时,由于薄膜中硅元素的含量相对较少,退火过程中难以形成大晶粒结构, Si-N键重组产生了更多非晶硅团簇或硅量子点结构。
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