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多结叠层太阳电池能充分利用太阳光能量，实现高效光电转换。硅纳米晶材料带隙可调，且环境友好、资源丰富，是理想的多结叠层太阳电池吸收材料。制作尺寸均一、分布均匀、高晶化率和低应力的硅纳米晶薄膜是获得高效率硅纳米晶太阳电池的关键技术之一。目前关于镶嵌在氧化硅中硅纳米晶的生长机制、结构特征和掺杂规律尚有待深入系统研究。本论文展开了镶嵌在氧化硅中本征硅纳米晶薄膜及镶嵌在氧化硅中掺硼硅纳米晶薄膜的可控制备及其电学特性的研究。主要研究成果包括:
1.采用磁控溅射结合快速热处理制备镶嵌在氧化硅中硅纳米晶薄膜。当薄膜氧硅比由1.5降低到0.7时，薄膜的晶化温度由1000℃降低到900℃;同时揭示富硅氧化硅薄膜在相变和晶化过程中微观结构的变化，指出薄膜在形成硅环时，薄膜中Si-O4团簇含量没有明显变化，当硅环富集在一起形成非晶硅团簇时，薄膜中Si-O4团簇含量增加。
2.研究了富硅氧化硅薄膜中硅环含量对薄膜相变和晶化特性的影响规律。薄膜中硅环含量对氧硅比为1.5的薄膜晶化率有明显的影响，随薄膜中硅环含量增加，薄膜晶化率由10.9％增加到16％;但对氧硅比为0.7的富硅氧化硅薄膜晶化率没有明显的影响;同时硅环含量对氧硅比为0.7和1.5的富硅氧化硅薄膜晶化温度和相变均没有明显影响。
3.采用高温炉退火降低了快速热退火制备的镶嵌在氧化硅中硅纳米晶薄膜应力。增加炉退火温度和时间有利于降低快速热退火制备的镶嵌在氧化硅中硅纳米晶薄膜应力;对于1200℃/30s制备的硅纳米晶薄膜，当薄膜经高温炉1100℃/60min和1000℃/180min热处理后，薄膜应力由2.41GPa分别降低到1.46GPa和1GPa。
4.采用重掺硼直拉硅单晶靶和二氧化硅靶共溅射制备p型镶嵌在氧化硅中硅纳米晶薄膜，并研究衬底温度、退火温度和退火时间对硼掺杂硅纳米晶薄膜电导率影响。增加热处理温度和时间有利于提高薄膜电导率;同时发现在合适的衬底温度100℃时制备的富硅氧化硅薄膜结构有利于薄膜相变、晶化和硼掺杂，相应薄膜的电导率、载流子浓度、迁移率和电导激活能分别为0.008S/cm、1.1×1018cm-3、0.04cm2V-1s-1和0.07eV。
5.采用离子束处理提高镶嵌在氧化硅中掺硼硅纳米晶薄膜的电导率，并研究离子源屏压和离子源类型对薄膜电导率影响规律。采用100eV氢离子束处理镶嵌在氧化硅中掺硼硅纳米晶薄膜后，有利于降低薄膜中缺陷态密度、有利于提高薄膜表面沟道层原子有序度，薄膜表面晶化率由40％增加到48％，相应薄膜电导率由1.8×10-6S/cm增加到3.2×10-3S/cm;继续增加离子源屏压会导致薄膜表面损伤，增加薄膜中缺陷态密度，当离子源屏压增加到500eV时，薄膜的电导率降低到1.7×10-5S/cm;并且随离子源载气中氢含量增加，薄膜电导率增加。
据我们所知，上述研究成果均未见相关文献报道，所取得的一系列研究成果对镶嵌在氧化硅中硅纳米晶薄膜的制备和研究具有一定科学技术参考价值。