论文部分内容阅读
本文在全面总结目前太阳电池材料的研究现状和其未来发展趋势的基础上,系统地从理论和实验两方面对应用在太阳电池板上的Si基薄膜材料的结构进行了设计,用超高真空磁控溅射仪研究了其制备工艺,用了XRD、SEM、AFM、TEM、Raman、FTIR、UV-Vis、PL和椭圆偏光仪(SE)等分析手段研究了薄膜的相结构、微观组织特征和其所具有的光性能。首先,探讨了溅射气压(Pg),溅射功率(Pin),衬底温度(T)和溅射时间(t)对Si单层膜的厚度、微观组织结构和光性能的影响规律,确定出了薄膜表面状况和光性能优的磁控溅射的制备工艺,在实验所研究的范围内,沉积Si薄膜的最佳工艺参数为:Pg=1.0Pa;T=300～400℃;Pin=90～100W。以此工艺为基础,分别沉积出实验中根据能带理论和光吸收原理设计的(a)Quartz/Ge/Si; (b)Quartz/(Ge/Si)3; (c)Quartz/ZnO/Ge/Si; (d)Quartz/ZnO/(Ge/Si)3四种结构薄膜并经气氛热处理及现代检测技术,研究了有关薄膜的微观结构、光性能及其中涉及到的机理问题,证明了Quartz/(Ge/Si)3结构有比Quartz/Ge/Si结构更高的光吸收强度和更高效的发光中心;详细讨论了有关ZnO中间层与Si/Ge薄膜之间的作用关系和反应机理,结果表明ZnO中间层对Si/Ge薄膜的表面粗糙度在热处理前后有截然不同的影响趋势,其提高了Si/Ge薄膜的开始结晶温度,主要机理为ZnO和Ge发生了化合反应生成了一种新的化合物即Zn2GeO4,消耗了薄膜中的Ge的量。提出了降低Ge单层的厚度同时增加Si/Ge的层数以抑制其反应的方法。最终,对磁控溅射技术和气氛热处理工艺相结合的方法制备出的“非晶-多晶/纳米晶”结构的(Si/Ge)xZnO薄膜的表面,界面,微观组织结构,结晶特征,光吸收性能和光致发光特征进行了研究,证明了此条件下Ge纳米晶已经具备了直接带隙材料的特征,并研制出具有宽吸收带、高发光强度和低缺陷复合中心密度的新型Si基多层结构薄膜。此类Si基薄膜材料在光伏和光电子领域中将有重要的应用价值。