連續(xù)激光輻照實(shí)現(xiàn)單晶硅過(guò)飽和摻鈦的研究.pdf

1、在能源日益緊缺環(huán)境污染日益加劇的形勢(shì)下，光伏發(fā)電以其分布廣泛、清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)成為21世紀(jì)解決能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的重要手段。晶體硅太陽(yáng)電池因具有高的光電轉(zhuǎn)換效率、低污染、性能穩(wěn)定、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，是市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，在可預(yù)見的未來(lái)仍然持續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。如何進(jìn)一步提高晶體硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率是今后的努力方向。中間帶太陽(yáng)電池作為第三代的新概念太陽(yáng)電池，通過(guò)中間帶能吸收原先透過(guò)電池的紅外光，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。在硅中摻入過(guò)渡金屬雜質(zhì)，當(dāng)摻

2、雜濃度超過(guò)Mott極限時(shí)，將會(huì)在硅的禁帶中形成中間能帶。
　　本文提出了一種利用連續(xù)激光輻照掃描制備過(guò)飽和鈦摻雜單晶硅的實(shí)驗(yàn)方法。模擬了連續(xù)激光輻照掃描過(guò)程中的熱場(chǎng)分布并對(duì)過(guò)飽和摻鈦的晶體硅材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。本論文主要取得如下五項(xiàng)創(chuàng)新成果。
　　1、建立了線形光斑連續(xù)激光輻照掃描熱力學(xué)物理模型，并利用多物理場(chǎng)模擬軟件對(duì)連續(xù)激光輻照掃描過(guò)程進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果表明，增加樣品上表面熱量的散失和改善樣品下表面的保

3、溫措施都能提高樣品中最高溫度對(duì)應(yīng)的深度。而提高這一深度對(duì)于鈦的過(guò)飽和摻雜是十分有利的。
　　2、利用Nd∶ YAG線形光斑連續(xù)激光，采用模擬的優(yōu)化參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了鈦在硅中的過(guò)飽和摻雜。用二次離子質(zhì)譜對(duì)鈦在硅中的分布進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明在距離樣品表面365nm的深度范圍內(nèi)，鈦在硅中的濃度超過(guò)了鈦在硅中的固溶度，也超過(guò)了Mott極限(5.9×1019 cm-3)，達(dá)到了形成中間帶的濃度條件。鈦在硅中的分布在140 nm深度處分成兩部分

4、。在深度小于140 nm位置，鈦的分布可以用溶質(zhì)截留效應(yīng)來(lái)解釋。對(duì)于深度大于140 nm的位置，鈦的分布可以用恒表面濃度模型來(lái)擬合。
　　3、X射線衍射測(cè)試表明，連續(xù)激光輻照掃描的樣品表面存在一定的晶格損傷，但是仍然能夠保持單晶硅的結(jié)構(gòu)。過(guò)飽和摻雜的鈦在硅中主要以間隙位置存在。拉曼光譜測(cè)試表明，在拉曼測(cè)試的探測(cè)精度內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)形成非晶硅，也沒(méi)有形成硅鈦化合物。
　　4、X射線光電子能譜測(cè)試表明，真空環(huán)境不能實(shí)現(xiàn)鈦的過(guò)飽和摻雜，

5、常壓氬氣環(huán)境雖然實(shí)現(xiàn)了鈦的過(guò)飽和摻雜，但是鈦極易奪取環(huán)境中殘留的極少量的氧，形成鈦氧化物。
　　5、光吸收譜測(cè)量和分析表明，過(guò)飽和摻鈦的樣品紅外吸收顯著增強(qiáng)，表現(xiàn)出子能帶吸收效應(yīng)。電化學(xué)電容電壓測(cè)試分析表明，鈦在硅中為受主雜質(zhì)，其能級(jí)位置為Ev+0.36eV。這兩種方法對(duì)中間能級(jí)的分析是基本吻合的。
　　本論文提出的采用連續(xù)激光輻照掃描的方法，同樣適用于其他過(guò)渡金屬元素實(shí)現(xiàn)在硅中的過(guò)飽和摻雜，為制備出中間帶晶體硅材料提供了思