柔性多晶硅薄膜制備及性質(zhì)分析.pdf

1、隨著全球能源危機(jī)和能源沖突的日益逼近，可持續(xù)發(fā)展的可再生能源特別是太陽(yáng)能正在改變?nèi)虻哪茉锤窬趾蛠?lái)源。應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的各類太陽(yáng)電池中，多晶硅薄膜太陽(yáng)電池因成本低、消耗低、穩(wěn)定性高，同時(shí)可借鑒硅薄膜微電子器件的成熟工藝，而受到廣泛關(guān)注。常規(guī)的多晶硅薄膜太陽(yáng)電池大多制備在不銹鋼、玻璃、石墨等廉價(jià)襯底上，必需加工成堅(jiān)硬的板塊狀太陽(yáng)電池，這一弊端限制了多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的廣泛應(yīng)用。柔性多晶硅薄膜太陽(yáng)電池將多晶硅薄膜制備在柔性襯底材料上，重

2、量輕，不易破碎，最重要的是可折疊、卷曲，易于大面積生產(chǎn)，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。而高質(zhì)量柔性多晶硅薄膜的制備，成為了提高柔性多晶硅薄膜太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。
　　基于石墨的優(yōu)異性能，本文采用耐高溫、熱膨脹系數(shù)與硅相近、可卷曲等獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的柔性石墨紙作為柔性多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的襯底材料。同時(shí)，柔性石墨紙襯底與柔性多晶硅薄膜存在熱膨脹系數(shù)及晶格常數(shù)不匹配的問(wèn)題，因此，基于柔性石墨紙襯底的非晶硅薄膜晶化后形成的柔性多晶硅薄膜籽

3、晶層，可對(duì)后續(xù)沉積生長(zhǎng)多晶硅薄膜的特性有關(guān)鍵性作用，同時(shí)籽晶層能夠阻止襯底雜質(zhì)擴(kuò)散，起到阻擋層的作用。
　　本文在柔性石墨紙襯底上，利用磁控濺射技術(shù)(MSC)、快速熱退火技術(shù)(RTA)、以及對(duì)流輔助化學(xué)氣相沉積技術(shù)(CoCVD)制備柔性多晶硅薄膜，以及引入ZnO過(guò)渡層的柔性多晶硅薄膜。本文系統(tǒng)研究了RTA技術(shù)對(duì)柔性多晶硅薄膜結(jié)晶情況的影響;以及研究了引入ZnO過(guò)渡層后對(duì)柔性多晶硅薄膜擇優(yōu)取向、結(jié)晶程度的影響。通過(guò)掃描電子顯微鏡(S

4、EM)、X射線衍射(XRD)、拉曼光譜(RamanSpectra)及微波反射光電導(dǎo)衰減譜(μ-PCD)對(duì)柔性多晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行表征與分析，取得的主要成果如下:
　　1.在柔性石墨紙襯底上，利用MSC和RTA技術(shù)，制備出了柔性多晶硅薄膜籽晶層樣品。首先，在柔性石墨紙襯底上，采用MSC技術(shù)直接沉積制備硅薄膜樣品，XRD和Raman測(cè)試表明，直接沉積制備的樣品為非晶態(tài)。利用RTA技術(shù)對(duì)其晶化后，樣品由非晶態(tài)轉(zhuǎn)為多晶態(tài)。同時(shí)，直接沉

5、積制備的柔性多晶硅薄膜籽晶層具有高度(220)擇優(yōu)取向。
　　2.在柔性多晶硅薄膜籽晶層上，利用CoCVD技術(shù)，沉積制備出了柔性多晶硅薄膜樣品。SEM、XRD和Raman測(cè)試表明，利用CoCVD技術(shù)外延沉積的柔性多晶硅薄膜結(jié)晶質(zhì)量良好，且具有高度(220)擇優(yōu)取向。同時(shí)，本文對(duì)柔性多晶硅薄膜具有(220)擇優(yōu)取向的成因進(jìn)行了分析。
　　3.本文在柔性石墨紙襯底與硅薄膜之間引入了ZnO過(guò)渡層，可作為雜質(zhì)擴(kuò)散阻擋層。在柔性石墨紙

6、襯底上，首先利用MSC技術(shù)先制備ZnO過(guò)渡層，再制備非晶硅薄膜層，然后通過(guò)RTA技術(shù)、CoCVD技術(shù)制備柔性多晶硅薄膜樣品。SEM、XRD和Raman測(cè)試表明，引入ZnO過(guò)渡層后制備的柔性多晶硅薄膜結(jié)晶質(zhì)量良好，且具有高度(400)擇優(yōu)取向。(400)擇優(yōu)取向的轉(zhuǎn)變有利于后續(xù)柔性多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的制作。同時(shí)，對(duì)引入ZnO過(guò)渡層后柔性多晶硅薄膜具有(400)擇優(yōu)取向的成因進(jìn)行了分析。
　　4.根據(jù)SEM、XRD和Raman表征分析