SiC-SiNx薄膜表面組織結構控制及性能研究.pdf

1、能源的日益匱乏和環(huán)境問題的日趨嚴重極大地推動光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,低成本和高光電轉換效率是太陽能電池應用化的重要指標。高光電轉換效率的太陽能電池的制備,需要做到在整個太陽光譜范圍內(nèi)至少在可見光及近紅外光波長范圍內(nèi)進行有效的陷光和保持低反射率。陷光結構是提高太陽能電池光吸收及減少材料厚度進而降低成本的有效手段之一,可以在入射光全波段內(nèi)實現(xiàn)無選擇性的增透效果。為了有別于傳統(tǒng)的化學刻蝕法,利用磁場對粒子運動的影響,本文重點探討磁場對薄膜生長的影

2、響,實現(xiàn)對陷光結構的優(yōu)化和控制。
　　本文采用射頻磁控濺射法分別在單晶硅、石英玻璃和不銹鋼基底上沉積SiC、SiNx薄膜,利用X射線衍射、臺階儀、原子力顯微鏡、紫外-可見光分光光度計、劃痕儀等設備表征了SiC、SiNx薄膜的表面形貌、顯微結構和光學性能等性能,系統(tǒng)研究了常見的濺射工藝參數(shù)對薄膜生長質(zhì)量、表面形貌及特性的影響;在優(yōu)化工藝參數(shù)的基礎上,探索外加磁場對SiC、SiNx薄膜生長的控制及對陷光結構的優(yōu)化,進而討論外加磁場對薄

3、膜的顯微結構、表面形貌以及透射率等性能的影響,得到了較為理想的結果,為降低薄膜的制備成本和提高薄膜透射率提供了很好的參照依據(jù)。實驗結果表明:
　　(1)薄膜的生長速率隨著濺射功率的增加而逐漸增加;同時薄膜的表面粗糙度也增加;薄膜的致密度、薄膜的復合顯微硬度和膜-基結合力也隨之增大;同樣地,薄膜的折射率也隨著濺射功率的增加而有所變大,在濺射功率70W~160W范圍內(nèi),折射率變化范圍維持在1.7~2.3;
　　(2)薄膜的生長速

4、率隨著濺射氣壓的增加先增加后下降,當濺射氣壓為1.0Pa附近時,生長速率達到最大值;并且薄膜表面粗糙度減小,趨于平坦化。相對較低的濺射氣壓有利于提高濺射粒子在薄膜表面生長時遷移而促進粒子的聚集及表面島的長大;
　　(3)所制備的薄膜呈非晶或微晶形式存在;外加磁性強弱不同的磁場后,S iC、SiNx薄膜的非晶結構沒有實質(zhì)性的變化;但薄膜的表面形貌變化較為明顯,尤其是強磁場下更為明顯。
　　(4)薄膜樣品在可見光及近紅外光波段范

5、圍內(nèi)(400~900nm)內(nèi)的透射率不是太高,即使加上基底負偏壓后,透射率也最多只有80％左右,依然有必要加以提高。通過外加磁場尤其是強磁場可以有效地提高SiC、SiNx薄膜的光學透射率,1.50T下的制備的薄膜樣品透射率在可見光及近紅外波長段的透射率達到了90%,也比較接近石英玻璃基底的空白對照組,因而具有良好的陷光特性。這可能是由于外加磁場降低了薄膜形核的激活能能量壁壘,促進薄膜的形核和長大,及濺射粒子等規(guī)則的排列或遷移,因而SiC