基于太陽電池的氫化納米硅薄膜RF法低溫制備及其光、電特性研究.pdf

1、上海交通大學博士學位論文1基于太陽電池的氫化納米硅薄膜RF法低溫制備及其光電特性研究摘要環(huán)境污染和能源危機是現(xiàn)代社會面臨的越來越嚴峻的問題如何開發(fā)和利用可再生的清潔能源成為全人類急需解決的課題太陽能作為取之不盡無污染的綠色能源成為人類的可持續(xù)發(fā)展的首選目標太陽電池是將太陽能轉換成電能的一種半導體器件尋找一種可再生的綠色環(huán)保型穩(wěn)定低成本的太陽電池是人類在未來能源消費上的一條必行之路解決這個問題的關鍵之一是材料目前最普及的太陽電池是硅系列太

2、陽電池如晶體硅太陽電池和非晶硅薄膜太陽電池但晶體硅太陽電池成本高原材料消耗大而非晶硅太陽電池又存在光衰減問題其他化合物太陽電池則存在對環(huán)境的污染問題納米硅薄膜ncSi:H是一個由納米尺度的Si晶粒和晶粒之間的Si:H無序網(wǎng)絡組成的兩相混合體系因為其特有的結構和光學電學特性越來越多的人開始研究氫化的納米硅薄膜納米硅薄膜材料不僅光敏性好有高的光吸收系數(shù)而且納米硅薄膜的電學特性要比寬帶隙的氫化非晶硅碳薄膜好很多其光電導與暗電導的比值可以高達1

3、105以上對于太陽電池方面的應用不僅材料的電學性能很重要而且在長時間光照情況下的材料性能的穩(wěn)定性也同樣重要上海交通大學博士學位論文3硅薄膜能帶結構模型在理論上計算了納米硅薄膜的IV特性分析了在室溫條件下理論計算與實際測量結果之間存在差別的原因第四章主要介紹了用射頻濺射法在不同條件下制備的一系列本征的和摻雜的納米硅薄膜樣品并通過用原子力顯微鏡AFMX射線衍射XRD拉曼Raman光譜紅外光譜IR以及掃描電鏡SEM橢圓偏振儀SE等方法對納米硅

4、薄膜的結構和光學特性進行了深入研究AFM的測試結果表明薄膜的顆粒大小和薄膜生長過程中的氫氣分壓有密切關系XRD的測試結果表明射頻濺射法生長的薄膜在2?33o201方向有擇優(yōu)生長特性會形成一種新的微結構由XRD數(shù)據(jù)庫來查這種微結構是四角形結構tetragon它是一種完全不同于常規(guī)用PECVD方法生長的加氫的納米硅薄膜的類金剛石的微結構類型該結構在韓偉強等人的實驗結果中也得到了證實通過用LDA方法對兩種微結構四角形結構和類金剛石結構的幾種光

5、學電學特性進行計算機模擬計算發(fā)現(xiàn)它們在電子態(tài)密度光吸收光頻電導率等方面存在明顯的差異計算結果顯示具有四角形微結構的薄膜很可能具有比類金剛石結構的薄膜更大的光學帶隙這一點被我們的實驗結果所證實希望我們的計算結果能為下一步薄膜的光電特性及薄膜光電器件特性的研究起到一定的指導作用我們用聲子限制模型分析了拉曼譜討論了薄膜生長過程中的氫氣分壓與薄膜應力之間的關系由XRD測試結果得出的薄膜中納米顆粒的平均尺寸為13nm拉曼譜的測試結果給出薄膜的晶化