vhfpecvd制備微晶硅材料及電池

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1、萬方數(shù)據(jù)第26卷第5期2005年5月半導(dǎo)體學(xué)報(bào)CHINESEJOURNAL0FSEMICONDUCTORSV01．26No．5May，2005VHF—PECVD制備微晶硅材料及電池*張曉丹趙穎朱鋒魏長(zhǎng)春高艷濤孫健侯國(guó)付薛俊明耿新華熊紹珍(南開大學(xué)光電子薄膜器件與技術(shù)研究所，光電子薄膜器件與技術(shù)天津市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，光電信息技術(shù)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300071)摘要：采用VHF-PECVD技術(shù)制備了不同功率系列的微晶硅薄膜和電池，測(cè)試結(jié)果表明：制備的適用于微晶硅電池的有源層材料的暗電導(dǎo)和光敏性都在電池要求的參數(shù)范圍內(nèi)．低功率或高功率條件下，電池從n和p方

2、向的喇曼測(cè)試結(jié)果是不同的，在晶化率方面材料和電池也有很大的差別，把相應(yīng)的材料應(yīng)用于電池上時(shí)，這一點(diǎn)很重要．采用VHF-PECVD技術(shù)制備的微晶硅電池效率為5％，V。。一O．45V，J。。一22mA／cm2，F(xiàn)F一50％，Area—O．253cm2．關(guān)鍵詞：甚高頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積；微晶硅薄膜；微晶硅電池PACC：8115H中圖分類號(hào)：TN304．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0253—4177(2005)05一0952一061引言太陽(yáng)能光伏發(fā)電成為目前潔凈能源的研究熱點(diǎn)口~3]．在太陽(yáng)能電池研究中，非晶硅／微晶硅迭層電池n~61成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，因?yàn)?/p>

3、其利用了非晶硅電池和微晶硅電池分別對(duì)太陽(yáng)光譜的短波響應(yīng)和長(zhǎng)波響應(yīng)高的特點(diǎn)．這～方面提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，另一方面也提高了電池的穩(wěn)定性．要想制備出高效率的迭層電池，制備高效率的單結(jié)微晶硅電池是很重要的．對(duì)于微晶硅電池的研究雖只有十多年的歷史，但已取得了很好的結(jié)果．目前國(guó)內(nèi)在這方面的研究正逐步深入[7~1引．影響微晶硅電池和材料的工藝參數(shù)有很多，本文主要研究了不同功率條件下制備微晶硅材料和電池的電學(xué)特性和結(jié)構(gòu)特性，以及材料和電池之間的關(guān)系．2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中用的所有材料和電池都是在本研究所三室連續(xù)的PEcVD系統(tǒng)中制備而成的．其中p層和本征i層所用的激發(fā)頻率為

4、60MHz，n層的激發(fā)頻率為13．56MHz，功率的變化范圍為9～26W，其他工藝參數(shù)固定，硅烷濃度為4％，襯底溫度為170℃．材料制備時(shí)采用的襯底為Corning7059玻璃(經(jīng)過5％的HF酸腐蝕)，電池的前電極為Snoz／ZnO復(fù)合膜．其中SnO。為日本AShahi公司生產(chǎn)，而Zn0是我們用磁控濺射制備的，厚度為50nm左右，方塊電阻為8Q／cm2左右．通過控制沉積時(shí)間使電池的p，i和n各層的厚度分別為20，1000和20nm左右．材料的光、暗電導(dǎo)采用Keithly617繁用表測(cè)試完成．電池的光態(tài)和暗態(tài)FV測(cè)試是Keithly2420通過自編程序完成

5、，其中光態(tài)FV所用光強(qiáng)為100mW／cm2(AMl．5)．材料和電池的晶化程度是通過喇曼測(cè)試分析得到的，喇曼測(cè)試設(shè)備是MKIRenishaw2000型，激光器是波長(zhǎng)為632．8nm的He—Ne激光器．3結(jié)果和討論3．1微晶硅材料圖1(a)給出了硅烷濃度SC為4％時(shí)，制備薄膜的暗電導(dǎo)和光敏性(光電導(dǎo)／暗電導(dǎo))隨功率變化的情況．從圖中可以看出，功率為15W左右時(shí)是一個(gè)*國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(批準(zhǔn)號(hào)：G2000028202，G2000028203)，天津市教育局重點(diǎn)項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：02176)，教育部重大項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：02167)和國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(批

6、準(zhǔn)號(hào)：2002303261)資助項(xiàng)目2004一06一05收到，2004一09一02定稿⑥2005中國(guó)電子學(xué)會(huì)萬方數(shù)據(jù)第5期張曉丹等：VHF_PECVD制備微晶硅材料及電池轉(zhuǎn)變點(diǎn)．小于15W時(shí)制備薄膜的暗電導(dǎo)都在10-8S／cm量級(jí)上，即從2×10川S／cm升高到7×10-8S／cm時(shí)，相應(yīng)的光敏性從1770降低到800；而大于15W時(shí)，暗電導(dǎo)都在4×10-7S／cm以上，光敏性也降低到300～100之間．一般對(duì)于pin型微晶硅電池有源層(i層)來說，不同實(shí)驗(yàn)室在將材料應(yīng)用于電池時(shí)，對(duì)材料的性能表征參數(shù)要求是不一樣的，因?yàn)橛性磳邮侵苽湓谝欢ňЩ潭鹊奈⒕

7、層基礎(chǔ)上的．由于p層材料不同，使對(duì)其上生長(zhǎng)的有源層要求也不一樣．但一般來說，光敏性為102～103，暗電導(dǎo)大于10-8S／cm，小于10-6S／cm[13

8、．因此，從電學(xué)特性方面看，我們制備的有源層材料是可以應(yīng)用于電池E的．鼉皇三I‘；毫霉甥宴呈山摹薅圖1(a)材料的暗電導(dǎo)和光敏性隨功率的變化；(b)材料的晶化率隨功率的變化Fig．1(a)Darkconductivityandphotosensitivityvarywithpower；(b)Crystallinev01umefraction(X。)varieswithpowe。在把相應(yīng)的材料應(yīng)用于電池中

9、時(shí)，我們先關(guān)注材料的結(jié)構(gòu)特性，即制備薄膜的晶化情況．一般對(duì)于玻璃襯底上制備的硅薄