鋁誘導(dǎo)晶化真空蒸鍍多晶硅薄膜 成為未來發(fā)展趨勢

時間:2014-04-24 15:20來源:cbcu 作者:日光
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由于薄膜太陽能電池工藝可以有效降低硅材料的消耗,從而大大地降低成本,而且能夠保證轉(zhuǎn)換效率,因此成為當(dāng)今科學(xué)研究和光伏產(chǎn)業(yè)的熱點。
    銅銦硒薄膜曾被認為是理想的光伏材料,電池效率可以達到15%,然而其制備過程中需要對主要半導(dǎo)體工藝參數(shù)精確控制及原材料不足嚴重制約著其生產(chǎn)和發(fā)展。
    碲化鎘薄膜太陽能電池在可見光段有很高的吸收系數(shù),太陽能電池轉(zhuǎn)換效率可以達到10%以上,然而鎘是有毒元素,在生產(chǎn)和使用過程中會對環(huán)境造成不良影響。
    非晶硅薄膜禁帶光吸收性比較強,電池只需做到幾微米厚,但是其光致衰退現(xiàn)象非常嚴重,大大降低了人們對它的熱情。
    多晶硅薄膜能夠克服以上幾種薄膜的缺點,從而成為當(dāng)前研究的重點和未來發(fā)展的趨勢。 
    目前,多晶硅薄膜常用的制備方法有等離子體增強化學(xué)氣相沉積,熱絲化學(xué)氣相沉積,準(zhǔn)分子激光晶化,固相晶化,快速熱處理等。
    現(xiàn)有研究采用真空蒸鍍法制備非晶薄膜后經(jīng)鋁誘導(dǎo)晶化得到多晶硅薄膜。相比其它方法,該方法具有工藝簡單,晶化溫度較低,晶化時間較短,薄膜晶化率較高,晶粒尺寸較大等特點。
    通過原子力顯微鏡、拉曼光譜等分析手段深入研究了襯底距離、襯底溫度、退火溫度等對薄膜表面形貌、晶粒尺寸和分布以及晶化率的影響。
    實驗原料為純度99.99%的多晶硅粉末。電阻蒸發(fā)源為高純度的石墨片,尺寸為80mm×5.8mm×1.7mm。采用普通玻璃為襯底,先用去離子水清洗,再分別用丙酮、無水乙醇超聲清洗5min,最后用去離子水清洗干凈,表面皿中烘干。用DM-450A型真空鍍膜機在玻璃襯底表面蒸鍍一層非晶硅薄膜,并在非晶硅薄膜表面蒸鍍1層相對較薄的鋁膜,通過調(diào)節(jié)不同的工藝參數(shù)制備出若干樣品。將樣品放入箱式電阻爐中,在300-500℃下真空退火一定時間。將樣品置于標(biāo)準(zhǔn)鋁腐蝕液中腐蝕以去除表面殘留的鋁。
    采用真空蒸鍍的方法在玻璃襯底上沉積1層非晶硅薄膜,再通過鋁誘導(dǎo)晶化的方法可以制備出晶粒分布較均勻、晶粒尺寸0.5-5μm、晶化率達到89%的多晶硅薄膜。襯底距離對薄膜的表面形貌有明顯影響,適中的襯底距離得到的薄膜晶粒分布均勻、表面平整度好,薄膜厚度較大。襯底溫度和退火溫度對薄膜的晶化率影響顯著,在實驗條件下,薄膜的晶化率隨著襯底溫度的提高而增大;隨著退火溫度的提高,薄膜的晶化率增大,當(dāng)溫度達到500℃時晶化率達到最大值,退火溫度進一步提高,薄膜的晶化率反而降低。
 
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