磁控溅射制备“氮化硅”薄膜特性研究

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制备减反射薄膜是多晶硅太阳电池生产中最重要的一道工序,这层薄膜不但可以增加光透过,降低光反射,而且还具有表面钝化和体钝化的作用。目前工业生产中主要使用等离子体化学气相沉积(PECVD)制备含氢的氮化硅薄膜,由于它使用爆炸性气体,使得生产过程中存在着安全隐患,而磁控溅射就能避免上述问题,它可以在低温条件下制备非晶的氮化硅薄膜,所以探索使用磁控溅射制备氮化硅薄膜的条件就显得很必要。 本论文探索了制备氮化硅薄膜的工艺条件,研究了薄膜的增透减反特性和钝化特性。同时,在此基础上进一步探究了减反射层的光致发光特性,研究这层薄膜能否发生下转换作用是第三代太阳电池研究领域中一个重要方面。 本文以石英玻璃和抛光硅片做衬底,采用射频磁控反应溅射法,通过改变Ar/N_2流量比得到一系列氮化硅薄膜。用分光光度计对薄膜的光学特性进行了表征,发现在石英上制备的薄膜透过率可以达到90%以上;X射线光电子能谱(XPS)表明薄膜中出现了Si_3N_4成分,且薄膜全部为富硅薄膜;原子力显微镜(AFM)图显示了在抛光硅片上制备出的薄膜比较平整、致密,从而有利于减少光的漫反射。可以看出磁控溅射制备的薄膜在太阳电池的吸收波段内具有很好的透光性,纯N_2条件下制备的薄膜比使用Ar和N_2混合气体条件下制备的薄膜中的SiN_x含量要低;随着氮气流量的增加,薄膜中出现了微孔,缺陷态增加,大大影响到薄膜的光学特性和结构,并对微孔的形成机制进行了解释。 随后在高纯N_2中对薄膜进行高温退火,研究了退火前后氮化硅薄膜氢含量的变化,众所周知,由于氢可以向硅中扩散,和缺陷、晶界等处的悬挂键结合,消除其活性,从而获得更高的少子寿命。

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