织构ZnO:Al与p-μc-Si:H薄膜接触特性的研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)河南教育学院物理系 作者:吴芳

  用PECVD 法在不同织构ZnO:Al 上沉积了p-μc- Si:H 薄膜,研究了不同织构ZnO:Al 与p-μc- Si:H 薄膜的接触特性,研究结果表明:在织构后的ZnO:Al 上沉积的p-μc- Si:H 薄膜的晶化率均大于在未织构的ZnO:Al 上沉积的p-μc- Si:H 薄膜,且织构ZnO:Al 与p-μc- Si:H 薄膜的接触电阻也均小于未织构的,且织构时间最佳点为15 s。

  由于半导体材料的薄膜化能够大幅度降低太阳电池的成本,薄膜太阳电池的研究已经成为下一代光伏研究的关键[1~3]。硅薄膜太阳电池的研究是热点,因为自然界中硅薄膜原材料相对丰富,而且硅薄膜太阳电池的制备技术也简单,便于大面积连续、自动化生产,有助于将来的产业化发展[4~5]。在硅薄膜太阳电池的研究中,微晶硅薄膜太阳电池的研究已经成为焦点,因为微晶硅薄膜太阳电池的稳定性好,同非晶硅薄膜太阳电池组成叠层电池将充分地利用太阳光谱,提高电池的光电转换效率[6~7]。

  微晶硅薄膜电池通常采用的结构glass/TCO/pin 或nip/TCO/Al 或Ag 背场[8]。其中ZnO 薄膜作为太阳电池的前后透明导电电极。ZnO 薄膜作为前电极的应用要求:高透过率、低电阻率、绒面结构和光学薄膜的增透性(一定的薄膜厚度)。ZnO 表面决定了TCO/p- Si 界面的面积和光学特性,极大地影响太阳电池的电学特性[9],本文在不同织构时间的ZnO :Al 薄膜上沉积p-μc- Si:H 薄膜,研究了不同织构时间的ZnO:Al 薄膜与p-μc- Si:H 薄膜的接触特性。

1、实验设计及方法

  本文用稀HF 酸对ZnO:Al 薄膜进行织构,织构时间分别为10 s、20 s、15 s、20 s,得到了不同粗糙度的ZnO:Al 薄膜[10],然后用PECVD 法在它们上面沉积p-μc- Si:H 薄膜,研究表面粗糙度对接触特性的影响。

  实验中所有样品都是在沈科仪生产的星型式高真空PECVD 系统中的P 室沉积的,真空室的本底真空为6.67×10- 5 Pa[11]。射频电源激发频率为13.56 MHz。反应气体为H2 稀释的10%的硅烷,H2 稀释的0.1%的硼烷和高纯H2 的混合体。由于硼掺杂对p-μc- Si:H 薄膜有很大影响,从而对接触电阻也有很大的影响,所以我们沉积了两种不同掺杂的p-μc- Si:H 薄膜, 沉积条件分别为: 电极间距(d=2 cm), 硅烷含量(SiH4%=1%),硼烷含量(B2H6%=0.1%),沉积温度(T=150℃),气体总流量(TF=236 sccm),反应气压(P=133.3 Pa),沉积功率(PRF=50 W),沉积时间(t=1 h); 电极间距(d=2 cm), 硅烷含量(SiH4%=1%),硼烷含量(B2H6%=0.15%),沉积温度(T=150℃),气体总流量(TF=200 sccm),反应气压(P=133.3 Pa),沉积功率(PRF = 50 W),沉积时间(t = 1 h)。

  样品的接触特性用I- V 测试仪进行了测量和分析,所用的仪器为美国吉时利公司生产的2182 A 纳伏表和2400 恒流源。样品的表面形貌用SEM 进行了测量, 所用仪器为JSM- 6700F/INCA- ENERGY(日本电子)。样品的晶化率用Raman 谱进行了测量和分析,所用的仪器为Renishaw 2000。

4、结论

  采用PECVD 技术,在不同织构ZnO:Al 薄膜上沉积p-μc- Si:H 薄膜,测试结果分析表明:

  (1)织构后的ZnO:Al 上沉积的p-μc- Si:H 薄膜的晶化率均大于未织构的ZnO:Al 上沉积的p-μc- Si:H 薄膜,可知绒面有利于p-μc- Si:H 薄膜的晶化, 织构时间为15 s 的ZnO:Al 衬底上沉积的p-μc- Si:H 薄膜的晶化率较高;

  (2) 织构后的ZnO:Al 与p-μc- Si:H 的接触电阻均小于未织构的,织构时间为15 s 的ZnO:Al 与p-μc- Si:H 接触电阻也较低,说明织构时间存在最佳点;

  (3)增大硼掺杂浓度,在不同织构ZnO:Al 衬底上沉积的p-μc- Si:H 薄膜的晶化率与轻掺杂的相比均下降,且接触电阻均变大。

  很多因素都会影响ZnO:Al/p-μc- Si:H 的接触特性,它们之间应存在一最佳匹配值,此结果还有待进一步研究。

参考文献

  [1] 赵玉文. 太阳电池新进展[J]. 物理学与新能源材料,2004,33(2):99- 105.
  [2] Guha S. Thin film silicon solar cells grown near the edge of amorphous to microcrystalline transition[J]. Solar Energy,2004 ,77 (6) :887.
  [3] Kondo M, Mat suda A.Novel aspects in thin film silicon Cells- amorphous,microcrystalline and nanocrystalline silicon[J]. Thin Solid Films,2004 ,457 (1) :97.
  [4] 梁宗辉,沈辉,许宁生,晶体硅薄膜制备技术及研究现状[J].材料科学与工程学报,2003,21(4):577- 581.
  [5] 徐慢,夏冬林,杨晟等,薄膜太阳能电池[J].材料导报,2006,20(9):109- 110.
  [6] 张晓丹,赵颖,高艳涛,等.提高微晶硅薄膜太阳电池效率的研究[J].物理学报,2006,35(12):6697- 6700.
  [7] 张晓丹,赵颖,高艳涛,等.微晶硅薄膜太阳中孵化层研究[J].半导体学报,2006,27(6):1030- 1033.
  [8] 陈新亮,薛俊明,赵颖,等.ZnO- TCO 薄膜及其在太阳电池中的应用[J].材料导报,2006,20(5):22- 25.
  [9] Furong Zhu, Takashi Fuyuki, Hiroyuki Matsunami et al . Assessment of combined TCO/metal rear contact for thin film amorphous silicon solar cells [J].Solar Energy Materials and Solar Cells, 1995, 39:1- 9.
  [10] Patrick Campbell, Mark Keevers, Light trapping and reflection control for silicon thin films deposited on glass substrates textured by embossing [C]. IEEE, 2000:355- 358.
  [11] 陈永生,杨仕娥,卢景霄,等.衬底材料对μc- Si:H 薄膜结构特性的影响[J]. 太阳能学报, 2006, 27 (2):116- 119.
  [12] 吴自勤,王兵.薄膜生长[M].第一版, 北京, 科学出版社, 2001:179- 180.
  [13] 朱锋,赵颖,张晓丹,等.从p- a- SiC:H 到p-μc- Si:H 过程中材料特性的变化[J].人工晶体学报, 2004, 33(2):152- 155.

  织构ZnO:Al与p-μc-Si:H薄膜接触特性的研究为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/application/film/042138.html

  与 真空镀膜 织构ZnO 接触特性 相关的文章请阅读:

  真空镀膜http://www.chvacuum.com/application/film/