多晶硅厚膜制備及磷、硼快速擴散.pdf

1、能源危機已經(jīng)成為當今世界上最受關(guān)注的問題之一，尋找清潔、豐富、可持續(xù)的替代能源是一個國際問題，其中太陽能光伏發(fā)電很具有吸引力，其發(fā)電主要依靠太陽電池。傳統(tǒng)太陽電池的硅材料用量較大，同時制造過程中高溫擴散過程較長，使得材料成本以及能耗均較高，不利于降低成本。為此本文提出兩種解決方法，分別是:制備石墨襯底多晶硅厚膜太陽電池以及磷、硼的快速擴散。
　　考慮到硅是一種間接帶隙半導體材料，為更多的吸收入射光，本文提出制造多晶硅厚膜太陽電池。

2、它可以切實減少硅材料用量，降低材料成本，同時襯底材料選擇廣泛。為減少擴散時間與能耗，本文提出磷、硼快速擴散的方法。使用此擴散法可以在數(shù)十秒時間內(nèi)達到和傳統(tǒng)擴散法相同的擴散效果，大幅降低成本。
　　石墨襯底多晶硅厚膜的制備使用磁控濺射系統(tǒng)濺射非晶硅層，使用快速熱處理系統(tǒng)晶化，然后使用化學氣相沉積系統(tǒng)生長多晶硅厚膜。本文探究了籽晶層以及ZnO過渡層的引入對多晶硅厚膜質(zhì)量的影響。由于晶界對擴散有明顯影響，同時考慮到磷、硼快速擴散的相關(guān)研

3、究較少，文本在單晶硅上進行磷、硼快速擴散實驗研究，分析此條件下的擴散系數(shù)以及擴散激活能，為進一步多晶硅厚膜的磷、硼快速擴散打下基礎。本文獲得的主要成果有:
　　(1)通過掃描電子顯微鏡表征與X射線衍射表征發(fā)現(xiàn)，未引入籽晶層，直接在石墨襯底上制備多晶硅厚膜沒有明顯擇優(yōu)取向，同時厚膜容易從石墨襯底上脫落;引入籽晶層可提升多晶硅厚膜質(zhì)量，同時使得厚膜與襯底不易分離。通過X射線衍射表征發(fā)現(xiàn)籽晶層以及其上生長的多晶硅厚膜具有Si(220)擇

4、優(yōu)取向，使用經(jīng)典成核理論、能量最低原理分析認為快速熱處理過程對擇優(yōu)取向影響顯著。
　　(2)通過掃描電子顯微鏡表征發(fā)現(xiàn)，ZnO過渡層的引入可以進一步提高多晶硅籽晶層的質(zhì)量，生長的多晶硅厚膜質(zhì)量也有所提高。通過X射線衍射表征發(fā)現(xiàn)，多晶硅厚膜擇優(yōu)取向轉(zhuǎn)變?yōu)镾i(400)。使用原子排布分析，認為ZnO過渡層中原子排布對多晶硅厚膜擇優(yōu)取向有明顯影響。
　　(3)對于磷、硼快速擴散樣品，通過磨角染色法處理并使用金相顯微鏡觀察測量，發(fā)現(xiàn)

5、提高擴散溫度或時間可以明顯增強擴散結(jié)果。制作p-n結(jié)最佳磷快速擴散條件為:850℃30s、850℃40s、900℃10s、900℃20s、950℃10s。通過計算快速擴散的擴散系數(shù)以及擴散激活能，并與傳統(tǒng)擴散法對比，發(fā)現(xiàn)快速擴散效率提高了3個數(shù)量級。對于這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，認為是快速擴散過程中的光子增強內(nèi)建電場加速擴散過程的原因，這個電場可以促進雜質(zhì)向低濃度區(qū)域擴散，提高擴散效率。對p-n結(jié)最佳磷擴散條件樣品進行I-V測試，發(fā)現(xiàn)900℃20