题目：镶嵌硅量子点氮化硅和共掺杂透明导电材料的研制及其光伏应用

随着第三代太阳电池技术的快速发展，对高性能光伏相关材料的需求大大增加。作为新型光伏材料，硅量子点材料由于量子限域效应而具有诸多独特性能，这些性能对于提升光伏器件的性能十分有利。而传统的硅量子点制备方法是在高温下使富硅氧化物，氮化物或碳化物等化合物出现相分离，这种合成方法需要退火，能耗高，而且衬底兼容性差。而硅量子点的原位生长技术可以在较低的温度下直接在碳化硅，氮化硅和氧化硅等绝缘基质中生成硅量子点。这种技术对于制备硅量子点光伏或光电器件有很重要的意义。因此我们对此方法进行了探索。我们利用PECVD方法在较低衬底温度下制备了氮化硅薄膜，通过改变工艺参数，了解了射频功率，反应气压，气体流量比等参数对薄膜中硅量子点形成的影响，并对每种参数的作用进行分析；我们还研究了不同稀释气体及其稀释度对硅量子点形成的影响，对每种气体的特点和对薄膜生长的作用进行了讨论。

由于硅量子点材料导电性很差，为了将其应用于半导体器件有必要进行掺杂。我们基于硅量子点原位生长技术的研究，进一步探索了硅量子点原位掺杂技术。我们在使用PECVD原位生长硅量子点的同时加入磷烷进行掺杂。通过对磷掺杂浓度的研究发现，磷掺杂可以使氮化硅薄膜中的硅量子点尺寸缩小，数量增加，并使薄膜中晶态成分提高。XPS测试显示薄膜中Si-P键形成，提示磷元素可能成功掺杂到硅量子点中；PL发光峰峰强随着磷浓度的增高出现衰减，提示硅量子点中的磷原子引起俄歇复合；而薄膜暗电导率的提升则提示硅量子点中的磷原子向薄膜中提供自由电子，提升载流子浓度。我们还发现高氢气稀释度时制备的磷掺杂氮化硅薄膜的非晶基质中会出现无壳层覆盖的晶硅量子点，和核壳结构的晶硅量子点共同存在于薄膜中，此时薄膜暗电导率大幅上升。我们称之为基质晶化现象，并对其产生机理进行了讨论。

磁控溅射方法制备的ZnO基薄膜性能相当优异，而这种方法离不开高品质的陶瓷靶材。为了进一步优化ZnO基薄膜，我们对ZnO基靶材的烧结过程进行了研究。我们首先通过化学共沉淀方法合成了不同掺杂浓度的AZO,GZO和AGZO粉末，随后将其压制成生坯并进行常压烧结。我们研究了这几种靶材的烧结机理，详细阐述了掺杂浓度和烧结温度对靶材结构，致密化和电学性质的影响，并将几种靶材进行了对比。我们发现，使用少量Ga代替Al进行掺杂可以有效减少烧结后次级尖晶石相的产生，并因此使靶材的相对密度和导电性都有所增强。靶材的最高相对密度达到99%以上，电阻率接近2×10-3Ωcm。我们还使用烧结后的靶材进行了磁控溅射镀膜，所获得的ZnO基薄膜的导电性和靶材的导电性密切相关。在衬底温度300℃条件下所制备薄膜的平均透过率都接近或超过90%，电阻率都达到10-4Ωcm量级，性能十分优异。

纳米硅薄膜也是硅量子点材料的一种，由于其光学带隙较宽，电导激活能低并且不存在光致衰退效应，已经被广泛应用于制备太阳电池。为了对纳米硅薄膜进行性能优化，我们研究了射频功率和氢气稀释度对薄膜性质的影响，并且进行了硼掺杂纳米硅薄膜的制备。通过工艺优化，硼掺杂纳米硅薄膜的暗电导率高达15.82Scm-1。随后我们在此基础上进行了纳米硅薄膜HIT电池的研制，使用硼掺杂纳米硅薄膜和磷掺杂的晶硅衬底构成pn结，并使用我们之前烧结的AZO靶材溅射制备纳米硅薄膜的透明导电电极。电池器件最高转化效率达到12.1%。我们还使用磷掺杂镶嵌硅量子点的氮化硅薄膜和掺硼晶硅衬底构成pn结，进行了硅量子点HIT太阳电池的探索。