● 摘要
利用太阳能电池发电是解决能源问题和环境问题的重要途径之一。太阳能电池可以直接把太阳能转化为电能，具有极大的可再生性，既清洁安全，无污染，也不会影响生态环境，所以越来越被人们所认识、接受。在太阳电池的研究和发展中，薄膜太阳电池是人们研究的热点课题，国际太阳电池的研究正在向薄膜化方向发展。纳米硅薄膜已基本消除了S-W效应，使其光电性能在长期的光照下达到稳定程度，因此它具有广阔的前景。提高太阳能的利用率，尤其是太阳电池的光电转化率是科研工作者研究的一个重要方向。对于提高太阳电池的光电转换效率的方法很多，但比较可行又能降低太阳电池成本的方法是在太阳电池表面形成一层减反射薄膜，以减少太阳电池表面对光的反射损失。本论文主要是对应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)系统制备的纳米硅太阳电池减反射薄膜的研究。第一、应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)系统，以硅烷和氨气为气源制备了具有钝化和减反射性能的氮化硅薄膜。首先通过正交实验，根据氮化硅薄膜的折射率摸索了薄膜的相对最佳生长参数：SiH4(5%，N2稀释)：NH3=15:0.75(sccm)，衬底温度300℃，射频功率40W，工作气压2.7Torr，直流偏压200V；实验的本底真空度均为3.0×10-3。在此基础上，又研究了PECVD生长氮化硅薄膜的工艺参数：硅烷和氨气的流量比、衬底温度、射频功率、工作气压和直流偏压等对薄膜折射率和沉积速率的影响。然后优化出最终的沉积参数。其结论如下：氮化硅薄膜的折射率变化范围为1.81~2.24；随着硅烷和氨气流量比的增大，薄膜的折射率增大，但当SiH4:NH3=3:1时，薄膜的折射率稍有下降，当SiH4:NH3=2:1时，氮化硅薄膜的折射率达到1.99，与太阳电池单层减反射膜的最佳折射率1.97相接近；另外，薄膜的沉积速率随着SiH4/NH3比例的增大而逐渐增大。氮化硅薄膜的折射率随着衬底温度的增加而增大，其沉积速率随着温度的升高先增大后减小。薄膜的折射率随着射频功率的增大呈现出降低的趋势，而其沉积速率随着功率的增加而增加。薄膜的沉积速率随着工作气压的增大而增大，而随着直流偏压的增大而减小。因此，氮化硅薄膜的最佳工艺参数为SiH4(5%,N2稀释):NH3=30:0.75(sccm)，衬底温度260℃，射频功率40W，工作气压2.3Torr，直流偏压200V。第二、研究了最佳工艺参数下制备的氮化硅薄膜的表面形貌，结构和成分。XRD的测试结果表明，氮化硅薄膜为非晶态结构；由AFM测得薄膜表面的粗糙度为5.7nm，说明薄膜表面平整光滑；通过XPS测试结果可知，薄膜中Si/N随着硅烷和氨气流量比的增加而增加。第三、采用PECVD制备二氧化硅薄膜及双层减反射膜系的设计和制备。结果表明，PECVD制备的二氧化硅薄膜的折射率略高于二氧化硅的折射率1.46；SiO2-SiNx-Si双层膜系表面最低反射率出现在600nm左右，其值为0.2%，适合作纳米硅太阳电池的减反射膜。