● 摘要
纳米硅薄膜(nc-Si:H)是一种新型低维人工半导体材料，它自具有新颖的结构特征与独特的物理性质。与非晶硅(a-Si:H)、微晶硅(µc-Si:H)和多晶硅(pc-Si)相比，nc-Si:H膜具有电导率高(10-3~10-1Ω-1cm-l)、电学激活能低(ΔE=0.11eV~0.15eV)、光热稳定性好、光吸收能力强、易于实现掺杂、具有明显的量子点特征以及能在室温下发出可见光等特点，使其成为较理想的新型太阳能电池材料。本文详细的论述了PECVD法制作纳米硅薄膜的原理和过程，深刻剖析了PECVD仪器各部分的工作原理并进行了图示。实验采用载玻片、单晶硅片（P型、单面抛光）为衬底，以SiH4(5%,H2稀释)、高纯H2作为气源、B2H6(5%,H2稀释)作为掺杂气体，在13.56MHz电容耦合式PECVD单室系统中制备p型nc-Si:H薄膜。系统的研究了掺硼浓度和射频功率对纳米硅薄膜结构和光电性能以及沉积速率的影响。测试表明：在硅烷和氢气流量比一定的情况下，随着掺硼浓度的增加，薄膜的沉积速率随着硼烷流量比的增大而增大，有利于工业化生产；薄膜的电导率先增加后减小，在掺杂比为1%时达到最大。随着射频功率的逐渐增大，掺硼纳米硅薄膜的沉积速率随着射频功率的增加而增加，有利于薄膜的晶化和晶粒的生长的；但随着射频功率的继续升高，轻元素硼过于活泼，不利于硼的掺入。经过优化参数，制备掺硼纳米硅的工艺条件为：衬底温度为170℃，射频13.56MHz，电源功率为100W，硼掺杂浓度（B2H6/(SiH4+B2H6)）为1%，背景真空度为2×10-3Pa，沉积气压3Torr，极板间距为18mm，沉积时间30min。可制备出光学能隙达到1.78eV，电导率为2.97×10-2Ω-1cm-1的掺硼纳米硅薄膜，有利于下一步太阳能电池的制备。我们在不锈钢衬底上初步进行了太阳能电池的制备，采用掺硼纳米硅薄膜的工艺条件制备窗口层P层，通过优化I层的沉积时间和参数，制备出性能参数为开路电压为14.9mV、短路电流为0.02mA/cm2的柔性衬底纳米硅太阳能电池。