SiC-SiNx薄膜表面組織結(jié)構(gòu)控制及性能研究.pdf

1、能源的日益匱乏和環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重極大地推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,低成本和高光電轉(zhuǎn)換效率是太陽(yáng)能電池應(yīng)用化的重要指標(biāo)。高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池的制備,需要做到在整個(gè)太陽(yáng)光譜范圍內(nèi)至少在可見光及近紅外光波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行有效的陷光和保持低反射率。陷光結(jié)構(gòu)是提高太陽(yáng)能電池光吸收及減少材料厚度進(jìn)而降低成本的有效手段之一,可以在入射光全波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)無選擇性的增透效果。為了有別于傳統(tǒng)的化學(xué)刻蝕法,利用磁場(chǎng)對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)的影響,本文重點(diǎn)探討磁場(chǎng)對(duì)薄膜生長(zhǎng)的影

2、響,實(shí)現(xiàn)對(duì)陷光結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和控制。
　　本文采用射頻磁控濺射法分別在單晶硅、石英玻璃和不銹鋼基底上沉積SiC、SiNx薄膜,利用X射線衍射、臺(tái)階儀、原子力顯微鏡、紫外-可見光分光光度計(jì)、劃痕儀等設(shè)備表征了SiC、SiNx薄膜的表面形貌、顯微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能等性能,系統(tǒng)研究了常見的濺射工藝參數(shù)對(duì)薄膜生長(zhǎng)質(zhì)量、表面形貌及特性的影響;在優(yōu)化工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上,探索外加磁場(chǎng)對(duì)SiC、SiNx薄膜生長(zhǎng)的控制及對(duì)陷光結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,進(jìn)而討論外加磁場(chǎng)對(duì)薄

3、膜的顯微結(jié)構(gòu)、表面形貌以及透射率等性能的影響,得到了較為理想的結(jié)果,為降低薄膜的制備成本和提高薄膜透射率提供了很好的參照依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　(1)薄膜的生長(zhǎng)速率隨著濺射功率的增加而逐漸增加;同時(shí)薄膜的表面粗糙度也增加;薄膜的致密度、薄膜的復(fù)合顯微硬度和膜-基結(jié)合力也隨之增大;同樣地,薄膜的折射率也隨著濺射功率的增加而有所變大,在濺射功率70W~160W范圍內(nèi),折射率變化范圍維持在1.7~2.3;
　　(2)薄膜的生長(zhǎng)速

4、率隨著濺射氣壓的增加先增加后下降,當(dāng)濺射氣壓為1.0Pa附近時(shí),生長(zhǎng)速率達(dá)到最大值;并且薄膜表面粗糙度減小,趨于平坦化。相對(duì)較低的濺射氣壓有利于提高濺射粒子在薄膜表面生長(zhǎng)時(shí)遷移而促進(jìn)粒子的聚集及表面島的長(zhǎng)大;
　　(3)所制備的薄膜呈非晶或微晶形式存在;外加磁性強(qiáng)弱不同的磁場(chǎng)后,S iC、SiNx薄膜的非晶結(jié)構(gòu)沒有實(shí)質(zhì)性的變化;但薄膜的表面形貌變化較為明顯,尤其是強(qiáng)磁場(chǎng)下更為明顯。
　　(4)薄膜樣品在可見光及近紅外光波段范

5、圍內(nèi)(400~900nm)內(nèi)的透射率不是太高,即使加上基底負(fù)偏壓后,透射率也最多只有80％左右,依然有必要加以提高。通過外加磁場(chǎng)尤其是強(qiáng)磁場(chǎng)可以有效地提高SiC、SiNx薄膜的光學(xué)透射率,1.50T下的制備的薄膜樣品透射率在可見光及近紅外波長(zhǎng)段的透射率達(dá)到了90%,也比較接近石英玻璃基底的空白對(duì)照組,因而具有良好的陷光特性。這可能是由于外加磁場(chǎng)降低了薄膜形核的激活能能量壁壘,促進(jìn)薄膜的形核和長(zhǎng)大,及濺射粒子等規(guī)則的排列或遷移,因而SiC