沉积温度对等离子体化学气相沉积制备硅氧薄膜微结构的影响

由甲川，赵 雷,3,刁宏伟,王文静,3

(1.中国科学院电工研究所，中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室，北京 100190；2.中国科学院大学，北京 100049；3.洁净能源国家实验室，大连 116023)

0 引 言

氢化纳米晶硅氧(nc-SiOx∶H)薄膜材料是近年来的研究热点[1-4]，凭借其突出的光电特性，被广泛应用于硅基异质结太阳电池和硅薄膜太阳电池等电池结构中[5-8]。有研究表明，nc-SiOx∶H薄膜是由氢化纳米硅(nc-Si∶H)相和氢化非晶硅氧(a-SiOx∶H)相组成的复合型材料[9]。由于薄膜内晶态的nc-Si∶H相具有较高的掺杂效率，可以提升薄膜的导电特性，同时nc-Si∶H相具有较低的吸收系数，可以改善薄膜的透过率。a-SiOx∶H相具有较宽的光学带隙(Eg)和较低的折射率(n)，可以进一步提升硅氧薄膜的透光特性[10]。

13.56 MHz的射频等离子体化学沉积(RF-PECVD)技术被广泛应用于制备不同类型的硅基薄膜。作为沉积过程中的重要参数，沉积温度(T)可以直接影响沉积薄膜的结构、氢含量等材料特性[11-14]，在硅氧薄膜的沉积过程中，沉积温度起着重要作用[15-17]，在何种沉积温度下可以获得具有较高晶化率(XC)和氧含量(CO)的nc-SiOx∶H薄膜材料对太阳电池制备有重要意义。因此，针对PECVD制备硅氧薄膜，细致研究了沉积温度(50～400 ℃)对硅氧薄膜材料特性及微结构的影响。

1 实 验

1.1 硅氧薄膜制备

利用13.56 MHz 的RF-PECVD制备硅氧薄膜材料，功率密度0.3 W/cm2，压强350 Pa。采用SiH4、H2和CO2作为工艺气体，由于高氢稀释比有助于纳米晶相的形成，所以实验中H2和SiH4的流量比设定为225。实验中分别将CO2气体流量(fCO2)固定在1 mL/min和2 mL/min，沉积得到两个系列的硅氧薄膜作为对照组，每个系列的硅氧薄膜又分别采用了晶硅(c-Si)和石英两种衬底。……