第 57 卷 第 9 期 2008 年 9 月 1000 3290 2008 57( 09) 6002 05 物 理 学 报 ACTA PHYSICA SINICA Vol. 57, No. 9, September, 2008 2008 Chin. Phys. Soc. 甚高频高速沉积微晶硅薄膜的研究 郭学军 卢景霄 陈永生 张庆丰 文书堂 郑 文 申陈海 ( 郑州大学材料物理教育部重点实验室, 郑州 450052) ( 2007 年 11 月 22 日收到; 2008 年 1 月 22 日收到修改稿) * 陈庆东 采用甚高频化学气相沉积( VHF PECVD) 技术制备了 系列微晶 硅( c Si: H) 薄 膜样品, 重点 研究了 硅烷浓 度、 功 率密 度、 沉积气压和气体总流量对薄膜沉积 速率和 结晶状 态的影响 , 绘 制了沉 积气压 和功率 密度双因 素相图. 以 0 75 nm s 的高速沉积了器件质量级的微晶硅薄膜, 并以该沉积速率制备出了效率为 5 5% 的单结微晶硅薄膜电池. 关键词: 微晶硅薄膜, 高速沉积, 甚高频化学气相沉积 PACC: 8115H, 7360F 途径. 1 引 言 2. 实 验 微晶硅具有较高的光吸收系数和很好的光稳定 性, 目前广泛应用于硅基薄膜太阳电池. 然而, 微晶 硅是间接带隙半导体, 作为硅薄膜太阳电池的本征 层时, 为了保证充分的光吸收, 厚度一般要求 1 2 m. 传统的 RF PECVD 沉积速率只有 1 s 左右, 仅 沉积本征层就需要 1 4 2 8 h, 因而实现微晶硅的 高速沉积成了提高生产效率, 降低生产成本的关键. VHF PECVD 具有成膜速度快、 薄膜质量好等优点, 因而广泛应用于微晶硅的高速沉积. 目前国际上微晶硅材料的高速沉积已经达到较 高水平, 2006 年, 日本广岛大学微晶硅的沉积速率 已经达到 12 nm s . 微晶硅电池的高速沉积也取得 了较大进展: 2004 年, 德国 J lich 研究所以 1 1 nm s 的沉积速率制备出了 1 cm 效率为 9 8% 的高效电 池 . 2006 年日本 AIST 采用高压耗尽法以 2 3 nm s 的高速制得了有效面积为 0 25 cm 、 效率 9 13% 的 薄膜电池 ; 2006 年, 日本三菱公司通过调整电极 间距以 3 1 nm s 的沉积速率制备出了有效面积 25 cm 、 效率为 8 5% 的薄膜电池 2 [ 4] [3] 2 [ 2] 2 [ 1] 大量研究表明, 采用 VHF PECVD 制备微晶硅薄 膜时, 激发频率、 硅烷浓度、 沉积气压、 功率密度、 气 体流量、 衬底温度、 极板间距等因素都对微晶硅的沉 积速率有较大影响. 本文主要研究在 75 MHz 的激 发频率下, 硅烷浓度、 功率密度、 沉积气压、 气体流量 等参数对薄膜沉积速率和晶化率的影响; 在此基础 上, 进行沉积气压和功率密度的双因素优化, 绘制对 微晶硅薄膜制备具有指导作用的沉积相图; 最后在 玻璃衬底上高速制备 p i n 型单结微晶硅薄膜电池. 所有样品都是在沈科仪研制的高真空四室连续 PECVD 系统 的本征 室制备 的, 甚高 频电源 为英 国 Coaxial Power systems 公司 RFA 300Wb 系列. 反应气 体为硅烷和高纯氢气的混合气体