铝诱导晶化真空蒸镀多晶硅薄膜的研究

              由于薄膜太阳能电池工艺可以有效降低硅材料的消耗，从而大大地降低成本，而且能够保证转换效率，因此成为当今科学研究和光伏产业的热点。铜铟硒薄膜曾被认为是理想的光伏材料，电池效率可以达到15%，然而其制备过程中需要对主要半导体工艺参数精确控制及原材料不足严重制约着其生产和发展。碲化镉薄膜太阳能电池在可见光段有很高的吸收系数，太阳能电池转换效率可以达到10%以上，然而镉是有毒元素，在生产和使用过程中会对环境造成不良影响。非晶硅薄膜禁带光吸收性比较强，电池只需做到几微米厚，但是其光致衰退现象非常严重，大大降低了人们对它的热情。多晶硅薄膜能够克服以上几种薄膜的缺点，从而成为当前研究的重点和未来发展的趋势。

　　目前，多晶硅薄膜常用的制备方法有等离子体增强化学气相沉积，热丝化学气相沉积，准分子激光晶化，固相晶化，快速热处理等。现有研究采用真空蒸镀法制备非晶薄膜后经铝诱导晶化得到多晶硅薄膜。相比其它方法，该方法具有工艺简单，晶化温度较低，晶化时间较短，薄膜晶化率较高，晶粒尺寸较大等特点。通过原子力显微镜、拉曼光谱等分析手段深入研究了衬底距离、衬底温度、退火温度等对薄膜表面形貌、晶粒尺寸和分布以及晶化率的影响。

　　实验原料为纯度99.99%的多晶硅粉末。电阻蒸发源为高纯度的石墨片，尺寸为80ｍｍ×5.8ｍｍ×1.7ｍｍ。采用普通玻璃为衬底，先用去离子水清洗，再分别用丙酮、无水乙醇超声清洗5min，最后用去离子水清洗干净，表面皿中烘干。用ＤＭ-450Ａ型真空镀膜机在玻璃衬底表面蒸镀一层非晶硅薄膜，并在非晶硅薄膜表面蒸镀１层相对较薄的铝膜，通过调节不同的工艺参数制备出若干样品。将样品放入箱式电阻炉中，在300-500℃下真空退火一定时间。将样品置于标准铝腐蚀液中腐蚀以去除表面残留的铝。

　　采用真空蒸镀的方法在玻璃衬底上沉积１层非晶硅薄膜，再通过铝诱导晶化的方法可以制备出晶粒分布较均匀、晶粒尺寸0.5-5μｍ、晶化率达到89％的多晶硅薄膜。衬底距离对薄膜的表面形貌有明显影响，适中的衬底距离得到的薄膜晶粒分布均匀、表面平整度好，薄膜厚度较大。衬底温度和退火温度对薄膜的晶化率影响显著，在实验条件下，薄膜的晶化率随着衬底温度的提高而增大；随着退火温度的提高，薄膜的晶化率增大，当温度达到500℃时晶化率达到最大值，退火温度进一步提高，薄膜的晶化率反而降低。