太阳电池用玻璃衬底上多晶硅薄膜的结构及电学特性研究【开题报告】.doc

毕业设计开题报告 电子信息科学与技术 太阳电池用玻璃衬底上多晶硅薄膜的结构及电学特性研究 选题的背景与意义 人类在21世纪面临的最大挑战是环境污染和能源枯竭。人类在努力寻找解决这两个问题方法时发现，太阳能的利用应是解决这两个问题的最好方案。 基于对国内外市场以及相关文献的调研，目前国内外的太阳能电池的种类有： 1.市场上的主导产品晶体硅太阳电池，其性能稳定，但是生产成本较高。 2.化合物半导体薄膜太阳电池，它是优选的活性材料，但是缺点有：一些化合物成分为稀土，大规模的工业化生产有一定困难，以及带来的环境污染等。 3.染料敏化TiO2纳米薄膜太阳电池，它受到国内外科学家的重视，但目前对它的研究处于起步阶段，以及使用液体电解质，带来使用不便以及对环境影响。 4.硅基薄膜太阳电池，多晶硅(ploy-Si)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格。多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高.非晶硅是硅和氢(约10%)的一种合金，具有以下优点：它对阳光的吸收系数高，活性层只有1um厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低(约200摄氏度)，可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产。 目前研发和生产硅基薄膜太阳电池是光伏产业的关注热点。当前商用化的非晶硅薄膜太阳电池，受光诱导衰减及自身薄膜性能的限制，电池稳定效率不高。而多晶硅薄膜太阳电池，兼顾晶体硅高性能及薄膜硅低成本的优点，已成为硅基薄膜太阳电池发展的重要方向之一。目前多晶硅薄膜太阳电池的研发尚处于初级阶段，未来发展前景广阔。 结合成本和效率因素，硅基薄膜太阳电池被认为具有较大应用前景。当前，多晶硅薄膜太阳电池的两大研究重点是优化电池结构和制备高质量的多晶硅薄膜。其中高质量的多晶硅薄膜材料一般具有较大的晶粒尺寸和较低的缺陷密度。为此常采用两步法制备，即先沉积非晶硅（a-Si）薄膜，再经后续退火晶化。此次的课题研究也采用这种方法。 因此，开展制备多晶硅薄膜的机理研究并有所突破，在新能源领域取得技术优势，不仅可为我国光伏产业的发展奠定基础，而且可对全人类的太阳能产业发展起巨大的推动作用。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 1、玻璃衬底上不同掺杂类型多晶硅薄膜的制备 在玻璃衬底上制备不同掺杂原子的多晶硅薄膜，研究它们结构特征和电学性能。 玻璃衬底上多晶硅薄膜载流子有效激活技 在研究（1）的基础上通过改变优化磁控溅射或RTA退火工艺的方法，使多晶硅薄膜上的载流子得到有效激活，制备出电学特性优良的多晶硅薄膜。 玻璃衬底上不同掺杂类型多晶硅薄膜的制备及机理研究 通过实验结果的比较，研究掺杂原子在a-Si薄膜RTA晶化过程中的作用、对多晶硅薄膜结构及电学特性影响。 研究的方法与技术路线： 1、玻璃衬底上不同掺杂类型多晶硅薄膜的制备 选用玻璃为衬底材料，以不同掺杂类型（如掺磷或掺硼）的晶体硅为溅射靶材，通过磁控溅射法沉积约300 nm的a-Si薄膜，再经后续RTA退火晶化，制备出不同掺杂类型的多晶硅薄膜。 2、玻璃衬底上多晶硅薄膜载流子有效激活技术 采用磁控溅射方法，通过调控磁控溅射参数（如溅射功率、衬底温度、衬底偏压、溅射气体类型及其气压）等来沉积非晶硅薄膜，然后通过不同温度下退火使硅薄膜晶化，并得到能有效激活玻璃衬底上多晶硅薄膜载流子的技术，以在玻璃衬底上得到电学性能优良的不同掺杂类型的多晶硅薄膜。 3、玻璃衬底上不同类型多晶硅薄膜结构的研究 基于（1）（2）的基础上，研究硼掺杂或磷掺杂对多晶硅薄膜结构和电学性能的影响。 研究的总体安排与进度： 2010.11.23–2009.12.20：深入研究课题，查阅相关文献资料，理清思路，了解课题的具体任务要求，制定详细的计划安排和实验流程。 2010.12.21–2011.1.15：采用磁控溅射结合RTA晶化工艺，在平整玻璃衬底上制备不同掺杂原子多晶硅薄膜；阐明掺杂原子对多晶硅薄膜结构的影响。 2011.2.15–2011.3.10：得到多晶硅薄膜载流子的有效激活技术，使掺杂有效。 2011.3.11–2011.4.10：制备出电学性能优良的不同掺杂类型多晶硅薄膜。阐明掺杂原子多晶硅薄膜电学性能的影响。 2011.4.11–2011.5.10：撰写毕业设计论文、修改及答辩。 五、主要参考文献： 王红娟, 吕晓东, 黄义定, 仲志国.快速热退火制备多晶硅薄膜的研究[J].电子元件与材料, 2009,28 (4): 1-3. 冯团辉, 卢景霄, 张宇翔, 郜小勇, 杨仕娥, 李瑞, 勒锐敏, 王海燕.利用快速热退火法制备多晶硅薄膜[J].人工晶体学报,2005,34 (2): 3-6. A. G. Aberle,