硅衬底锗薄膜的制备及性质分析

发布时间：2022-07-27 20:06

　　能源危机、环境污染已经成为21世纪人类急需解决的重要问题,全世界各国都在积极推动能源结构转型,发展和利用清洁能源。太阳能由于其无污染、可持续的特性得到了各国政府的高度重视和大力发展。在可预见的未来,太阳能必将在能源结构中占据主要地位。高转换效率、高性价比的太阳能电池一直是研究、开发的重点。目前,转换效率最高的太阳能电池是砷化镓基多结太阳能电池。多结太阳能电池一般以锗单晶作为底电池,但是锗是典型的稀有金属,价格昂贵。为了节约材料、降低成本,利用硅衬底生长高质量锗薄膜来替代锗单晶作为多结电池衬底是今后的发展方向。因此,本文研究的主要内容是在单晶硅衬底上制备高择优取向、表面平整的锗薄膜。本文采用石墨缓冲层法和偏角衬底法,利用磁控溅射、快速光热退火以及常规热退火技术在单晶硅衬底上制备锗薄膜,并利用X射线衍射、拉曼光谱、台阶仪等多种测试方法对锗薄膜的质量进行分析表征。取得的主要研究成果如下:（1）在单晶硅衬底上采用磁控溅射方法,通过石墨缓冲层降低锗薄膜与硅衬底之间的晶格失配,研究衬底温度对沉积锗薄膜晶化的影响,实验发现沉积锗薄膜的临界晶化温度为430℃。（2）对沉积在石墨缓冲层上的非晶锗薄膜进行... 

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 太阳能电池的研究现状与发展前景
        1.1.1 能源危机及未来能源发展趋势
        1.1.2 太阳能利用形式
        1.1.3 太阳能电池技术的的发展历史与现状
    1.2 硅衬底锗薄膜多结太阳能电池
        1.2.1 多结太阳能电池介绍
        1.2.2 发展锗薄膜三结太阳能电池的优势与意义
        1.2.3 硅衬底锗薄膜多结太阳能电池制备的关键问题
    1.3 硅衬底锗薄膜的制备技术
        1.3.1 缓冲层法
        1.3.2 选区外延法
        1.3.4 偏角衬底法
    1.4 本论文主要内容和结构安排
第2章 锗薄膜的制备系统与表征技术
    2.1 制备系统
        2.1.1 磁控溅射系统
        2.1.2 快速光热退火系统
        2.1.3 滑轨式管式退火炉
    2.2 表征技术
        2.2.1 X射线衍射
        2.2.2 拉曼光谱
        2.2.3 台阶仪
    2.3 本章小结
第3章 快速光热退火机理研究
    3.1 硅衬底锗薄膜的制备
        3.1.1 单晶硅衬底的选择与处理
        3.1.2 石墨缓冲层的加入
        3.1.3 锗薄膜的制备及退火处理
    3.2 衬底温度对锗薄膜结构的影响
    3.3 快速光热退火对锗薄膜结晶的影响
    3.4 快速光热退火薄膜晶化机理分析
    3.5 本章小结
第4章 偏角衬底法制备硅衬底锗薄膜
    4.1 偏角硅衬底锗薄膜的制备
        4.1.1 偏角硅衬底的制备
        4.1.2 锗薄膜的制备及退火处理
    4.2 快速光热退火条件优化
        4.2.1 快速光热退火温度的选择
        4.2.2 快速光热退火时间的选择
    4.3 不同偏角衬底对锗薄膜的影响
    4.4 本章小结
第5章 常规热退火制备硅衬底锗薄膜
    5.1 硅衬底锗薄膜的制备
        5.1.1 单晶硅衬底的选择和处理
        5.1.2 石墨缓冲层与锗薄膜的制备
    5.2 常规热退火对锗薄膜的影响
        5.2.1 退火温度对锗薄膜结构的影响
        5.2.2 退火时间对锗薄膜结构的影响
    5.3 常规热退火薄膜晶化机理分析
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 本文的主要结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]聚光太阳能热发电系统关键技术研究综述[J]. 顾煜炯,耿直,张晨,王鹏.  热力发电. 2017(06)
[2]氢气氛退火对硅上低温外延制备的硅锗薄膜性能的影响[J]. 王锦,陶科,李国峰,梁科,蔡宏琨.  无机材料学报. 2017(02)
[3]光化学合成太阳能燃料的研究进展[J]. 陈雅倩,吴梁鹏,李娟,李新军.  新能源进展. 2016(06)
[4]能源革命:从化石能源到新能源[J]. 邹才能,赵群,张国生,熊波.  天然气工业. 2016(01)
[5]量子点敏化太阳能电池研究进展[J]. 卫会云,王国帅,吴会觉,罗艳红,李冬梅,孟庆波.  物理化学学报. 2016(01)
[6]PI衬底柔性透明硅薄膜太阳能电池的制备及性能[J]. 李旺,朱登华,刘石勇,刘路,王仕鹏,黄海燕,牛新伟,陆川,杜国平.  电子元件与材料. 2015(08)
[7]PECVD沉积硅薄膜退火性质的分析[J]. 张林睿,周炳卿,高玉伟,张龙龙,张娜,路小翠.  人工晶体学报. 2014(12)
[8]有机太阳能电池研究现状与进展[J]. 邓理丹.  广东化工. 2014(15)
[9]X射线衍射进展简介[J]. 解其云,吴小山.  物理. 2012(11)
[10]硅基锗薄膜的异质外延生长及其在光电子器件中的应用[J]. 周志文,贺敬凯,王瑞春.  物理. 2011(12)

博士论文
[1]高倍聚光光伏光热综合利用系统的理论和实验研究[D]. 陈海飞.中国科学技术大学 2014

硕士论文
[1]薄膜太阳能电池柔性不锈钢衬底的电化学机械抛光研究[D]. 石栋.浙江师范大学 2016
[2]衬底切偏角和p型欧姆接触对Si衬底GaN基LED性能稳定性的影响[D]. 武芹.南昌大学 2015



本文编号：3666092