黑硅材料的制备及其热退火工艺研究

发布时间：2025-03-31 22:00

　　硅由于禁带宽度（1.12 e V）的限制,太阳光谱中波长λ=1.1–2.5μm的近红外光不能被其吸收利用。而太阳光谱中这部分的能量占太阳光总能量约30%。为此,利用超饱和掺硫深能级杂质制备黑硅,以调控硅的能带结构,形成亚带隙,可改变硅的光谱吸收范围。若黑硅材料对全太阳光谱（λ=0.25–2.5μm）的强吸收,有效转换为光生载流子,则有望突破现有硅基太阳能电池的转换效率极限。此外,黑硅还可作为优异的室温红外探测器材料。本论文分别利用SF₆背景气氛和Si–S–Si多层膜以作为S深能级杂质源,再通过纳秒脉冲激光辐照成功制备了黑硅材料。利用多种检测分析手段,表征了两种方法制备的黑硅材料的微结构、成分特点,光学性能和电学性能。此外,由于热退火工艺是半导体光电器件的常规工艺,本论文也研究了热退火工艺对黑硅材料性能的影响。研究结果表明,相比飞秒脉冲激光制备方法,纳秒脉冲激光制备的黑硅材料结晶性较好,杂质浓度达到了10²⁰ cm^-3量级,并具备良好的全太阳光谱吸收率和电学特性,包括较高的载流子浓度、Hall迁移率和较低的薄层电阻。此外,相...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 黑硅材料简介
    1.2 黑硅材料制备方法简介
        1.2.1 脉冲激光烧蚀法
        1.2.2 离子注入法
        1.2.3 湿法刻蚀法
        1.2.4 反应离子刻蚀法
    1.3 常规退火工艺简介
        1.3.1 热退火
        1.3.2 激光退火
    1.4 黑硅材料相关研究进展概述
    1.5 论文的目的、意义和主要内容
2 黑硅材料制备及性能测试设备
    2.1 黑硅材料制备设备
        2.1.1 Nd：YAG纳秒激光系统
        2.1.2 三维电控平移台
        2.1.3 六氟化硫气氛室
        2.1.4 真空蒸发镀膜系统
        2.1.5 程控退火炉
    2.2 黑硅材料性能测试设备
        2.2.1 结构和成分测试：扫描和透射电子显微镜
        2.2.2 光学性能测试：紫外?可见?近红外分光光度计
        2.2.3 电学性能测试：霍尔效应测试仪
    2.3 本章小结
3 纳秒脉冲激光六氟化硫气氛下制备黑硅
    3.1 制备工艺原理
    3.2 实验过程
    3.3 性能测试分析
        3.3.1 结构和成分特点
        3.3.2 光学性能
        3.3.3 电学性能
    3.4 本章小结
4 纳秒脉冲激光烧蚀硅-硫-硅多层膜制备黑硅
    4.1 制备工艺
    4.2 性能测试分析
        4.2.1 结构和成分特点
        4.2.2 光学性能
        4.2.3 电学性能
    4.3 本章小结
5 热退火工艺对黑硅性能影响
    5.1 热退火工艺
    5.2 性能变化分析
        5.2.1 形貌和杂质扩散特点
        5.2.2 光学性能
        5.2.3 电学性能
    5.3 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果



本文编号：4038475