采用Si 1-x Ge x 渐变缓冲层技术生长硅基锗薄膜及其性质分析
发布时间：2022-07-29 16:23
目前,以锗单晶为衬底的三结太阳能电池是空间电池的主流,但是锗是一种典型的稀散金属,资源稀缺,价格昂贵。且目前的切片技术所得锗片的厚度约为100-300 μm,而在叠层电池中有效的锗厚度仅为10 μm左右。使用薄膜技术,在硅衬底生长高质量锗薄膜来替代锗单晶可以大幅度地节约材料,降低成本。然而,硅的热膨胀系数为2.44×106/K,锗的热膨胀系数为6.12×106/K,二者热膨胀失配高达60%,硅和锗界面处容易产生较大的失配位错,在硅基锗薄膜的退火过程中易发生龟裂,甚至脱落的现象,如何在硅衬底上生长出质量良好的锗薄膜一直是薄膜制备中的挑战。本文利用高真空磁控共溅射设备,优化了 Si1-xGex渐变缓冲层的磁控溅射双靶功率控制参数,在Si（100）衬底上生长锗组分渐变的Si1-xGex梯度缓冲层来降低Si/Ge间的失配位错,以制备高质量的锗薄膜。利用快速热退火设备和常规热退火设备对制备的锗薄膜进行退火处理。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱测试仪、原子力显微镜、金相显微镜等测试手段对硅衬底锗薄膜进行了表征和分析。系统地探究了衬底温度、退火温度、退火时间对锗薄膜晶体质量的影响。主要研究成...
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 能源与环境
1.1.1 能源与环境问题
1.1.2 可再生能源的发展
1.2 太阳电池研究现状
1.2.1 太阳能发电技术
1.2.2 太阳电池分类
1.3 多结太阳能电池
1.3.1 多结太阳能电池介绍
1.3.2 硅衬底锗薄膜多结太阳能电池制备技术的关键问题
1.4 本文的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 制备技术
2.1.1 磁控溅射系统
2.1.2 快速热退火系统
2.1.3 常规热退火系统
2.2 表征技术
2.2.1 X射线衍射技术
2.2.2 扫描电镜
2.2.3 拉曼光谱
2.2.4 原子力显微镜
2.2.5 金相显微镜
2.3 本章小结
第3章 Si_(1-x)Ge_x渐变缓冲层及锗薄膜的制备与表征
3.1 单晶硅衬底的选择与处理
3.2 Si_(1-x)Ge_x渐变缓冲层及锗薄膜的制备
3.3 Si_(1-x)Ge_x渐变缓冲层及锗薄膜的表征
3.4 衬底温度对锗薄膜制备的影响
3.5 溅射过程锗薄膜晶化机理分析
3.6 本章小结
第4章 快速热退火对锗薄膜的影响
4.1 退火温度对锗薄膜的影响
4.2 退火时间对锗薄膜的影响
4.3 快速热退火最优工艺参数的结果与分析
4.4 择优取向理论分析
4.5 本章小结
第5章 常规热退火对锗薄膜的影响
5.1 退火温度对锗薄膜的影响
5.2 退火时间对锗薄膜的影响
5.3 常规热退火与快速热退火对比与分析
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 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]太阳能利用技术发展及应用调研[J]. 关跃. 应用能源技术. 2018(09)
[2]我国能源资源现状与发展趋势[J]. 方圆,张万益,曹佳文,朱龙伟. 矿产保护与利用. 2018(04)
[3]有机太阳能电池以及工作方式分析（英文）[J]. 拉迪娅. 现代盐化工. 2018(03)
[4]染料敏化太阳能电池研究进展[J]. 周毅,周艳霞,赵地. 能源研究与信息. 2018(01)
[5]化合物半导体薄膜太阳能电池研究进展[J]. 谢欣荣,李京振,李嘉兆. 广东化工. 2017(22)
[6]空间用GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的抗辐照性能及退化机制研究[J]. 马大燕,陈诺夫,陶泉丽,赵宏宇,刘虎,白一鸣,陈吉堃. 材料导报. 2017(S2)
[7]从现在到2050年可再生能源逐步成为主导能源[J]. 陈向国. 节能与环保. 2017(11)
[8]太阳能光伏发电发展及应用综述[J]. 巩赞超,鞠振河. 山东工业技术. 2017(20)
[9]Effect of substrate temperature on the morphological,structural,and optical properties of RF sputtered Ge1-xSnx films on Si substrate[J]. H Mahmodi,M R Hashim. Chinese Physics B. 2017(05)
[10]晶体硅太阳电池制备研究[J]. 魏挺. 科技广场. 2017(03)
博士论文
[1]高效CdSeTe量子点太阳能电池研究[D]. 卫会云.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
硕士论文
[1]塔式太阳能热发电系统吸热器表面温度测量方法研究[D]. 王肖.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]聚光光伏系统发电性能研究[D]. 杨红伟.内蒙古工业大学 2017
[3]电力线载波通信技术在光伏发电系统中的应用[D]. 刘中芳.北京交通大学 2012
[4]晶体硅太阳电池制作中的扩散工艺研究[D]. 何堂贵.电子科技大学 2009
本文编号：3666785
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 能源与环境
1.1.1 能源与环境问题
1.1.2 可再生能源的发展
1.2 太阳电池研究现状
1.2.1 太阳能发电技术
1.2.2 太阳电池分类
1.3 多结太阳能电池
1.3.1 多结太阳能电池介绍
1.3.2 硅衬底锗薄膜多结太阳能电池制备技术的关键问题
1.4 本文的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 制备技术
2.1.1 磁控溅射系统
2.1.2 快速热退火系统
2.1.3 常规热退火系统
2.2 表征技术
2.2.1 X射线衍射技术
2.2.2 扫描电镜
2.2.3 拉曼光谱
2.2.4 原子力显微镜
2.2.5 金相显微镜
2.3 本章小结
第3章 Si_(1-x)Ge_x渐变缓冲层及锗薄膜的制备与表征
3.1 单晶硅衬底的选择与处理
3.2 Si_(1-x)Ge_x渐变缓冲层及锗薄膜的制备
3.3 Si_(1-x)Ge_x渐变缓冲层及锗薄膜的表征
3.4 衬底温度对锗薄膜制备的影响
3.5 溅射过程锗薄膜晶化机理分析
3.6 本章小结
第4章 快速热退火对锗薄膜的影响
4.1 退火温度对锗薄膜的影响
4.2 退火时间对锗薄膜的影响
4.3 快速热退火最优工艺参数的结果与分析
4.4 择优取向理论分析
4.5 本章小结
第5章 常规热退火对锗薄膜的影响
5.1 退火温度对锗薄膜的影响
5.2 退火时间对锗薄膜的影响
5.3 常规热退火与快速热退火对比与分析
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 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]太阳能利用技术发展及应用调研[J]. 关跃. 应用能源技术. 2018(09)
[2]我国能源资源现状与发展趋势[J]. 方圆,张万益,曹佳文,朱龙伟. 矿产保护与利用. 2018(04)
[3]有机太阳能电池以及工作方式分析（英文）[J]. 拉迪娅. 现代盐化工. 2018(03)
[4]染料敏化太阳能电池研究进展[J]. 周毅,周艳霞,赵地. 能源研究与信息. 2018(01)
[5]化合物半导体薄膜太阳能电池研究进展[J]. 谢欣荣,李京振,李嘉兆. 广东化工. 2017(22)
[6]空间用GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的抗辐照性能及退化机制研究[J]. 马大燕,陈诺夫,陶泉丽,赵宏宇,刘虎,白一鸣,陈吉堃. 材料导报. 2017(S2)
[7]从现在到2050年可再生能源逐步成为主导能源[J]. 陈向国. 节能与环保. 2017(11)
[8]太阳能光伏发电发展及应用综述[J]. 巩赞超,鞠振河. 山东工业技术. 2017(20)
[9]Effect of substrate temperature on the morphological,structural,and optical properties of RF sputtered Ge1-xSnx films on Si substrate[J]. H Mahmodi,M R Hashim. Chinese Physics B. 2017(05)
[10]晶体硅太阳电池制备研究[J]. 魏挺. 科技广场. 2017(03)
博士论文
[1]高效CdSeTe量子点太阳能电池研究[D]. 卫会云.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
硕士论文
[1]塔式太阳能热发电系统吸热器表面温度测量方法研究[D]. 王肖.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]聚光光伏系统发电性能研究[D]. 杨红伟.内蒙古工业大学 2017
[3]电力线载波通信技术在光伏发电系统中的应用[D]. 刘中芳.北京交通大学 2012
[4]晶体硅太阳电池制作中的扩散工艺研究[D]. 何堂贵.电子科技大学 2009
本文编号：3666785
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