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拉曼光譜技術(shù)在微晶硅薄膜晶化率研究中的應(yīng)用

閱讀:255      發(fā)布時(shí)間:2024-8-5
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引言

微晶硅薄膜是納米晶硅、晶粒間界、空洞和非晶硅共存的混合相無(wú)序材料,具有穩(wěn)定性好、摻雜效率高、長(zhǎng)波敏感性較強(qiáng)、可低溫大面積沉積、原材料消耗少以及能在各種廉價(jià)襯底材料上制備的優(yōu)點(diǎn),為了使太陽(yáng)能電池能夠大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)并且具有更高的效率,硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池開始使用微晶硅薄膜替代非晶硅層。升級(jí)后的硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率與微晶硅薄膜的結(jié)晶度密切相關(guān)。其中,結(jié)晶率指晶態(tài)硅與晶界占非晶態(tài)、晶態(tài)、晶界總和的質(zhì)量百分比或體積百分比,是評(píng)價(jià)結(jié)晶硅薄膜晶化效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在行業(yè)內(nèi)通常使用拉曼光譜分析法評(píng)估微晶硅薄膜的晶化率[1,2]


實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

晶體硅排列有序,鍵角和鍵長(zhǎng)高度一致,拉曼峰形尖銳位于520cm-1附近,無(wú)定形硅結(jié)構(gòu)相對(duì)無(wú)序,拉曼峰形展寬位于480cm-1附近。采用兩種結(jié)構(gòu)的拉曼特征峰值(峰強(qiáng)或峰面積)可以實(shí)現(xiàn)硅晶化率的分析,晶化率計(jì)算公式如下:

3.png

其中4.png5.png表示在520cm-1 和480cm-1附近的拉曼峰的面積,中心為520 cm-1附近的拉曼峰是晶體硅的特征峰,位于480 cm-1附近的拉曼峰是非晶硅的約化聲子譜密度。

本文采用卓立漢光自主研制的Finder 930全自動(dòng)共聚焦顯微拉曼光譜儀分析了硅基底上微晶硅薄膜晶化率,拉曼光譜實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及多峰擬合結(jié)果如圖1所示??梢杂^測(cè)到拉曼峰位在310cm-1附近的類縱聲學(xué)模(類TA 模)特征峰,在480 cm-1附近的類橫光學(xué)模(類TO模)分解為峰位在470 cm-1附近(Prim TO)和在490 cm-1處(Seco TO)兩個(gè)特征峰。對(duì)于出現(xiàn)晶態(tài)硅特征峰的樣品對(duì)應(yīng)于峰位在510cm-1附近的晶粒間界拉曼散射成分(GB)特征峰[3]。

卓立漢光自主開發(fā)了晶化率自動(dòng)計(jì)算軟件,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分峰擬合和晶化率計(jì)算,軟件操作簡(jiǎn)單,易于使用,晶化率擬合結(jié)果如圖2所示,自動(dòng)計(jì)算結(jié)果可知晶化率為33.52%.


1.png

2.png

圖2 采用自主研制軟件擬合結(jié)果

拉曼光譜技術(shù)可以無(wú)損分析微晶硅薄膜晶化率,在晶硅(晶體硅)與無(wú)定型硅(非晶硅)的定量鑒別及晶化率評(píng)估中展現(xiàn)出優(yōu)異性能,通過(guò)解析特征峰的強(qiáng)度或面積,直接計(jì)算得出材料的晶化率,為材料性能評(píng)估提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。


參考文獻(xiàn)

[1]趙之雯,劉玉嶺.微晶硅薄膜穩(wěn)定性的研究[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,40(02):13-15

[2] 高磊等. 微晶硅薄膜沉積工藝的研究方法及其應(yīng)用[P].2023.06.23.

[3] 范閃閃,郭強(qiáng),楊彥彬,等.相變區(qū)硅薄膜拉曼和紅外光譜分析[J].光譜學(xué)與光譜分析,2018,38(01):82-86.

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