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利用拉曼光譜精確量化微晶硅薄膜的晶化率
更新時(shí)間:2024-08-05瀏覽:186次

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,無定形硅結(jié)構(gòu)相對(duì)無序,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:

利用拉曼光譜精確量化微晶硅薄膜的晶化率

其中利用拉曼光譜精確量化微晶硅薄膜的晶化率利用拉曼光譜精確量化微晶硅薄膜的晶化率表示在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]

利用拉曼光譜精確量化微晶硅薄膜的晶化率利用拉曼光譜精確量化微晶硅薄膜的晶化率

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%.

利用拉曼光譜精確量化微晶硅薄膜的晶化率

利用拉曼光譜精確量化微晶硅薄膜的晶化率

圖2 采用自主研制軟件擬合結(jié)果

拉曼光譜技術(shù)可以無損分析微晶硅薄膜晶化率,在晶硅(晶體硅)與無定型硅(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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