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廖乃镘:男,1979年生,博士研究生,从事氢化非晶硅红外敏感薄膜材料研究 Tel :028********* E 2mail :liaonaiman @ 李伟:通讯联系人,教授,博士生导师 Tel :028********* E 2mail :wli @氢化非晶硅(a 2Si ∶H )薄膜稳定性的研究进展廖乃镘,李 伟,蒋亚东,匡跃军,李世彬,吴志明(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054) 摘要 氢化非晶硅(a 2Si ∶H )是一种重要的光敏感薄膜材料,其稳定性的好坏是决定能否应用于器件的重要因素之一。
介绍了a 2Si ∶H 薄膜稳定性的研究进展,论述了a 2Si ∶H 薄膜的稳定性与Si 2Si 弱键的关系,分析了光致衰退效应(S 2W 效应)产生的几种机理,提出了在薄膜制备和后处理过程中消除或减少Si 2Si 弱键以提高a 2Si ∶H 薄膜稳定性的方法。
关键词 氢化非晶硅 稳定性 光致衰退效应 物理模型 稳定化处理R ecent Progresses on the Stability of H ydrogenated Amorphous Silicon Thin FilmsL IAO Naiman ,L I Wei ,J IAN G Yadong ,KUAN G Yuejun ,L I Shibin ,WU Zhiming(State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices ,U ESTC ,Chengdu 610054)Abstract The a 2Si ∶H thin film is an important light 2sensitive material that has received significant attentionnowadays because of its unique properties.The stability of this thin film is a key factor which is fatal in the application of commercial devices.This paper summarizes and commends some researches on the stability of a 2Si ∶H thin films based on recent literature ,and discusses the relationship between the weak bonding of Si 2Si and the stability of the films.It introduces the mechanisms of light 2induced degeneration of a 2Si ∶H thin films and also recommends some methods of film fabrication and post 2treatment techniques in order to reduce the weak bonding of Si 2Si in a 2Si ∶H thin films.K ey w ords a 2Si ∶H ,stability ,light 2induced degeneration ,physical model ,stabilization treatment 0 前言氢化非晶硅(a 2Si ∶H )薄膜具有光吸收率高、电阻温度系数(TCR )相对较大(1.8～8%/K )[1]、禁带宽度可控、可大面积低温(<400℃)成膜、基片种类不限、生产工艺较简单、与硅半导体工艺兼容等突出优点,在红外成像、太阳能电池、液晶显示、复印机感光鼓等领域得到快速发展。
《探究nip型非晶硅薄膜太阳能电池的研究》1. 引言近年来，随着能源危机日益严重，太阳能作为清洁能源备受人们关注。
而nip型非晶硅薄膜太阳能电池作为一种新型高效太阳能电池，受到了广泛的研究和关注。
本文将针对nip型非晶硅薄膜太阳能电池进行深入探究，从深度和广度两个方面进行全面评估，并为读者提供有价值的文章。
2. nip型非晶硅薄膜太阳能电池概述2.1 nip型非晶硅薄膜太阳能电池的基本结构nip型非晶硅薄膜太阳能电池通常由n型非晶硅薄膜、i型非晶硅薄膜和p型非晶硅薄膜组成，其中i型层是光吸收层。
2.2 nip型非晶硅薄膜太阳能电池的工作原理当太阳光照射到nip型非晶硅薄膜太阳能电池时，光子被i型层吸收，激发出电子和空穴，从而产生光生电荷对。
3. nip型非晶硅薄膜太阳能电池的研究现状3.1 nip型非晶硅薄膜太阳能电池的发展历程nip型非晶硅薄膜太阳能电池的研究始于20世纪80年代，经过多年的发展，取得了显著的进展。
3.2 nip型非晶硅薄膜太阳能电池的研究热点当前，研究人员主要集中在提高nip型非晶硅薄膜太阳能电池的光电转换效率、稳定性和制备工艺上。
4. nip型非晶硅薄膜太阳能电池的优势与挑战4.1 优势：相较于传统多晶硅太阳能电池，nip型非晶硅薄膜太阳能电池具有较高的光吸收系数和较低的制备成本。
4.2 挑战：目前nip型非晶硅薄膜太阳能电池在光电转换效率、稳定性和长期耐久性方面仍存在挑战。
5. 个人观点与总结个人认为，nip型非晶硅薄膜太阳能电池作为一种新型高效太阳能电池，在清洁能源领域具有重要的应用前景。
鉴于其目前面临的挑战，未来的研究应该集中在提高光电转换效率、提升稳定性和减少制备成本上。
各界应该加大对nip型非晶硅薄膜太阳能电池的投入和支持，推动其在太阳能领域的广泛应用。
结语通过本文的探究，相信读者已经对nip型非晶硅薄膜太阳能电池有了更深入的理解。
未来，随着科技的不断进步和研究的不断深入，相信nip型非晶硅薄膜太阳能电池必将成为清洁能源领域的重要力量。
收稿日期：2009－12－07基金项目：国防科技大学校预研项目（JC08－01－06）作者简介：郑春满，1976年出生，博士，副教授．主要从事能源材料研究。
E －mail ：zhengchunman@sohu．com 薄膜太阳能电池光电转换材料研究进展郑春满郭宇杰谢凯韦永滔（国防科技大学航天与材料工程学院，长沙410073）文摘在对太阳能电池基本原理进行介绍的基础上，综述了近年来光电转换材料的发展情况，重点对各种材料的优缺点、制备方法以及未来的发展趋势进行探讨。
关键词太阳能电池，薄膜，光电转换材料，转换效率Recent Progress in Developing Photoelectric ConversationMaterials for Thin-Film Solar CellsZheng ChunmanGuo YujieXie KaiWei Yongtao（Department of Material Engineering and Applied Chemistry ，School of Aerospace ＆Materials Engineering ，National University of Defense Technology ，Changsha 410073）Abstract The photoelectric conversation materials are the key part ，which decides the conversation efficiency ofthe thin-film solar cells．The photoelectric conversation materials that can be used in the thin film solar cells mainly include inorganic semiconductor materials and organic materials．In the present paper ，the basic principle of thin film solar cells is introduced and the development of the two materials is reviewed．The advantage and disadvantage ，the preparation methods and the future trends of every material are discussed．Key words Solar cells ，Thin-film ，Photoelectric conversation materials ，Conversation efficiency1引言太阳能电池作为解决人类所面临的能源与环境问题的最佳选择，具有来源广泛、使用方便、无污染等优点，在航空、航天、通讯及微功耗电子产品等领域具有广阔的应用前景［1］，因而逐渐成为研究的重点方向和主流［2－3］。
非晶硅薄膜晶体管模型的分析和研究的开题报告一、选题背景及意义非晶硅薄膜晶体管（a-Si TFT）是一种新型平面显示器件，广泛应用于液晶显示器、有机发光二极管等电子产品中。
非晶硅薄膜晶体管具有制造工艺简单、面积大、成本低等优点，但是其具有漏电流大、温度稳定性差等缺点，影响其稳定性和可靠性。
因此，对非晶硅薄膜晶体管的模型分析和研究具有重要意义。
目前，国内外对非晶硅薄膜晶体管的研究主要集中在器件结构设计、表征方法以及制造工艺等方面。
而针对非晶硅薄膜晶体管的模型分析和研究相对较少，如何建立和改进非晶硅薄膜晶体管的模型，提高器件的性能和可靠性，是近年来一个重要的研究方向。
二、主要研究内容本课题主要研究内容包括以下几个方面：1.分析非晶硅薄膜晶体管的物理模型，建立相应的模型方程，探究器件运行特性的规律。
2.通过数值计算和仿真模拟，分析非晶硅薄膜晶体管在不同工艺条件下的电学参数，同时评估其性能和可靠性。
3.结合实验数据对模型进行验证，并对模型进行改进和优化。
三、预期研究结果本研究预计取得以下研究成果：1.建立非晶硅薄膜晶体管的物理模型，分析器件运行特性的规律。
2.数值计算和仿真模拟结果，发现不同工艺条件下非晶硅薄膜晶体管的电学参数，并评估其性能和可靠性。
3.模型验证结果，优化模型，并提高模型的预测能力。
四、研究实施与进展计划1.文献调研和阅读，建立非晶硅薄膜晶体管的物理模型，初步验证模型，并进行相关的仿真分析。
2. 设计实验程序，对器件进行实验测试，获取关键电学参数。
3.利用MATLAB进行数据分析与处理，改进和优化模型。
4.编写科研论文和报告。
本课题计划在两年内完成。
第一年主要进行理论分析、计算和仿真模拟；第二年将针对实验数据进行分析和验证，并对模型进行改进和优化。
同时，及时向导师进行汇报，进一步改善研究计划。
非晶硅薄膜研究进展非晶硅薄膜及其制备方法研究进展摘要：氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管、辐射探测和液晶显示等领域有着重要的应用，因而在世界范围内得到了广泛的关注和大量的研究。
本文主要介绍了a-Si:H薄膜的主要掺杂类型和a-Si:H薄膜的主要制备方法。
关键词：非晶硅薄膜；掺杂；制备方法；研究进展Research Progress on a-Si:H Thin Films and Related PreparationMethodAbstract:Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin film has attracted considerable attention and been a subject of extensive studies worldwide on account of its important applications such as thin film solar cells, thin film transistors, radiation detectors, and liquid crystal displays based on its good electrical and optical properties. In this paper, the progress research on a-Si:H thin films and related preparation method are reviewed.Key words: a-Si:H thin films; doped; preparation method; research progress1 引言氢化非晶硅(a-Si:H)是硅和氢的一种合金，网络中Si-H键角和键长的各种分布打乱了晶体硅晶格的长程有序性，从而使非晶硅具有独特的光电性质。
非晶硅太阳能电池和半导体器件的微观结构与界面调控现代科技的发展一直在推动能源领域的革新与进步。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，正逐渐成为人们关注的焦点。
而非晶硅太阳能电池和半导体器件作为太阳能利用的重要技术之一，对其微观结构和界面的调控显得尤为关键。
本文将探讨非晶硅太阳能电池和半导体器件的微观结构与界面调控的重要性及目前的研究进展。
非晶硅太阳能电池以非晶硅材料为基础，利用太阳辐射将光能转化为电能。
然而，这种材料的非晶性质导致其能带结构较宽，光学吸收效率较低。
因此，研究者们通过微观结构的优化，针对非晶硅太阳能电池进行性能提升的研究。
首先，通过微观结构的调控，可以有效增加非晶硅材料的光学吸收率。
一种常见的方法是使用纳米孔阵列，通过调节纳米孔的形状、大小和排列方式，改变非晶硅薄膜的光学特性。
此外，还可以采用纳米颗粒掺杂的方法，通过引入具有较高吸收率的颗粒，提高非晶硅材料对太阳光的吸收效率。
其次，微观结构的调控还可以改善非晶硅太阳能电池的载流子传输性能。
研究者们发现，通过控制非晶硅薄膜中晶态颗粒的分布，可以减少载流子的复合损失，提高电池的效率。
此外，还可以通过改变非晶硅薄膜的厚度和掺杂浓度，优化载流子的扩散长度和移动率，进一步提高电池的性能。
除了非晶硅太阳能电池，半导体器件也是微观结构与界面调控研究的重点对象。
半导体器件在现代电子技术中起到至关重要的作用，微观结构和界面的性能调控对其性能具有至关重要的影响。
首先，半导体器件的微观结构可以影响电子和空穴的载流子传输性能。
调控晶格和缺陷的结构，优化载流子的移动路径和扩散长度，可以提高器件的效率和响应速度。
此外，通过改变材料的掺杂浓度和控制形成的pn结的界面质量，还可以减小载流子的复合损失，提高器件的光电转换效率。
其次，界面调控对于半导体器件的性能同样至关重要。
良好的界面能够确保载流子的高效注入和提高材料之间的能带匹配。
通过引入二维材料或金属氧化物等界面修饰层，可以抑制表面缺陷和界面反射，提高器件的光电转换效率和稳定性。
非晶硅薄膜及其制备方法研究进展摘要：氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管、辐射探测和液晶显示等领域有着重要的应用，因而在世界范围内得到了广泛的关注和大量的研究。
本文主要介绍了a-Si:H薄膜的主要掺杂类型和a-Si:H薄膜的主要制备方法。
关键词：非晶硅薄膜；掺杂；制备方法；研究进展Research Progress on a-Si:H Thin Films and Related PreparationMethodAbstract:Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin film has attracted considerable attention and been a subject of extensive studies worldwide on account of its important applications such as thin film solar cells, thin film transistors, radiation detectors, and liquid crystal displays based on its good electrical and optical properties. In this paper, the progress research on a-Si:H thin films and related preparation method are reviewed.Key words: a-Si:H thin films; doped; preparation method; research progress1 引言氢化非晶硅(a-Si:H)是硅和氢的一种合金，网络中Si-H键角和键长的各种分布打乱了晶体硅晶格的长程有序性，从而使非晶硅具有独特的光电性质。
本征a-Si:H薄膜中，一般含有8% ~12%（原子分数）的氢，本征的a-Si材料的带隙宽度Eg约为1.7eV[1-3]。
1976年，美国RCA实验室Carlson和Wronski首次报道了非晶硅薄膜太阳电池[4]，引起普遍关注，全世界开始了非晶硅电池的研制热潮。
一般在太阳能光谱可见光波长范围内，非晶硅的吸收系数比晶体硅大将近一个数量级，其本征吸收系数高达105cm-1。
而且非晶硅太阳能电池的光谱响应的峰值与太阳能光谱峰值接近，这就是非晶硅材料首先被用于太阳能电池的原因。
首先非晶硅材料高的吸收系数，非晶硅吸收层的厚度可以小于1μm就可以充分的吸收太阳能，这个厚度不及单晶硅电池厚度的1%，可以明显的节省昂贵的半导体材料；其次硅基薄膜电池采用低温沉积工艺技术（200℃左右），这不仅可节能降耗，而且便于采用玻璃、塑料等廉价衬底；最后硅基薄膜采用气体的辉光放电分解沉积而成，通过改变反应气体组分可方便地生长各种硅基薄膜材料，实现pin和各种叠层结构的电池，节省了许多工序，非晶硅薄膜的这些优点都很大程度上促进了非晶硅太阳能电池的开发与研究[5-7]。
但是，非晶硅材料自身存在一些问题，由于薄膜内部存在大量的缺陷态(主要是悬挂键)，非晶硅材料在实际应用上受到了限制，与晶体硅太阳能电池相比，无论是材料理论、器件研究、工艺水平仍处于研究积累阶段，许多性质还有待于深入认识。
非晶硅薄膜太阳能电池最大的缺点是电池的转换效率较低，商业化生产的产品通常只有6~8%；另一方面，非晶硅薄膜太阳能电池性能不够稳定，a-Si:H薄膜存在可逆光致结构变化（Staebler-Wronski效应[8]），即a-Si:H薄膜在强光（通常是一个标准太阳的光强，100mW/cm2）下照射数小时，光电导逐渐下降，光照后暗电导可下降几个数量级并保持相对稳定；而另一方面光照的样品在150~200℃温度区间内退火两个小时，光、暗电导可恢复原值。
2 非晶硅薄膜的发展近年来，随着太阳能电池的不断发展，对于非晶硅薄膜的应用研究也越来越深入。
非晶硅的晶化研究、纳米非晶硅研究、掺杂碳或锗非晶硅研究等都是非晶硅薄膜研究的热门领域。
2.1纳米非晶硅薄膜na-Si:H纳米非晶硅实际上是一种两相结构材料，即少量纳米尺度的结晶硅颗粒镶嵌于非晶硅网络母体中。
由于量子限制效应使得这种两相结构材料具有类似于纳米晶硅的导电性和光致发光特性[9]，同时由于非晶相的存在又使得这种材料又具有较好的光敏性，因而在提高光照稳定性的情况下，还能获得较好的光伏特性。
1999年Sukti Hazra和Swati Ray[10,11]报道了用纳米非晶硅(na-Si:H)作pin结构太阳电池的本征层，制备出了V oc为0.93V，E ff为8.7%的太阳电池。
C.R.Wronski与R.W.Collins[12,13]研究发现，非晶硅薄膜的晶体结构极大地依赖于PECVD制备参数，尤其是氢气稀释比R(R=H2/SiH4)，并制备出稳定转化率为9~10%的单节纳米非晶硅薄膜太阳电池。
在高氢气稀释比条件下，由于大量活性H原子碰撞和轰击作用，使得原本无序的非晶硅网络更加松弛，在非晶硅网络中形成少量的微晶硅形核区域，沉积的非晶硅薄膜比较厚则逐渐转为化微晶硅薄膜，即所说的纳米非晶硅薄膜。
然而国内的纳米非晶硅薄膜电池应用还处于研究阶段，国内中国科学院半导体研究所的胡志华[14]等人对纳米非晶硅结构做过相关的研究和报道，并用作pin结构太阳电池的本征吸收层，最终得到光电转化效率E ff为8.35%(AM1.5，100mW/cm2)。
浙江大学冯仁华等人[15]将首先采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)，以SiH4和H2为前驱体，制备了具有两相复合结构的本征的na-Si:H薄膜。
上海交通大学的于化丛等人[16]运用PECVD 方法成功制备了渐变光学带隙氢化纳米硅薄膜p-i-n 太阳电池,光电转换效率达11.43%(有效面积：75.4mm2)和9.82% (有效面积：121.2mm2)（标准测试条件STC：AM1.5,1000W/m2,25℃）。
2.2非晶碳化硅薄膜a-SiC:H氢化非晶碳化硅(a-SiC:H)是一种宽带隙非晶态半导体材料。
a-SiC:H的构成元素比可以偏离SiC晶态的化学配比。
随着化学元素比的变化，a-SiC:H的物理性质相应变化，其光学带隙(Eg)也可随之连续变化，这使得a-SiC:H具有广阔的实际应用前景，近年来这方面已经有大量文献报道[17-19]。
a-SiC:H薄膜的光学带隙可以通过组分调制。
随着薄膜中C含量的增加，a-SiC:H带隙可以从 1.8eV连续拓展到 3.0eV，能带宽度正好覆盖了可见光的光谱范围。
a-SiC:H薄膜PECVD制备方法简单，成本较低，与硅平面工艺兼容，便于发光器件和驱动器件集成，使a-SiC:H薄膜材料可以应用于光电子、光纤通讯等硅基发光器件。
此外a-SiC:H薄膜可以大面积制备，薄膜的均匀性较好，且具有良好的光学、热学、力学和电学性质。
1977年，Anderson等人[20]首次报道了利用PECVD制备a-SiC:H薄膜，之后很多研究小组对该薄膜材料的制备方法、特性及应用作了大量研究。
薄膜电池的窗口材料要求其光学带隙宽、电导率高，以增强光的透过率，增加内建电势和减小串联电阻。
而a-SiC:H薄膜正好满足以上要求，近年来常被用做硅太阳能电池的窗口材料[21]。
利用非晶硅碳薄膜优良的电致发光特性制作的非晶硅碳薄膜发光二极管(a-SiC:H TFLED)[22]。
利用其宽带隙特点，制作的光电探测器对红外辐射无响应，能应用于红外背景下紫外光的探测[23]。
目前，对a-SiC:H薄膜的研究取得了很大进展，但仍有一些问题尚待解决。
例如，Si 衬底和薄膜间的晶格失配，造成缺陷密度较大；a-SiC:H薄膜的生长和成核机制缺少系统的研究，难以对其膜层质量进行有效控制；a-SiC:H薄膜的晶格结构无序且含有氢，导致制备的器件性能不稳定，引起发光二极管发光效率下降和太阳能电池的转换效率降低等。
2.3非晶硅锗薄膜a-SiGe:H锗是一种带隙在0.66eV的窄带隙半导体材料，它独自成膜很困难，所以在太阳电池方面很少应用。
但是它与硅构成的薄膜合金材料，却有着大幅度向窄带隙方向调制的作用。
Si、Ge及其Si1-x Ge x合金材料均为金刚石晶体结构，室温下Si、Ge 的晶格常数分别为0.5431nm、0.5658nm，相差 4.2%。
由于Si、Ge 性质的相近，它们可以形成无限固溶体Si1-x Ge x合金，组分x可以在0-1 之间取任意值[24,25]。
硅锗材料具有比硅材料更好的优势：第一吸收效率高，因为锗的吸收系数比硅要高1-2个数量级；第二吸收光谱的范围广[26]，更加充分地利用太阳光谱[27]，通过改变Si1-x Ge x合金中锗的含量x，可使Si1-x Ge x合金的禁带宽度在0.67-1.75eV 范围内之间调节，由于非晶硅的带隙宽度约为1.12~1.75eV，如果把非晶硅与非晶硅锗合金结合在一起，可以实现禁带宽度在变化，从而制备出具有高转换效率的太阳能电池材料。
现阶段在太阳能电池领域硅锗材料的研究主要集中在非晶硅锗材料。
硅锗材料在太阳能电池中的应用研究已经受到了许多研究单位的重视，尤其是非晶硅锗材料在非晶硅/非晶硅锗叠层太阳能电池上的应用已经非常成熟，美国的Toledo大学研制的此种太阳能电池效率已达12.9％[28]。
美国的uni-solar公司在2008年制备的a-Si:H/a-SiGe:H/nc-Si:H电池的初始转换效率达到了15.4%[29]。
然而研究中发现，随着薄膜中Ge含量的逐渐增加，硅锗薄膜材料带隙变窄，晶格的失配导致缺陷态密度的增加，使得微晶硅锗薄膜的光电特性恶化，导致PN结的反向饱和电流增大，开路电压降低。
影响了硅锗薄膜电池效率的提高[30,31]。
3 a-Si:H薄膜制备方法氢化非晶硅薄膜的成分、结构及性能会受到很多因素的影响，特别是在制备过程中与制备技术和工艺参数密不可分。
从某种程度上来说，使用何种方法和沉积工艺制备氢化非晶硅薄膜，决定了薄膜的最终结构和性能。
当前，制备氢化非晶硅薄膜的主要方法有：物理气相沉积法（PVD），化学气相沉积法（CVD）。
而其中PVD法基本上指溅射法，CVD法有热丝化学气相沉积法（HW-CVD）、微波等离子电子回旋共振化学气相沉积法（MWECR-CVD）、等离子增强化学气相沉积法（PECVD）等。
(1)热丝化学气相沉积(Hot-wired CVD)在该方法中，沉积气体首先被加热到上千度的热丝所分解，然后在没有等离子体参与的情况下在低温衬底上沉积薄膜。
与PECVD相比，HWCVD的沉积不需要等离子体，是依靠分解硅烷来实现的。
