a-Si薄膜的激光表面晶化行为研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 崔连武 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2009-05-20 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 闻立时 |
| 关键词 | a-Si薄膜 准分子激光 表面晶化 数值模拟 温度场 |
| 其他题名 | Surface Crystallization Behavior of a-Si Thin Films Induced by Lasers |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 作为目前最具有发展前景的硅基薄膜太阳电池，具有原材料取之不尽、绿色环保以及成本低廉等优点，因此得到广泛的研究与应用。然而光电转换效率较低、稳定性不好一直是制约硅基薄膜电池发展的瓶颈。本论文主要利用激光表面晶化的方法，在a-Si薄膜表面上制备一层μc-Si层，并以此作为薄膜电池的本征吸收层，进而达到提高电池转换效率和稳定性的目的。晶化层的微观结构对性能起决定性作用，因此，本文通过研究不同准分子激光对a-Si薄膜的表面晶化行为，并对温度场进行数值模拟，从而建立激光工艺参数与晶化层微观结构的关系，为激光表面晶化法制备μc-Si /a-Si复合薄膜提供实验依据。同时，也为研究制备稳定高效的第三代薄膜太阳电池打下理论基础。 本文分别研究了KrF和ArF准分子激光对a-Si薄膜的表面晶化行为，包括a-Si薄膜的表面晶化阈值、激光能量密度及照射脉冲数对薄膜结晶度的影响、晶化后的薄膜表面形貌及晶化层延深度的分布等。通过实验发现：a-Si薄膜的表面晶化阈值约为110mJ/cm2，并且不受照射脉冲数的影响；激光能量密度是影响薄膜结晶度的主要因素，随激光能量密度升高，薄膜表面结晶度增大；通过多脉冲照射也可以提高薄膜的结晶度，尤其在激光能量密度较低时，但随着激光能量密度升高，作用的效果变得不明显；晶化层的表面SEM和TEM表征结果显示，随着激光能量密度升高，薄膜表面结晶程度提高，晶化层中微晶晶粒尺寸变大，但当能量密度高于一定值时，晶粒均匀性变差，并且表面有大颗粒出现，薄膜质量变差；对ArF激光晶化的薄膜进行截面TEM表征发现，随激光能量密度升高，晶化层的深度加大，并且呈抛物线规律递增。对比研究表明，相同条件下，KrF准分子激光晶化时薄膜结晶度更高、晶化层深度更深；而采用ArF激光晶化时，微晶层的晶粒更加均匀，薄膜表面质量更好。因此，采用KrF准分子激光进行晶化时，较佳的激光能量密度范围是110~150mJ/cm2；而采用ArF准分子激光时，较佳的激光能量密度范围是120~180mJ/cm2。 通过建立数学模拟对激光晶化a-Si薄膜的温度场进行了数值模拟计算，主要研究了激光波长、能量密度和衬底温度等对薄膜温度场的影响。计算结果显示：随着激光波长和脉宽的增加，薄膜的表面熔化阈值增大，在脉宽一定时，采用波长为300~350nm之间的激光照射时薄膜表面熔化阈值最低；薄膜表面熔化时间、熔化层深度和表面最高温度都随激光能量密度的升高而增大，并且相同条件下，KrF (248nm) 激光比ArF (193nm) 激光的作用效果更加明显；衬底温度主要影响薄膜表层熔化的时间，即提高衬底温度可以显著的增加薄膜表面熔化时间，而对于薄膜熔化深度和表面温度的影响次之。通过将计算结果与本文及他人实验结果进行对比，验证了模型的准确性与适用性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 95 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17246]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 崔连武. a-Si薄膜的激光表面晶化行为研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。