非晶硅薄膜太阳能电池材料PECVD关键技术研究

【摘要】： 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是制备非晶硅太阳能电池a-Si:H薄膜材料应用最广泛的技术。非晶硅材料在可见光内有较高的吸收系数,原材料来源广泛,可实现低成本的大面积薄膜沉积,使之具有有广阔的应用前景。然而沉积高质量的非晶硅薄膜材料对PECVD设备技术性能要求很高,其中关键技术包括系统的反应室内电场、温度场、气流场以及辅助磁场的分布。 本文采用计算机数值模拟的方法对PECVD的关键技术逐项做了分析,首先建立平板电极模型,研究了电源频率,接入点及电极尺寸对电场分布的影响;然后对整体加热和基片底座加热两种温度场及“极板喷淋”和“穿堂风”两种进气方式的气流分布模拟计算; 结果表明射频电源频率越高,电极面积越大电场非均匀性也越大; 整体加热基片表面温度很均匀,基片座加热方式在边缘处温度有所下降。“极板喷淋”布气方式,中心处压力高,边缘处压力低;气体流速则是中心处流速小,边缘流速大。随着进气流量的增加基片表面压力分布和气流速度的不均匀性呈线性增加;“穿堂风”进气方式,电极板区间压力梯度从进气口指向出气口线性减小,气流速度整体较均匀波动小。 对辅助PECVD的均匀磁场和磁镜场模拟分析,优化设计了螺线管的缠绕方式,得到了均匀磁场。并讨论了磁镜场磁镜比的调节方式,获得了这两种磁场分布规律。 通过各场量分布特性的研究,提出PECVD主要设计方案:室壁整体加热,选用13.56MHz射频电源,加装无侧边屏蔽罩的极板喷淋进气方式,极板间距40mm左右,能够获得较好的综合性能参数。 其研究结果为制备a-Si:H薄膜材料的PECVD技术应用提供了理论依据。 【关键词】：PECVD a-Si:H薄膜 电场 热流场 辅助磁场
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致谢8-14
• 第一章 绪论14-17
• 1.1 引言14-15
• 1.2 本课题来源、目的及研究的主要内容15-16
• 1.3 国内外的研究现状16
• 1.4 本课题的意义16-17
• 第二章 非晶硅薄膜电池的原理及制备流程17-24
• 2.1 非晶硅太阳能电池及其薄膜材料结构17-19
• 2.1.1 非晶硅薄膜材料结构17
• 2.1.2 非晶硅太阳能电池结构17-19
• 2.2 非晶硅太阳能电池工作原理19-21
• 2.2.1 太阳能电池能量转换过程19
• 2.2.2 非晶硅太阳能电池特性19-21
• 2.3 非晶硅太阳能电池的制备流程21-23
• 2.4 小结23-24
• 第三章 等离子体特性及PECVD 设备系统概述24-32
• 3.1 等离子体的性质及特征量24-26
• 3.2 射频 PECVD 工作原理26-29
• 3.2.1 射频电容耦合产生等离子体26-28
• 3.2.2 PECVD 成膜机理28-29
• 3.3 PECVD 系统结构29-30
• 3.4 小结30-32
• 第四章 PECVD 平板电极电场的模拟计算32-45
• 4.1 电极电场模拟求解方法32-33
• 4.2 PECVD 直流辉光放电电场分布33-38
• 4.2.1 气体放电伏安特性曲线33-34
• 4.2.2 帕邢定律和着火电压的确定34-36
• 4.2.3 平板电极间静电场分布36-38
• 4.3 PECVD 射频辉光放电电场分布38-44
• 4.3.1 电源接入点对平板电极电场影响39-41
• 4.3.2 电源频率对平板电极电场影响41
• 4.3.3 平板电极尺寸对电场影响41-42
• 4.3.4 平板电极外形结构对电场影响42-44
• 4.4 小结44-45
• 第五章 PECVD 反应室内部传热及流态分析45-61
• 5.1 PECVD 反应室温度场的分析45-50
• 5.1.1 传热及模型的建立45-48
• 5.1.2 加热方式对温度场分布的影响48-49
• 5.1.3 进气方式对温度场分布影响49-50
• 5.2 PECVD 反应室气流分布的分析50-60
• 5.2.1 气流分布模型的建立50-51
• 5.2.2 “极板喷淋式”进气方式气体流态分析51-56
• 5.2.2.1 进气流量对基片表面压力及气体流速的影响53-54
• 5.2.2.2 极板间距对基片表面压力及气体流速的影响54-56
• 5.2.3 “穿堂风”式进气方式气体流态分析56-60
• 5.2.3.1 进气流量对基片表面压力及气体流速的影响57-59
• 5.2.3.2 极板间距对基片表面压力及气体流速的影响59-60
• 5.3 小结60-61
• 第六章 辅助PECVD 磁场模拟计算与分析61-70
• 6.1 磁场辅助 PECVD 原理61-62
• 6.2 均匀辅助磁场结构设计及数值分析62-66
• 6.2.1 确定 PECVD 辅助磁场强度62-63
• 6.2.2 PECVD 辅助磁场优化及模拟分析63-66
• 6.2.3 均匀辅助磁场系统结构参数确定66
• 6.3 磁镜场在PECVD 中的应用及磁场分析66-69
• 6.3.1 磁镜线圈间距对磁镜比的影响67-68
• 6.3.2 线圈通过电流对磁镜比的影响68-69
• 6.4 小结69-70
• 第七章 结论与展望70-72
• 7.1 结论70
• 7.2 展望70-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间发表的论文76-77

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