返回列表

拉曼光譜：精準量化微晶硅薄膜晶化率

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、長波敏感性較強、可低溫大面積沉積、原材料消耗少以及能在各種廉價襯底材料上制備的優(yōu)點，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。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，是評價結(jié)晶硅薄膜晶化效果的一項重要指標。在行業(yè)內(nèi)通常使用拉曼光譜分析法評估微晶硅薄膜的晶化率[1,2]。

實驗與結(jié)果分析

晶體硅排列有序，鍵角和鍵長高度一致，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（峰強或峰面積）可以實現(xiàn)硅晶化率的分析，晶化率計算公式如下：

其中和表示在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480cm^-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，拉曼光譜實測數(shù)據(jù)及多峰擬合結(jié)果如圖1所示?？梢杂^測到拉曼峰位在310cm^-1附近的類縱聲學模（類TA 模）特征峰，在480 cm-1附近的類橫光學模（類TO模）分解為峰位在470 cm^-1附近（Prim TO）和在490 cm^-1處（Seco TO）兩個特征峰。對于出現(xiàn)晶態(tài)硅特征峰的樣品對應于峰位在510cm^-1附近的晶粒間界拉曼散射成分（GB）特征峰[3]。