非晶硅薄膜太陽能電池材料PECVD關鍵技術研究

【摘要】： 等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)是制備非晶硅太陽能電池a-Si:H薄膜材料應用最廣泛的技術。非晶硅材料在可見光內有較高的吸收系數(shù),原材料來源廣泛,可實現(xiàn)低成本的大面積薄膜沉積,使之具有有廣闊的應用前景。然而沉積高質量的非晶硅薄膜材料對PECVD設備技術性能要求很高,其中關鍵技術包括系統(tǒng)的反應室內電場、溫度場、氣流場以及輔助磁場的分布。 本文采用計算機數(shù)值模擬的方法對PECVD的關鍵技術逐項做了分析,首先建立平板電極模型,研究了電源頻率,接入點及電極尺寸對電場分布的影響;然后對整體加熱和基片底座加熱兩種溫度場及“極板噴淋”和“穿堂風”兩種進氣方式的氣流分布模擬計算; 結果表明射頻電源頻率越高,電極面積越大電場非均勻性也越大; 整體加熱基片表面溫度很均勻,基片座加熱方式在邊緣處溫度有所下降?！皹O板噴淋”布氣方式,中心處壓力高,邊緣處壓力低;氣體流速則是中心處流速小,邊緣流速大。隨著進氣流量的增加基片表面壓力分布和氣流速度的不均勻性呈線性增加;“穿堂風”進氣方式,電極板區(qū)間壓力梯度從進氣口指向出氣口線性減小,氣流速度整體較均勻波動小。 對輔助PECVD的均勻磁場和磁鏡場模擬分析,優(yōu)化設計了螺線管的纏繞方式,得到了均勻磁場。并討論了磁鏡場磁鏡比的調節(jié)方式,獲得了這兩種磁場分布規(guī)律。 通過各場量分布特性的研究,提出PECVD主要設計方案:室壁整體加熱,選用13.56MHz射頻電源,加裝無側邊屏蔽罩的極板噴淋進氣方式,極板間距40mm左右,能夠獲得較好的綜合性能參數(shù)。 其研究結果為制備a-Si:H薄膜材料的PECVD技術應用提供了理論依據。 【關鍵詞】：PECVD a-Si:H薄膜 電場 熱流場 輔助磁場
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致謝8-14
• 第一章 緒論14-17
• 1.1 引言14-15
• 1.2 本課題來源、目的及研究的主要內容15-16
• 1.3 國內外的研究現(xiàn)狀16
• 1.4 本課題的意義16-17
• 第二章 非晶硅薄膜電池的原理及制備流程17-24
• 2.1 非晶硅太陽能電池及其薄膜材料結構17-19
• 2.1.1 非晶硅薄膜材料結構17
• 2.1.2 非晶硅太陽能電池結構17-19
• 2.2 非晶硅太陽能電池工作原理19-21
• 2.2.1 太陽能電池能量轉換過程19
• 2.2.2 非晶硅太陽能電池特性19-21
• 2.3 非晶硅太陽能電池的制備流程21-23
• 2.4 小結23-24
• 第三章 等離子體特性及PECVD 設備系統(tǒng)概述24-32
• 3.1 等離子體的性質及特征量24-26
• 3.2 射頻 PECVD 工作原理26-29
• 3.2.1 射頻電容耦合產生等離子體26-28
• 3.2.2 PECVD 成膜機理28-29
• 3.3 PECVD 系統(tǒng)結構29-30
• 3.4 小結30-32
• 第四章 PECVD 平板電極電場的模擬計算32-45
• 4.1 電極電場模擬求解方法32-33
• 4.2 PECVD 直流輝光放電電場分布33-38
• 4.2.1 氣體放電伏安特性曲線33-34
• 4.2.2 帕邢定律和著火電壓的確定34-36
• 4.2.3 平板電極間靜電場分布36-38
• 4.3 PECVD 射頻輝光放電電場分布38-44
• 4.3.1 電源接入點對平板電極電場影響39-41
• 4.3.2 電源頻率對平板電極電場影響41
• 4.3.3 平板電極尺寸對電場影響41-42
• 4.3.4 平板電極外形結構對電場影響42-44
• 4.4 小結44-45
• 第五章 PECVD 反應室內部傳熱及流態(tài)分析45-61
• 5.1 PECVD 反應室溫度場的分析45-50
• 5.1.1 傳熱及模型的建立45-48
• 5.1.2 加熱方式對溫度場分布的影響48-49
• 5.1.3 進氣方式對溫度場分布影響49-50
• 5.2 PECVD 反應室氣流分布的分析50-60
• 5.2.1 氣流分布模型的建立50-51
• 5.2.2 “極板噴淋式”進氣方式氣體流態(tài)分析51-56
• 5.2.2.1 進氣流量對基片表面壓力及氣體流速的影響53-54
• 5.2.2.2 極板間距對基片表面壓力及氣體流速的影響54-56
• 5.2.3 “穿堂風”式進氣方式氣體流態(tài)分析56-60
• 5.2.3.1 進氣流量對基片表面壓力及氣體流速的影響57-59
• 5.2.3.2 極板間距對基片表面壓力及氣體流速的影響59-60
• 5.3 小結60-61
• 第六章 輔助PECVD 磁場模擬計算與分析61-70
• 6.1 磁場輔助 PECVD 原理61-62
• 6.2 均勻輔助磁場結構設計及數(shù)值分析62-66
• 6.2.1 確定 PECVD 輔助磁場強度62-63
• 6.2.2 PECVD 輔助磁場優(yōu)化及模擬分析63-66
• 6.2.3 均勻輔助磁場系統(tǒng)結構參數(shù)確定66
• 6.3 磁鏡場在PECVD 中的應用及磁場分析66-69
• 6.3.1 磁鏡線圈間距對磁鏡比的影響67-68
• 6.3.2 線圈通過電流對磁鏡比的影響68-69
• 6.4 小結69-70
• 第七章 結論與展望70-72
• 7.1 結論70
• 7.2 展望70-72
• 參考文獻72-76
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文76-77

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