南开大学光电子薄膜器件与技术研究所 光电信息技术科学教育部重点实验室 光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室 ■ 张晓丹 赵颖 熊绍珍

下面分别对a-SiC:H、a-SiO:H和a-SiGe:H三种合金材料进行介绍。

(1)非晶硅碳(a-SiC:H)合金

硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)和甲烷(CH4)或乙烯(C2H4)等气源在等离子放电环境中，将发生化学反应生成非晶硅碳合金(a-SiC:H)。它主要通过掺杂获得p型的a-SiC:H，用作硅基薄膜叠层太阳电池的顶电池窗口层。根据使用气源性质的不同，在相同沉积条件下获得膜中的C含量与在气体中的含C气源流量比并不相同，反映了含C气源分解反应的难易程度。图26为不同硅基合金(a-SiGe:H、a-Si:H和a-SiC:H)吸收系数的比较[31]。由图26可看出，a-SiGe:H合金的吸收系数远大于a-Si:H薄膜，更大于a-SiC:H薄膜。其根源在于它们带隙的差异。调节Ge、C与Si的成分比，a-SiGe:H合金带隙可调节到1.2eV以下，而a-SiC:H的带隙可在2.0eV以上。

窗口层p-a-SiC:H的带隙和掺杂导电特性最值得关注。图27为沉积温度250℃时带隙随膜中含C增加而增长的情况[8]。C组分在20%以下时，带隙随C含量呈线性增长，随后则迅速增长。此外需要关注的是：① 在以CH4反应生成SiC:H合金薄膜的过程中，功率越高，CH4分解越充分，掺C越多会生成多种CHx。由FTIR谱检测到2920cm−1的CH2和2950cm−1的CH3峰，它们的存在使带尾展宽的同时，缺陷态也相应增多(见图27右上插图)，材料光电特性变差。② H稀释率的不足或沉积条件未优化，会增高薄膜材料的微结构因子，缺陷态增多、无序度加剧也会影响掺杂效率，不利于电导的提高。掺杂浓度(DC-doping concentration)对电导和带隙影响如图28所示[32]。从图28可以看出，在低温(125℃)、低功率(20mW/cm2)、低甲烷流量比(以[CH4]标记)时引入的缺陷态较少，掺B窄化带隙的作用减弱。……