硅納米線太陽電池的生長機理研究與原位退火表征.pdf

1、徑向PN結（Radial Junction）結構已經被證明為新一代的高性能太陽能薄膜電池的設計，而對硅納米線（SiNWs）有效結構和形態(tài)的控制，對于推動這種一維結構的新一代光電器件的使用非常關鍵。本研究主要研究了硅納米線在較低溫度下，利用等離子體增強化學氣相沉積法（PECVD）在較低溫度下生長硅納米線，制備了不同的生長時期的硅納米線的樣品，利用透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）表征，觀察不同生長階段獨特的結構和形態(tài)特征，

2、進而對硅納米線的生長機理進行研究。主要有以下內容：
　?。?）對不同生長時間的硅納米線樣品進行SEM表征，觀察到硅納米線從Sn液滴開始，到生長為成熟硅納米線的形貌變化，并對彎曲扭折等現象進行分析。從 Sn液滴吸收硅原子開始，液滴不斷長大至硅原子過飽和析出，約1min后硅納米線生長迅速，生長至30min的硅納米線，其長度可達2000nm，此時納米線呈錐形形貌。在生長90min的硅納米線中，其長度可達4000nm，而頂底部差距減小。對

3、于硅納米線生長過程的現象解釋依賴于進一步的結構觀測，從而揭示硅納米線的生長機理。
　?。?）對不同生長時間的硅納米線樣品進行TEM表征，觀察硅納米線在生長過程中的晶體結構和晶相等變化，發(fā)現硅納米線的生長分為三個階段。在階段一中（0至30min），硅納米線頂部的Sn液滴與側面的Sn薄層同時存在，硅納米線的軸向生長迅速，未見明顯徑向生長。另外，階段一中出現罕見的六方結構的晶硅。階段二中（生長30至90min），頂部的Sn液滴逐漸耗盡，

4、側面Sn薄層仍存在，促進軸向與徑向的生長。此階段硅納米線由單晶硅芯和多晶硅內殼組成。階段三中，生長時間超過90min，Sn完全耗盡，暴露在等離子氣氛中的納米線上繼續(xù)沉積非晶硅a-Si:H。此階段中，硅納米線具有芯-內殼-外殼的結構，分別為單晶硅芯，多晶硅內殼，非晶硅外殼。
　?。?）原位退火實驗用于驗證生長初期的硅納米線的穩(wěn)定性。生長初期的硅納米線中的六方晶硅在700℃退火下很快熔化。在生長90min的納米線上利用高度聚焦的電子束