基于FeSi2薄膜的异质结的制备与特性研究

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在过渡金属硅化物中,环境友好型半导体FeSi2薄膜具有0.80eV-0.89eV的窄带隙,在波长1.5m附近具有发光和光响应特性,且光吸收系数为105cm-1数量级,具有良好的光电特性。论文用磁控溅射法制备a-Si/-FeSi2/c-Si、a-FeSi2/c-Si、a-Si/a-FeSi2和ZnO:Al/a-FeSi2异质结。对FeSi2薄膜的结构、表面形貌、光学和电学特性以及FeSi2异质结的电学和光伏特性进行测试,研究结果表明:在织构Si(100)衬底上制备的a-Si/-FeSi2/c-Si双异质结和-FeSi2/c-Si异质结均具有二极管整流特性,暗I–V特性整流比分别为66.3和46.3。a-Si/-FeSi2/c-Si双异质结的光伏特性为开路电压0.26V、短路电流密度2.90mA/cm2、填充因子0.356、光电转换效率0.268%,其光电转换效率比-FeSi2/c-Si异质结提高59.7%。a-Si/-FeSi2/c-Si双异质结光伏特性的提高得益于新增的a-Si薄膜结构对异质结内建电场分布区域的扩展和内建电势值的提高,从而提高异质结对光生载流子的收集效率。对a-Si/-FeSi2/c-Si双异质结中的-FeSi2薄膜进行Al、B、P掺杂,杂质掺杂不影响-FeSi2结晶结构的生成。掺杂原子可填补-FeSi2薄膜的本征Si空位,减少-FeSi2薄膜的缺陷态密度和光生载流子的复合,提高-FeSi2薄膜的红外光响应特性。通过优化掺杂工艺参数可使基于Al、B、P掺杂-FeSi2的双异质结的转换效率分别达到未掺杂-FeSi2双异质结的3.39倍、1.98倍和3.04倍。用共溅射法在单晶硅、普通玻璃和不锈钢片衬底上制备的FeSi2薄膜,在未进行溅射过程衬底加热和后续退火处理的条件下具有非晶态结构。在此基础上制备的a-FeSi2/c-Si、 a-Si/a-FeSi2和ZnO:Al/a-FeSi2异质结均具有二极管整流特性,其中a-FeSi2/c-Si异质结具有整流比37.6、并联电阻458.6cm2和二极管理想因子2.07,其整流特性优于其它a-FeSi2异质结。综上所述,a-Si/-FeSi2/c-Si双异质结结构可提高异质结的内建电场分布和内建电势值,通过对-FeSi2吸收层进行III-V族元素掺杂可减少-FeSi2的缺陷态密度,提高-FeSi2双异质结的光伏特性。a-FeSi2异质结则可实现异质结的低温制备。
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