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)化生產并且具有更高的效率，硅異質結太陽能電池開始使用微晶硅薄膜替代非晶硅層。升級后的硅異質結太陽能電池的光電轉換效率與微晶硅薄膜的結晶度密切相關。其中，結晶率指晶態(tài)硅與晶界占非晶態(tài)、晶態(tài)、晶界總和的質量百分比或體積百分比，是評價結晶硅薄膜晶化效果的一項重要指標。在行業(yè)內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，無定形硅結構相對無序，拉曼峰形展寬位于480cm^-1附近。采用兩種結構的拉曼特征峰值（峰強或峰面積）可以實現硅晶化率的分析，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480 cm^-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，拉曼光譜實測數據及多峰擬合結果如圖1所示。可以觀測到拉曼峰位在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]

卓立漢光自主開發(fā)了晶化率自動計算軟件，可以實現自動分峰擬合和晶化率計算，軟件操作簡單，易于使用，晶化率擬合結果如圖2所示，自動計算結果可知晶化率為33.52%.

圖2 采用自主研制軟件擬合結果

拉曼光譜技術可以無損分析微晶硅薄膜晶化率，在晶硅（晶體硅）與無定型硅（非晶硅）的定量鑒別及晶化率評估中展現出優(yōu)異性能，通過解析特征峰的強度或面積，直接計算得出材料的晶化率，為材料性能評估提供了實驗依據。

參考文獻

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