engleski

Influence of thermal treatment on structural and optical properties of amorphous-nanocrystalline silicon thin films

Hidrogenizirani amorfno-nano-kristalinični Si, a- nc-Si:H, je obećavajući materijal za vi- soko efikasne solarne ćelije. Da bi provjerili stabilnost ovakvog materijala i ispitali mogućnosti naknadnog tretmana, uzorci su nakon formiranja izloženi termičkom tretmanu u trajanju od jednog sata na temperaturama 200, 300 i 400 oC. Uzorci su napravljeni na staklenoj podlozi koristeći radio-frekventni izboj u smjesi silana i vodika u omjeru 1:20. Strukturne osobine tek napravljenih i tretiranih filmova su mjerene elektronskim mikroskopom visoke rezolucije (HRTEM), raspšenjem x-zraka pod malim ili velikim kutem a uz mali upadni kut (GISAXS, GIWAXS) i Ramanovom spektroskopijom. HRTEM mikrografije su pokazale da inicijalni filmovi sadrže izolirane nano-kristale sa log-normalnom distribucijom individualnih veličina i srednjom veličinom između 5 i 8 nano metara. Udio kristalne faze ocijenjen na temelju Ramanove spektroskopije je iznosio između 0.2 i 0.4, ovisno o parametrima priprave. Transverzalni optički (TO) maksimum nano-kristala u Ramanovim spektrima tek napravljenih filmova se nalazio na nižim frekvencijama nego kod mono-kristalnog silicija. Poslije termičkog tretmana, ovaj maksimum se pomicao prema još nižim frekvencijama. GISAXS spektri su pokazivali prisustvo čestica veličina sličnih onima viđenim elektron- skom mikroskopijom. Analiza difrakcijskih linija u GIWAXS spektrima je pokazala da veličine nano-kristala odgovaraju onima očekivanim na temelju mikroskopskih snimaka i da u uzor- cima postoje deformacije kao posljedica naprezanja. Nakon termičkog tretmana, kritični kut za totalnu vanjsku refleksiju, mjeren GISAXS-om, se postepeno povećavao porastom tem- perature tretmana, indicirajući povećanje gustoće materijala. Istovremeno, linije u GIWAXS spektrima su se proširile što se može pripisati povećanju naprezanja u materijalu. Optička svojstva filmova su određena iz mjerenja transmisije i refleksije svjetla u vidljivom dijelu spektra. Inicijalni optički procijep a-nc- Si:H je bio veći od amorfnog i kistaliničnog Si što može biti posljedica „kvantnih ograničenja zbog veličine“ („quantum size effects“) i/ili povećane koncentracije veza Si-H u amorfnoj matrici. Kao posljedica termičkog tretmana, optički procijep se smanjuje, apsorpcija za energije fotona iznad optičkog procijepa opada a ona ispod njega raste. Opažene promijene u optičkim i strukturnim svojstvima se mogu pripisati smanjenju kon- centracije vodika u sloju i njegovoj preraspodjeli u filmu.

amorphous-nanocrystalline silicon; thin films; thermal trearment

nije evidentirano