非晶硅结构及性质.ppt

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1、非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜材料的结构特点非晶硅薄膜材料的结构特点 晶体硅通常呈正四面体排列，每一晶体硅通常呈正四面体排列，每一个硅原子位于正四面体的顶点，并个硅原子位于正四面体的顶点，并与另外四个硅原子以共价键紧密结与另外四个硅原子以共价键紧密结合。这种结构可以延展得非常庞大，合。这种结构可以延展得非常庞大，从而形成稳定的晶格结构从而形成稳定的晶格结构-长程长程有序性有序性 非晶硅薄膜材料的结构特点非晶硅薄膜材料的结构特点 非晶硅中原子的分布不完全是遵从非晶硅中原子的分布不完全是遵从着正四面体的规律，即非晶硅中原着正四面体的规律，即非晶硅中原子的分布子的分布基本上基本上是正四面体的形式，是

2、正四面体的形式，但是却发生了变形，即产生出了许但是却发生了变形，即产生出了许多缺陷多缺陷出现大量的悬挂键和空洞出现大量的悬挂键和空洞等，如图所示。非晶硅的密度约低等，如图所示。非晶硅的密度约低于单晶硅于单晶硅短程有序短程有序。非晶硅薄膜材料的结构特点非晶硅薄膜材料的结构特点 非晶硅中的悬空键可以被氢所填充，非晶硅中的悬空键可以被氢所填充，经氢化之后，非晶硅的悬空键密度经氢化之后，非晶硅的悬空键密度会显著减小。研究表明，会显著减小。研究表明，H H在在a-a-Si:HSi:H中是以中是以SiHSiH键、键、(SiHHSi)(SiHHSi)n n、分、分子氢子氢(H(H2 2)等多种键合方式存在，

3、只等多种键合方式存在，只有有SiHSiH才能饱和才能饱和SiSi悬挂键，减少禁悬挂键，减少禁带中的悬空键密度。带中的悬空键密度。非晶硅薄膜材料的能带价电子能态也可分为导带、价电子能态也可分为导带、价带和禁带，但导带与价价带和禁带，但导带与价带都带有伸向禁带的带尾带都带有伸向禁带的带尾态。带尾态与键长和键角态。带尾态与键长和键角的随机变化有关，导带底的随机变化有关，导带底和价带顶被模糊的迁移边和价带顶被模糊的迁移边取代，扩展态与局域态在取代，扩展态与局域态在迁移边是连续变化的，高迁移边是连续变化的，高密度的悬挂键在隙带中引密度的悬挂键在隙带中引进高密度的局域态。进高密度的局域态。非晶硅薄膜材料的

4、能带通常隙态密度高于通常隙态密度高于10101616/cm/cm3 3，过剩载流子通过隙态进行，过剩载流子通过隙态进行复合，所以通常非晶材料的光电导很低，掺杂对费米能复合，所以通常非晶材料的光电导很低，掺杂对费米能级位置的调节作用也很小，这种级位置的调节作用也很小，这种a-Sia-Si材料没有应用价值。材料没有应用价值。氢化非晶硅氢化非晶硅(a-Si:H)(a-Si:H)材料中大部分的悬挂键被氢原子补材料中大部分的悬挂键被氢原子补偿，形成偿，形成Si-HSi-H键，可以使隙态密度降至键，可以使隙态密度降至10101616cmcm3 3以下，以下，这样的材料才表现出良好的电学性能。这样的材料才表

5、现出良好的电学性能。非晶硅薄膜材料的能带在在a-Si:H中氢的键入引起的能带结构变化主要使中氢的键入引起的能带结构变化主要使带隙态密度带隙态密度降低降低和和使价带顶下移使价带顶下移，从而使其带隙加宽，因为，从而使其带隙加宽，因为Si-H键的键键的键合能要大于合能要大于Si-Si键。这些键。这些Si-Hx（x=1,2）键在价带中形成了）键在价带中形成了一些特征结构，已为紫外光电子发射谱观测所证实。而同时一些特征结构，已为紫外光电子发射谱观测所证实。而同时导带底的上移要小得多导带底的上移要小得多。实验上发现，。实验上发现，a-Si:H薄膜的光学带薄膜的光学带隙隙Eg(eV)与其氢含量与其氢含量CH

6、之间存在近似线性比例关系：之间存在近似线性比例关系：非晶硅薄膜材料的优点非晶硅薄膜材料的优点（1 1）生产耗能少。非晶硅电池的制作需要）生产耗能少。非晶硅电池的制作需要200200左右，耗能少，左右，耗能少，而制作晶体硅太阳能电池一般需要而制作晶体硅太阳能电池一般需要10001000以上的高温。以上的高温。（2 2）价格低。非晶硅具有较高的光吸收系数，特别是在）价格低。非晶硅具有较高的光吸收系数，特别是在m m的可的可见光波段，它的吸收系数比晶体硅要高出一个数量级。见光波段，它的吸收系数比晶体硅要高出一个数量级。（3 3）使用灵活。可以设计成各种形式，利用集成型结构，可获）使用灵活。可以设计成

7、各种形式，利用集成型结构，可获得更高的输出电压和光电转换效率。得更高的输出电压和光电转换效率。（4 4）适合工业化生产。非晶硅薄膜太阳能电池制作工艺简单，）适合工业化生产。非晶硅薄膜太阳能电池制作工艺简单，可连续、大面积、自动化大批量生产。可连续、大面积、自动化大批量生产。非晶硅薄膜材料的优点非晶硅薄膜材料的优点（5 5）方便建筑一体化。由于薄膜技术固有的灵活性，能够以多）方便建筑一体化。由于薄膜技术固有的灵活性，能够以多种方式嵌入屋顶和墙壁，将电池集成到建筑材料。种方式嵌入屋顶和墙壁，将电池集成到建筑材料。（6 6）基片种类不限，可以广泛地使用玻璃、铝、银、不锈钢、）基片种类不限，可以广泛地

8、使用玻璃、铝、银、不锈钢、塑料、多晶硅等膨胀系数差异较大的材料，并且便于形成大面积塑料、多晶硅等膨胀系数差异较大的材料，并且便于形成大面积薄膜。薄膜。（7 7）受温度影响小。晶体硅太阳能电池在高温环境下，其性能）受温度影响小。晶体硅太阳能电池在高温环境下，其性能会发生变化，而非晶硅薄膜太阳能电池由于温度系数相对较小，会发生变化，而非晶硅薄膜太阳能电池由于温度系数相对较小，不容易受到温度的影响。不容易受到温度的影响。（8 8）作为弱光电池，非晶硅薄膜太阳能电池还可以应用于计算）作为弱光电池，非晶硅薄膜太阳能电池还可以应用于计算器、手表等在荧光下工作的微耗电子产品。器、手表等在荧光下工作的微耗电子

9、产品。非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(光吸收光吸收)n紫外紫外-可见吸收光谱是物质中分子吸收可见吸收光谱是物质中分子吸收200-800nm200-800nm光谱区内的光而产生的。这种光谱区内的光而产生的。这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级跃迁分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级跃迁(原子或分子中原子或分子中的电子，总是处在某一种运动状态之中。每一种状态都具有一定的能量，属于的电子，总是处在某一种运动状态之中。每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。这些电子由于各种原因一定的能级。这些电子由于各种原因(如受光、热、电的激发如受光、热、电

10、的激发)而从一个能级转而从一个能级转到另一个能级，称为跃迁。到另一个能级，称为跃迁。)当这些电子吸收了外来辐射的能量就从一个能量较当这些电子吸收了外来辐射的能量就从一个能量较低的能级跃迁到一个能量较高的能级。因此，每一跃迁都对应着吸收一定的能低的能级跃迁到一个能量较高的能级。因此，每一跃迁都对应着吸收一定的能量辐射。具有不同分子结构的各种物质，有对电磁辐射量辐射。具有不同分子结构的各种物质，有对电磁辐射显示显示选择吸收的特性。选择吸收的特性。吸光光度法就是基于这种物质对电磁辐射的选择性吸收的特性而建立起来的，吸光光度法就是基于这种物质对电磁辐射的选择性吸收的特性而建立起来的，它属于分子吸收光谱

11、。它属于分子吸收光谱。n紫外紫外-可见分光光度计可用于物质的定量分析、结构分析可见分光光度计可用于物质的定量分析、结构分析非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(光吸收光吸收)非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(光吸收光吸收)本本征征吸吸收收区区（1 1区区）：由由电电子子吸吸收收能能量量大大于于光光学学带带隙隙的的光光子子从从价价带带内内部部向向导导带带内内部部跃跃迁迁而而产产生生的的吸吸收收。在在此此区区域域，a-Si:Ha-Si:H的的吸吸收收系系数数较较大大，通通常常在在10104 4cmcm-1-1以以上上，随随光光子子能能量量的的变变化化具具有有幂幂指指数数

12、特特征征。在在可可见见光光谱谱范范围围内内，a-Si:Ha-Si:H的的吸吸收收系系数数要要比比晶晶体体硅硅大大得得多多（高高1-21-2个个数数量量级级），而而太太阳阳能能电电池池主主要要是是将将可可见见光光部部分分的的光光能能(1.6eV(1.6eV-3.6eV)-3.6eV)转转化化成成电电能能，这这也也是是非非晶晶硅硅太阳能电池可取代晶体硅太阳能电池的重要原因之一。太阳能电池可取代晶体硅太阳能电池的重要原因之一。a-Si:Ha-Si:H的的吸吸收收系系数数a a随随光光子子能能量量hvhv的的变变化化关关系系在在吸吸收收边边附附近近遵循遵循TaucTauc规律规律 非晶硅薄膜材料的光学

13、特性非晶硅薄膜材料的光学特性(光吸收光吸收)带带尾尾吸吸收收区区（2区区）：这这个个区区域域的的吸吸收收对对应应电电子子从从价价带带边边扩扩展展态态到到导导带带尾尾态态的的跃跃迁迁，或或者者电电子子从从价价带带尾尾态态到到导导带带边边扩扩展展态态的的跃跃迁迁。在在此此区区域域，cmcm-1-1,与与 呈呈指指数数关关系系，所所以也称指数吸收区。以也称指数吸收区。非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(光吸收光吸收)次次带带吸吸收收区区（3 3区区）：通通常常位位于于近近红红外外区区的的低低能能吸吸收收，对对应应于于电电子子从从价价带带到到带带隙隙态态或或从从带带隙隙态态到到导导带带的

14、的跃跃迁迁。此此区区域域的的吸吸收收系系数数a a很很小小，又又称称为为非非本本征征吸吸收收，其其特特点点是是a a随随光光子子能能量量的的减减小小趋趋于于平平缓缓。在在C C区区，若若材材料料的的在在1cm1cm-1-1以以下下，则则表表征征该该材材料料具有很高的具有很高的质质量。量。非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(光吸收光吸收)非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(光致发光光致发光PL)n光致发光是半导体的一种发光现象，利用光照射到材光致发光是半导体的一种发光现象，利用光照射到材料表面，其电子吸收光子而跃迁到高能级，处于高能料表面，其电子吸收光子而跃迁到高能级

15、，处于高能级的电子不稳定，会回落到低能级，同时伴随着能级级的电子不稳定，会回落到低能级，同时伴随着能级差的能量以光辐射的形式发射出来。这个过程就是光差的能量以光辐射的形式发射出来。这个过程就是光致发光，即致发光，即PLPL。n主要检测电子结构，能带。主要检测电子结构，能带。在在波波长长为为488nm488nm和和514.5nm514.5nm的的氩氩离离子子激激光光或或其其他他能能量量大大于于带带隙隙的的光光子子激激发发下下，a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜会会发发射射出出较较强强的的荧荧光光，这这就就是是a-a-Si:HSi:H薄膜的光致发光或光荧光（薄膜的光致发光或光荧光（PLPL）。）。非

16、晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(光致发光光致发光PL)通通常常在在低低温温下下（77K77K），在在未未掺掺杂杂的的a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜的的光光荧荧光光谱谱中中可观测到一个峰值能量在可观测到一个峰值能量在eVeV的发光峰，其半高宽达的发光峰，其半高宽达0.3eV0.3eV；在在掺掺杂杂的的或或缺缺陷陷密密度度高高的的a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜中中，还还可可观观测测到到另另一一个个发光峰，峰值能量在发光峰，峰值能量在eVeV，其强度较弱，大约为前者的，其强度较弱，大约为前者的1%1%。非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(光致发光光致发光PL)非晶硅

17、光致发光过程中存在着辐射跃迁和非辐射跃迁的竞争非晶硅光致发光过程中存在着辐射跃迁和非辐射跃迁的竞争1.3eV1.3eV附附近近的的发发光光带带是是带带边边发发光光，来来自自热热弛弛豫豫到到导导带带带带尾尾态态和和价带带尾态的光生载流子之间的辐射复合；价带带尾态的光生载流子之间的辐射复合；0.9 0.9 eVeV附附近近的的发发光光带带是是由由于于俘俘获获到到悬悬键键上上的的光光生生电电子子和和弛弛豫豫到价带尾态的光生空穴之间的辐射复合。到价带尾态的光生空穴之间的辐射复合。非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(光致发光光致发光PL)如如果果改改变变激激光光波波长长，在在某某一一个个特

18、特定定的的固固定定波波长长下下探探测测光光荧荧光光强强度度随随激激发发波波长长的的变变化化，就就得得到到非非晶晶硅硅薄薄膜膜光光荧荧光光的的激激发（发（PLE）谱。光荧光的激发谱主要反应了材料的吸收特性。）谱。光荧光的激发谱主要反应了材料的吸收特性。值值得得一一提提的的是是，在在a-Si:H薄薄膜膜光光致致发发光光峰峰与与激激发发谱谱测测定定的的光光吸吸收收峰峰之之间间存存在在eV的的能能量量差差，即即存存在在明明显显的的斯斯托托克克斯斯位位移移。这这是是因因为为在在光光的的吸吸收收和和发发射射的的电电子子跃跃迁迁过过程程中中分分别别吸吸收收和发射了声子的缘故。和发射了声子的缘故。非晶硅薄膜材

19、料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(激发谱激发谱PLE)氢氢在在缓缓和和a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜网网络络结结构构和和内内应应力力，以以及及饱饱和和或或钝钝化化硅硅悬悬键键方方面面起起着着重重要要的的作作用用。在在a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜网网络络结结构构中中SiSi原原子子是是四四配配位位的的，它它的的最最近近邻邻原原子子可可以以是是SiSi原原子子，也也可可以以是是H H原原子子，可可能能形形成成SiHSiH1 1薄薄膜膜键键、SiHSiH2 2键键和和SiHSiH3 3键键。SiSi原原子子与与H H原原子子的的键键合合组组态态和和键键合合氢氢的的总总含量，可以用红外吸收谱

20、来测定。含量，可以用红外吸收谱来测定。非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(红外吸收谱红外吸收谱)红外吸收谱所揭示的固体原子局域振动模式可分成两类：红外吸收谱所揭示的固体原子局域振动模式可分成两类：一一类类是是成成键键原原子子之之间间相相对对位位移移的的振振动动模模式式，包包括括键键长长有有变变化化的的伸缩模和键角有变化的弯曲模。伸缩模和键角有变化的弯曲模。另另一一类类是是成成键键原原子子之之间间没没有有相相对对位位移移的的转转动动模模式式，如如摆摆动动模模、滚动模和扭动模，这三者的区别仅在于转轴的不同。滚动模和扭动模，这三者的区别仅在于转轴的不同。非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄

21、膜材料的光学特性(红外吸收谱红外吸收谱)a-Si:Ha-Si:H薄膜红外吸收谱光谱范围为薄膜红外吸收谱光谱范围为400-4000cm400-4000cm-1-1，属于中红外谱范围。，属于中红外谱范围。其中其中SiHSiH1 1键的伸缩模在键的伸缩模在2000cm2000cm-1-1处，弯曲模在处，弯曲模在640 cm640 cm-1-1处；处；SiHSiH2 2键键和和SiHSiH3 3键键的的伸伸缩缩模模分分别别蓝蓝移移到到2090cm2090cm-1-1和和2140cm2140cm-1-1处处，但但其其弯弯曲曲模模仍仍在在640cm640cm-1-1处。处。基基团团(SiH)(SiH)n

22、n、(SiH(SiH2 2)n n以以及及硅硅晶晶粒粒表表面面的的伸伸缩缩模模吸吸收收峰峰也也在在2100cm2100cm-1-1附附近近，因因而而不不易易与前两者相区分。与前两者相区分。此外，在此外，在830-920cm830-920cm-1-1还有还有SiHSiH2 2和和SiHSiH3 3的摆动模和滚动模等。的摆动模和滚动模等。a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜红红外外吸吸收收谱谱除除了了研研究究Si-HSi-H键键外外，还还可可以以用用来来表表征征SiSi与与其其他他杂杂质质，如如P P、B B、O O、N N等的键合特征。等的键合特征。非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(

23、红外吸收谱红外吸收谱)RamanRaman光光谱谱用用散散射射光光能能随随拉拉曼曼散散射射位位移移的的变变化化表表示示，通通过过峰峰的的位位置置、强强度度和和形形状状，反反映映功功能能团团或或化化学学键键的的特特征征振振动动频频率率，提提供供散散射分子的结构信息。射分子的结构信息。非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(拉曼拉曼Raman光谱光谱)拉拉曼曼光光谱谱通通常常用用激激光光作作为为光光源源，这这主主要要是是因因为为激激光光光光源源的的单单色色性性很很强强，所所激激发发的的拉拉曼曼谱谱线线是是相相关关光光源源，强强度度高高，光光束束截截面面积积小小，任任何何尺尺寸寸、形形状状

24、、透透明明度度的的样样品品，只只要要能能被被激激光光照照射射到到，就就可可以以直直接接用用来来测测量量，样样品品的的需需要要量量少少，可可以以获获得得拉拉曼曼谱谱线线宽宽度度和和精精细细结结构构的准确数值。的准确数值。固固体体的的状状态态（非非晶晶态态或或晶晶态态）和和结结构构（立立方方、四四方方等等）有有密密切切的的关关系系，不不同同结结构构的的固固体体有有不不同同的的晶晶格格振振动动能能量量谱谱，其其中中包包括括一一定定的的峰峰状状结结构构，因因此此，拉拉曼曼光光谱谱可可以以提提供供分分子子振振动动频频率率的的信信息息，对对材材料的拉曼光谱进行分析是了解材料分子结构的主要手段。料的拉曼光谱

25、进行分析是了解材料分子结构的主要手段。非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(拉曼拉曼Raman光谱光谱)各各种种材材料料都都有有自自己己的的特特征征谱谱线线，通通过过拉拉曼曼散散射射谱谱可可以以得得到到a-a-Si:HSi:H网格结构的相关信息。网格结构的相关信息。a-Si:Ha-Si:H的的一一级级拉拉曼曼散散射射谱谱主主要要在在100-600cm100-600cm-1-1，属属远远红红外外谱谱区区，在研究非晶硅原子振动性质方面，与红外吸收谱互为补充。在研究非晶硅原子振动性质方面，与红外吸收谱互为补充。非晶硅的一级拉曼散射谱中包含有多种被激活的振动模式，如非晶硅的一级拉曼散射谱中

26、包含有多种被激活的振动模式，如横光学（横光学（TOTO）模，峰位约在）模，峰位约在480cm480cm-1-1；纵光学（；纵光学（LOLO）模，峰位约在）模，峰位约在410cm410cm-1-1；纵声学（；纵声学（LALA）模，峰位约在）模，峰位约在310cm310cm-1-1；横声学（；横声学（TATA）模，峰）模，峰位约在位约在170cm170cm-1-1.非晶硅薄膜材料的光学特性非晶硅薄膜材料的光学特性(拉曼拉曼Raman光谱光谱)19771977年年，美美 国国 RCARCA实实 验验 室室 的的 D D L L StaeblerStaebler和和 C C R RWronskiWro

27、nski研研究究发发现现：a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜，经经长长时时间间光光照照后后，其其光光电电导导与与暗暗电电导导随随时时间间持持续续减减小小，并并趋趋向向于于饱饱和和，但但经经过过150150以以上上温温度度退退火火处处理理1-31-3小小时时后后，光光暗暗电电导导又又恢恢复复到到光光照照前前的的状状态态，这这种种可可逆逆的的光光致致亚亚稳稳变变化化效效应应称称为为Staebler-WronskiStaebler-Wronski效效应应，简简称称S-WS-W效应效应。非晶硅薄膜材料的光致亚稳特性非晶硅薄膜材料的光致亚稳特性 S-WS-W效效应应是是a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜的的

28、一一种种本本征征的的体体效效应应。光光照照在在a-a-Si:HSi:H薄薄膜膜材材料料中中产产生生了了亚亚稳稳悬悬键键缺缺陷陷态态，这这些些缺缺陷陷态态主主要要起起复复合合中中心心的的作作用用，从从而而导导致致了了a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜材材料料光光电电性性质质的的退退化化。光光致致亚亚稳稳变变化化除除光光暗暗电电导导衰衰退退外外，还还表表现现在在其其他他许许多多方方面面。如如载载流流子子扩扩散散长长度度减减小小，电电子子自自旋旋共共振振信信号号增增加加，费费米米能能级级向向带带隙中央移动，带尾态增加，器件结电容增加，等等。隙中央移动，带尾态增加，器件结电容增加，等等。非晶硅薄膜材料的

29、光致亚稳特性非晶硅薄膜材料的光致亚稳特性（1 1）Si-SiSi-Si弱键断裂模型弱键断裂模型 Si-SiSi-Si弱弱键键断断裂裂模模型型是是H HDerchDerch等等人人于于19811981年年基基于于ESRESR实实验验首首先先提提出出来来的的，后后来来M MStutzmannStutzmann等等人人又又进进一一步步发发展展了了该该模模型型，认认为为光光致致亚亚稳稳缺缺陷陷是是Si-SiSi-Si弱弱键键断断裂裂所所致致。光光照照时时，光光生生电电子子一一空空穴穴对对很很快快热热化化到到带带尾尾局局域域态态中中，并并通通过过直直接接无无辐辐射射复复合合和和通通过过复复合合中中心心的

30、的复复合合两两种种可可能能的的复复合合途途径径与与产产生生过过程程维维持持平平衡衡。直直接接无无辐辐射射复复合合是是一一个个多多声声子子过过程程，它它提提供供了了打打断断Si-SiSi-Si弱弱键键而而形形成成SiSi悬悬键键缺缺陷陷的的能能量量，并并引引起起附附近近小小范范围围的的原原子子重重构构。在在Si-SiSi-Si弱弱键键断断裂裂以以后后，邻邻近近原原有有的的Si-HSi-H键键就就会会同同新新生生的的悬悬键键交交换换位位置置(转转换换方方向向)而而达达到到分分离离和和稳稳定定两两个个新新生生悬悬键键的的目目的的。也也就就是是说说，光光子子能能量量被被Si-SiSi-Si弱弱键键吸吸

31、收收以以后后有有两两个个作作用用，第第一一是是打打断断Si-SiSi-Si弱弱键键，第第二二是是驱驱使使Si-HSi-H键键分分离离和和稳稳定定两两个新生悬键。个新生悬键。光致亚稳特性的微观机制和物理模型光致亚稳特性的微观机制和物理模型（2 2）电荷转移模型）电荷转移模型 在在a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜中中，通通常常悬悬键键获获得得第第二二个个电电子子比比获获得得第第一一个个电电子子需需要要更更多多的的能能量量，这这个个能能量量差差就就是是电电子子的的相相关关能能，此此时时相相关关能能为为正正。电电荷荷转转移移模模型型于于19811981年年由由D DAdlernAdlern提提出出。他

32、他认认为为电电子子的的有有效效相相关关能能是是负负值值。由由于于a-a-Si:HSi:H薄薄膜膜网网络络的的不不均均匀匀性性和和无无序序性性，有有些些区区域域可可能能比比较较松松弛弛，当当悬悬键键捕捕获获第第二二个个电电子子时时，伴伴随随发发生生的的晶晶格格弛弛豫豫，会会使使总总能能量量降降低低，电电子子的的有有效效相相关关能能为为负负值值。在在这这些些区区域域，带带有有两两个个电电子子的的悬悬键键态态比比带带有有一一个个电电子子的的悬悬键键态态能能量量要要低低，因因而而，稳稳定定存存在在的的将将不不是是带带有有一一个个电电子子的的中中性性悬悬键键，而而是是带带正正电电的的空空悬悬键键态态和和

33、带带负负电电的的双双占占据据悬悬键键态态。当当光光照照激激发发载载流流子子时时，这这些些带带正正电的悬键可能捕获电子或空穴而转变为亚稳的中性悬键。电的悬键可能捕获电子或空穴而转变为亚稳的中性悬键。光致亚稳特性的微观机制和物理模型光致亚稳特性的微观机制和物理模型（2 2）氢碰撞模型）氢碰撞模型 这这种种模模型型认认为为，光光生生载载流流子子的的非非辐辐射射复复合合释释放放能能量量打打断断Si-HSi-H弱弱键键，形形成成一一个个SiSi悬悬键键和和一一个个可可运运动动的的H H，H H在在运运动动过过程程中中，不不断断打打断断Si-SiSi-Si键键形形成成Si-HjSi-Hj键键和和SiSi悬

34、悬键键，H H跳跳走走时时，每每个个被被打打断断的的Si-SiSi-Si键键又又恢恢复复到到被被打打断断之之前前的的状状态态。因因此此，运运动动的的H H可可以以看看作作是是一一个个运运动动的的Si-HSi-H键键和和一一个个伴伴随随着着运运动动的的SiSi悬悬键键，运运动动的的H H最最后后会会形形成成稳稳定定的的Si-HSi-H键键。这这有有两两种种方方式式。一一种种方方式式是是运运动动的的H H又又重重新新陷陷落落在在一一个个不不动动的的SiSi悬悬键键缺缺陷陷中中，形形成成Si-HSi-H键键，这这个个过过程程不不产产生生亚亚稳稳变变化化，大大部部分分运运动动的的H H都都属属于于这这

35、种种方方式式。第第二二种种方方式式是是，两两个个运运动动的的H H在在运运动动的的过过程程中中发发生生碰碰撞撞，最最后后形形成成一一个个亚亚稳稳的的复复合合体体，用用M(Si-H)M(Si-H)2 2表表示示。这这个个过过程程发发生生的的几几率率要要远远远远小小于于前前一一种种过过程程，但但却却是是产产生生Staebler-Staebler-WronskiWronski效效应应关关键键的的一一步步。综综合合上上述述两两种种过过程程，光光照照最最后后的的结结果果是是产产生生了了一一个亚稳复合体个亚稳复合体M(Si-H)M(Si-H)2 2和在和在H H开始激发的位置处留下一个悬键。开始激发的位置

36、处留下一个悬键。光致亚稳特性的微观机制和物理模型光致亚稳特性的微观机制和物理模型以以上上几几种种模模型型，都都是是着着眼眼于于局局域域键键构构型型的的变变化化来来解解释释光光致致亚亚稳稳效效应应的的产产生生机机制制。然然而而越越来来越越多多的的实实验验结结果果证证明明，光光照照引引起起的的变变化化不不能能简简单单地地归归结结为为个个别别的的键键的的变变化化，有有迹迹象象表表明明光光照照还还会会引引起起非非晶晶硅硅整整个个网网络络结结构构的的变变化化，即即光光致致结结构构变变化化。目目前前众众多多的学者正在集中精力致力于这方面的研究。的学者正在集中精力致力于这方面的研究。光致亚稳特性的微观机制和物理模型光致亚稳特性的微观机制和物理模型光致亚稳特性对非晶硅薄膜太阳能电池特性的影响光致亚稳特性对非晶硅薄膜太阳能电池特性的影响