氧掺杂的镶嵌在碳化硅中硅纳米晶的制备及其缺陷研究

镶嵌在SiC基体的硅纳米晶薄膜具有阵列化生长可控、带宽连续可调、多激子效应强、载流子传输势垒低等优点，是制备多结高效硅太阳电池的良好材料。但存在的问题是，硅纳米晶薄膜中的缺陷因高温制备过程而无法采用传统的氢钝化法消除。针对这一问题，本项目拟研究掺氧用于硅纳米晶薄膜的缺陷钝化。技术路线上采用磁控溅射法制备不同氧浓度的镶嵌在SiC基体的硅纳米晶薄膜，在此基础上研究氧掺杂硅纳米晶的形成规律和电学性质，阐明氧对硅纳米晶的影响机制，并以此为指导制备具有低缺陷密度的氧掺杂硅纳米晶薄膜。本项目的实施和完成或有利于提高硅纳米晶薄膜的制备水平，丰富硅纳米晶薄膜的钝化手段，增加多结高效硅太阳电池的技术储备。

镶嵌在碳化硅中的硅纳米晶薄膜因具有较低的传输势垒而具有制备第三代高效叠层太阳电池的潜力。对硅纳米晶薄膜内部的界面缺陷进行钝化则是实现其光伏应用的重要前提。本项目对镶嵌在碳化硅中硅纳米晶薄膜的缺陷钝化和杂质掺杂进行了较为系统的研究，取得了如下成果：1. 采用密度泛函理论，研究了碳、氧原子对硅量子点表面的择优位置，对比了硅量子点的表面氢化、表面碳化和表面氧化对硅量子点带隙、费米能级附近态密度、前线轨道能级等的影响，证明表面氧化相对于表面碳化可以有效抑制硅量子点的载流子复合，但同时也降低了载流子传输概率；我们认为，在镶嵌在碳化硅中硅量子点薄膜加入适量氧原子或是一种钝化硅量子点的有效方法。2. 通过金属诱导法自然界中并不存在硅的高压金属相——面心立方相硅晶体薄膜（理论预计其形成压力100 GPa），并从热力学原理和第一性原理等角度阐明其形成原因。3. 研究发现薄膜沉积过程使用合适衬底温度（100-200 oC）有利于提高SiCx或SiOx薄膜的电导性能和结晶性能，其薄膜电导率通常可以提高一个数量级。4. 研究磷掺杂的镶嵌在SiC中的硅纳米晶薄膜，指出只有当薄膜中的晶硅含量达到30-40 %时（逾渗阈值）薄膜电导率才能显著增加（3-4个数量级）。5. 研究指出快速热处理可以有效降低镶嵌在氧化硅中硅纳米晶薄膜的残余应力，应力的降低通常以形成层错、孪晶等诱生缺陷为代价。基于以上主要结果，在RSC Adv., Appl. Surf. Sci., Phys. E等杂志上发表相关SCI论文5篇，标准资助的文章共8篇。