《非晶硅结构及性质ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《非晶硅结构及性质ppt课件（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜资料的构造特点非晶硅薄膜资料的构造特点 晶体硅通常呈正四面体陈列，每一晶体硅通常呈正四面体陈列，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严密结与另外四个硅原子以共价键严密结合。这种构造可以延展得非常庞大，合。这种构造可以延展得非常庞大，从而构成稳定的晶格构造从而构成稳定的晶格构造-长程长程有序性有序性 非晶硅薄膜资料的构造特点非晶硅薄膜资料的构造特点 非晶硅中原子的分布不完全是服从非晶硅中原子的分布不完全是服从着正四面体的着正四面体的规律，即非晶硅中原律，即非晶硅中原子的分布根本上是正四面体的方式，子的分布根本上是正
2、四面体的方式，但是却但是却发生了生了变形，即形，即产生出了生出了许多缺陷多缺陷出出现大量的大量的悬挂挂键和空洞和空洞等，如下等，如下图。非晶硅的密度。非晶硅的密度约低于低于单晶硅晶硅短程有序。短程有序。非晶硅薄膜资料的构造特点非晶硅薄膜资料的构造特点 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。研讨阐明，会显著减小。研讨阐明，H在在a-Si:H中是以中是以SiH键、键、(SiHHSi)n、分、分子氢子氢(H2)等多种键合方式存在，只等多种键合方式存在，只需需SiH才干饱和才干饱和Si悬挂键，减少禁带悬挂
3、键，减少禁带中的悬空键密度。中的悬空键密度。非晶硅薄膜资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延续变化的，高迁移边是延续变化的，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。 非晶硅薄膜资料的能带通常隙态密度高于通常隙态密度高于1016/cm3，过剩载流子经过隙态进展，过剩
4、载流子经过隙态进展复合，所以通常非晶资料的光电导很低，掺杂对费米能复合，所以通常非晶资料的光电导很低，掺杂对费米能级位置的调理作用也很小，这种级位置的调理作用也很小，这种a-Si资料没有运用价值。资料没有运用价值。氢化非晶硅氢化非晶硅(a-Si:H)资料中大部分的悬挂键被氢原子补资料中大部分的悬挂键被氢原子补偿，构成偿，构成Si-H键，可以使隙态密度降至键，可以使隙态密度降至1016cm3以下，以下，这样的资料才表现出良好的电学性能。这样的资料才表现出良好的电学性能。非晶硅薄膜资料的能带在在a-Si:Ha-Si:H中氢的键入引起的能带构造变化主要使带隙态密度中氢的键入引起的能带构造变化主要使带
5、隙态密度降低和使价带顶下移，从而使其带隙加宽，由于降低和使价带顶下移，从而使其带隙加宽，由于Si-HSi-H键的键键的键合能要大于合能要大于Si-SiSi-Si键。这些键。这些Si-HxSi-Hxx=1,2x=1,2键在价带中构成键在价带中构成了一些特征构造，已为紫外光电子发射谱观测所证明。而同了一些特征构造，已为紫外光电子发射谱观测所证明。而同时导带底的上移要小得多。实验上发现，时导带底的上移要小得多。实验上发现，a-Si:Ha-Si:H薄膜的光学薄膜的光学带隙带隙Eg(eV)Eg(eV)与其氢含量与其氢含量CHCH之间存在近似线性比例关系：之间存在近似线性比例关系： 非晶硅薄膜资料的优点非
6、晶硅薄膜资料的优点 1 1消消费耗能少。非晶硅耗能少。非晶硅电池的制造需求池的制造需求200200左右，耗能少，左右，耗能少，而制造晶体硅太阳能而制造晶体硅太阳能电池普通需求池普通需求10001000以上的高温。以上的高温。2 2价价钱低。非晶硅具有低。非晶硅具有较高的光吸收系数，特高的光吸收系数，特别是在是在0.3-0.3-0.75m0.75m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光波段，它的吸收系数比晶体硅要高出一个数量级。3 3运用灵敏。可以运用灵敏。可以设计成各种方式，利用集成型构造，可成各种方式，利用集成型构造，可获得更高的得更高的输出出电压和光和光电转换效率。效率。4
7、 4适宜工适宜工业化消化消费。非晶硅薄膜太阳能。非晶硅薄膜太阳能电池制造工池制造工艺简单，可延可延续、大面、大面积、自、自动化大批量消化大批量消费。非晶硅薄膜资料的优点非晶硅薄膜资料的优点 5 5方便建筑一体化。由于薄膜技术固有的灵敏性，可以以多方便建筑一体化。由于薄膜技术固有的灵敏性，可以以多种方式嵌入屋顶和墙壁，将电池集成到建筑资料。种方式嵌入屋顶和墙壁，将电池集成到建筑资料。6 6基片种类不限，可以广泛地运用玻璃、铝、银、不锈钢、基片种类不限，可以广泛地运用玻璃、铝、银、不锈钢、塑料、多晶硅等膨胀系数差别较大的资料，并且便于构成大面积塑料、多晶硅等膨胀系数差别较大的资料，并且便于构成大面
8、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，不容易遭到温度的影响。不容易遭到温度的影响。8 8作为弱光电池，非晶硅薄膜太阳能电池还可以运用于计算作为弱光电池，非晶硅薄膜太阳能电池还可以运用于计算器、手表等在荧光下任务的微耗电子产品。器、手表等在荧光下任务的微耗电子产品。非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(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20
9、0-800nm200-800nm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形状之中。每一种形状都具有一定的能量，属于的电子，总是处在某一种运动形状之中。每一种形状都具有一定的能量，属于一定的能级。这些电子由于各种缘由一定的能级。这些电子由于各种缘由( (如受光、热、电的激发如受光、热、电的激发) )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
10、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。具有不同分子构造的各种物质，有对电磁辐射显示选择吸收的特性。量辐射。具有不同分子构造的各种物质，有对电磁辐射显示选择吸收的特性。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。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、构造分析可见分光光度计可用于物质的定量分析、构造分析
11、非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(光吸收光吸收) 非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(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导导游游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104cm-1104cm-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
12、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缘由之一。太阳能电池可取代晶体硅太阳能电池的重要缘由之一。 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照遵照TaucTauc规律规律 非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(光吸收光吸收) 带带尾尾吸吸收收区区2 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
13、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， cm-1,cm-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。 非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(光吸收光吸收) 次次带吸吸收收区区3 3区区：通通常常位位于于近近红外外区区的的低低能能吸吸收收，对应于于电子子从从价价带到到带隙隙态或或从从带隙隙态到到导带的的跃迁迁。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
14、小小趋于于平平缓。在在C C区区，假假设资料料的的在在1cm-11cm-1以以下下，那那么么表表征征该资料具有很高的料具有很高的质量。量。 非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(光吸收光吸收) 非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(光致发光光致发光PL)n光致发光是半导体的一种发光景象，利用光照射到资光致发光是半导体的一种发光景象，利用光照射到资料外表，其电子吸收光子而跃迁到高能级，处于高能料外表，其电子吸收光子而跃迁到高能级，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方式发射出来。这个过程就是
15、光差的能量以光辐射的方式发射出来。这个过程就是光致发光，即致发光，即PLPL。 n主要检测电子构造，能带。主要检测电子构造，能带。 在在波波长长为为488nm和和514.5nm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: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-Si:H薄膜的光致发光或光荧光薄膜的光致发光或光荧光PL。非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(光致发光光致发光PL) 通通常常在在低低温温下下77K，在在未未掺掺杂杂的的a-Si:H薄薄膜膜的的光光荧荧光光谱谱中中可可观观测测到到一一个个峰峰值值能能
16、量量在在1.3-1.4eV的的发发光光峰峰，其其半半高高宽宽达达0.3eV；在在掺掺杂杂的的或或缺缺陷陷密密度度高高的的a-Si:H薄薄膜膜中中，还还可可观观测测到到另另一一个个发发光光峰峰，峰峰值值能能量量在在0.8-0.9eV，其其强强度度较较弱弱，大大约约为为前前者者的的1%。非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(光致发光光致发光PL) 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1.3eV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
17、合；价带带尾态的光生载流子之间的辐射复合；0.9 eV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。非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(光致发光光致发光PL) 假假设设改改动动激激光光波波长长，在在某某一一个个特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PLEPLE谱。光荧光的激发谱主要反响了资料的吸收特性。谱。光荧光的激发谱主要反响了资料的吸收特性。 值值得
18、得一一提提的的是是，在在a-Si:Ha-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0.4-0.5eV0.4-0.5eV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。这这是是由由于于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吸收和发射了声子的缘故。别吸收和发射了声子的缘故。 非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(激发谱激发谱PLE) 氢氢在在缓缓和和a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜网网络络构构造造和和内内应应力力，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
19、作作用用。在在a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜网网络络构构造造中中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，能能够够构构成成SiH1SiH1薄薄膜膜键键、SiH2SiH2键键和和SiH3SiH3键键。SiSi原原子子与与H H原原子子的的键键合合组态和键合氢的总含量，可以用红外吸收谱来测定。组态和键合氢的总含量，可以用红外吸收谱来测定。非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(红外吸收谱红外吸收谱) 红外吸收谱所提示的固体原子局域振动方式可分成两类：红外吸收谱所提示的固体原子局域振动方式可分成两类：
20、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方方式式，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方方式式，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。非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(红外吸收谱红外吸收谱) a-Si:Ha-Si:H薄膜薄膜红外吸收外吸收谱光光谱范范围为400-4000cm-1400-4000cm-1，属于中，属于中红外外谱范范围。其中其中SiH1SiH1
21、键的伸的伸缩模在模在2000cm-12000cm-1处，弯曲模在，弯曲模在640 cm-1640 cm-1处；SiH2SiH2键和和SiH3SiH3键的的伸伸缩模模分分别蓝移移到到2090cm-12090cm-1和和2140cm-12140cm-1处，但但其其弯弯曲曲模模仍仍在在640cm-1640cm-1处。 基基团(SiH)n(SiH)n、(SiH2)n(SiH2)n以以及及硅硅晶晶粒粒外外表表的的伸伸缩模模吸吸收收峰峰也也在在2100cm-12100cm-1附附近近，因因此此不不易与前两者相区分。易与前两者相区分。此外，在此外，在830-920cm-1830-920cm-1还有有SiH2
22、SiH2和和SiH3SiH3的的摆动模和模和滚动模等。模等。a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜红外外吸吸收收谱除除了了研研讨Si-HSi-H键外外，还可可以以用用来来表表征征SiSi与与其其他他杂质，如如P P、B B、O O、N N等的等的键合特征。合特征。非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(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，经经过过峰峰的的位位置置、强强度度和和外外形形，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动频率，提供散射分子的构造信息。振动频率，提供散射分子的构造信息。 非晶
23、硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(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，这这主主要要是是由由于于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、外外形形、透透明明度度的的样样品品，只只需需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丈丈量量，样样品品的的需需求求量量少少，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构构造造的准确数值。的准确数值。 固固体体的的形形状状非非晶晶态态或或晶晶态态和和构构造造立立方方
24、、四四方方等等有有亲亲密密的的关关系系，不不同同构构造造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构构造造，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，对对资资料的拉曼光谱进展分析是了解资料分子构造的主要手段。料的拉曼光谱进展分析是了解资料分子构造的主要手段。非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(拉曼拉曼Raman光谱光谱) 各种资料都有本人的特征谱线，经过拉曼散射谱可以得到各种资料都有本人的特征谱线，经过拉曼散射谱可以得到a-Si:Ha-Si:H网格构造的相关信息。网格构造的相关信息。 a-S
25、i: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100-600cm-1100-600cm-1，属属远远红红外外谱谱区区，在在研研讨讨非非晶晶硅硅原原子子振振动性质方面，与红外吸收谱互为补充。动性质方面，与红外吸收谱互为补充。 非非晶晶硅硅的的一一级级拉拉曼曼散散射射谱谱中中包包含含有有多多种种被被激激活活的的振振动动方方式式，如如横横光光学学TOTO模模，峰峰位位约约在在480cm-1480cm-1；纵纵光光学学LOLO模模，峰峰位位约约在在410cm-1410cm-1；纵纵声声学学LALA模模，峰峰位位约约在在310cm-1310cm-1；横声学；横声学TATA模，峰位约在模，
26、峰位约在170cm-1.170cm-1.非晶硅薄膜资料的光学特性非晶硅薄膜资料的光学特性(拉曼拉曼Raman光谱光谱) 19771977年年，美美国国RCARCA实验室室的的D DL LStaeblerStaebler和和C CR RWronskiWronski研研讨发现：a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜，经长时间光光照照后后，其其光光电导与与暗暗电导随随时间继续减减小小，并并趋向向于于饱和和，但但经过150150以以上上温温度度退退火火处置置1-31-3小小时后后，光光暗暗电导又又恢恢复复到到光光照照前前的的形形状状，这种种可可逆逆的的光光致致亚稳变化化效效应称称为Staebler-Wron
27、skiStaebler-Wronski效效应，简称称S-WS-W效效应。非晶硅薄膜资料的光致亚稳特性非晶硅薄膜资料的光致亚稳特性 S-WS-W效效应是是a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜的的一一种种本本征征的的体体效效应。光光照照在在a-a-Si:HSi:H薄薄膜膜资料料中中产生生了了亚稳悬键缺缺陷陷态，这些些缺缺陷陷态主主要要起起复复合合中中心心的的作作用用，从从而而导致致了了a-Si:Ha-Si:H薄薄膜膜资料料光光电性性质的的退退化化。光光致致亚稳变化化除除光光暗暗电导衰衰退退外外，还表表如如今今其其他他许多多方方面面。如如载流流子子分分散散长度度减减小小，电子子自自旋旋共共振振信信号号添
28、添加加，费米米能能级向向带隙中央挪隙中央挪动，带尾尾态添加，器件添加，器件结电容添加，等等。容添加，等等。非晶硅薄膜资料的光致亚稳特性非晶硅薄膜资料的光致亚稳特性1 1Si-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开开展展了了该该模模型型，以以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
29、对很很快快热热化化到到带带尾尾局局域域态态中中，并并经经过过直直接接无无辐辐射射复复合合和和经经过过复复合合中中心心的的复复合合两两种种能能够够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弱弱键键而而构构成成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，临临近近原原有有的的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) )而而到到达达分
30、分别别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弱弱键键吸吸收收以以后后有有两两个个作作用用，第第一一是是打断打断Si-SiSi-Si弱键，第二是驱使弱键，第二是驱使Si-HSi-H键分别和稳定两个新生悬键。键分别和稳定两个新生悬键。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求求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
31、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。他他以以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-Si:Ha-Si: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，有有些些区区域域能能够够比比较较松松弛弛，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，因因此此，
32、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电的的悬悬键键能能够够捕捕获获电电子子或或空空穴穴而而转变为亚稳的中性悬键。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 这这种种模模型型以以为为，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，构构成成一一个个SiSi悬悬键键和和一一个个可可运运动动的的H H，H
33、 H在在运运动动过过程程中中，不不断断打打断断Si-SiSi-Si键键构构成成Si-HjSi-Hj键键和和SiSi悬悬键键，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形形状状。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最最后后会会构构成成稳稳定定的的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，构构成
34、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，最最后后构构成成一一个个亚亚稳稳的的复复合合体体，用用M(Si-H)2M(Si-H)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-WronskiStaebler-Wronski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
35、个亚稳复合体亚稳复合体M(Si-H)2M(Si-H)2和在和在H H开场激发的位置处留下一个悬键。开场激发的位置处留下一个悬键。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活活力力制制。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，有有迹迹象象阐阐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构构造造的的变变化化，即即光光致致构构造造变变化化。目目前前众众多多的的学学者者正正在在集集中中精神努力于这方面的研讨。精神努力于这方面的研讨。 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
