为了研究硅量子点薄膜在太阳电池中的应用, 本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术, 低温制备了镶嵌有纳米晶硅(nc-Si)的纳米硅氧多层(nc-SiOx/a-SiOx)薄膜样品。TEM图显示, 通过调整nc-SiOx层的厚度, 实现了薄膜多层结构的低温调控。利用拉曼散射光谱(Raman)、紫外可见透射光谱以及稳/瞬态光致发光(PL)谱等检测手段对薄膜的微观结构、能带特征以及发光特性进行了分析。光吸收谱分析表明, nc-Si粒子尺寸及其a-SiOx边界层共同影响薄膜的光学带隙。稳/瞬态PL谱分析表明, 多层结构发光表现为一个固定于1.19 eV附近的发光峰和一个随nc-SiOx层厚度增加而发生红移的发光峰, 其中固定发光峰归因于非晶SiOx网络中缺陷发光, 发光衰减寿命约在4.6 μs, 峰位可调的发光峰为nc-Si量子限制效应-缺陷态复合发光, 对应两个发光衰减过程, 其中慢发光衰减寿命随nc-SiOx层厚度增加由9.9 μs增加到16.5 μs, 快发光衰减过程基本保持不变。低温PL谱的温度依赖特性进一步表明, 薄膜样品的发光主要表现为nc-Si的量子限制效应发光。

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了一系列不同氢稀释率下的硅薄膜, 采用拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱技术研究了非晶/微晶相变区硅薄膜的微观结构变化, 将次晶结构(paracrystalline structure)引入到非晶/微晶相变区硅薄膜结构中, 提出了次晶粒体积分数(fp), 用来表征硅薄膜中程有序程度。 结果表明, 氢稀释率的提高导致硅薄膜经历了从非晶硅到微晶硅的相变过程, 在相变区靠近非晶相的一侧, 硅薄膜表现出氢含量高、 结构致密和中程有序度高等特性, 氢在薄膜的生长中主要起到表面钝化作用。 在相变区靠近微晶相的一侧, 硅薄膜具有氢含量低、 晶化率高和界面体积分数小等特性, 揭示了氢的刻蚀作用主控了薄膜生长过程。 采用扫描电子显微镜对样品薄膜的表面形貌进行分析, 验证了拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱的分析结果。 非晶/微晶相变区尤其是相变区边缘硅薄膜结构特性优良, 在太阳能电池应用中适合用作硅基薄膜电池本征层。

为了制备高效的MoSi/SiO2/Si异质结太阳能电池, 利用磁控溅射技术制备MoS2薄膜, 并在硫气氛下对MoS2薄膜进行退火处理。分别用退火和未退火的MoS2薄膜制备MoS2/SiO2/Si异质结太阳能电池, 研究了退火对MoS2薄膜的微观结构和MoS2/SiO2/Si异质结太阳能电池光电性能的影响。实验结果显示, 相比于未退火的, 经过退火处理的MoS2薄膜的拉曼峰半高宽(FWHM)变窄, 峰强增强, 显微荧光光谱中也出现明显的激子发光峰。由此表明, 退火处理使MoS2薄膜由非晶向晶态转变, 薄膜的体缺陷减少, 异质结太阳能电池的开路电压和填充因子得到提升, 器件转换效率从0.94%提高到1.66%。不同光照强度下的J-V测量和暗态的J-V测量结果表明, 经退火处理的MoS2薄膜的异质结太阳能电池具有较高的收集电压和更接近于1的理想因子, 这归因于退火导致MoS2薄膜的体缺陷的减少, 近而降低了MoS2/ SiO2/Si异质结太阳能电池器件的体缺陷复合。

在室温条件下, 利用金刚石对顶砧高压技术, 对叠氮化钡进行了原位高压拉曼光谱研究, 采用红宝石荧光压标测压, 实验的最高压力为10 GPa。实验压力范围内拉曼光谱随压力增加发生了丰富的变化。由于多处拉曼峰的出现和消失并伴随频移有拐点, 我们判断叠氮化钡在3 GPa左右时发生了第一次结构相变; 随着压力继续增加, 在3.5 ~ 6.5 GPa范围内拉曼光谱仍不断变化, 我们判断可能是相变或者是N = N = N键角和两个键长的非对称压缩导致的; 压力继续增加, 在8 GPa左右, 多处新峰出现和峰的劈裂表明又发生了一次结构相变, 并且判断叠氮化钡向着更复杂的结构转变。通过实验可以确定, 实验压力范围内N = N = N离子并未被破坏。其实验结果有待高压同步辐射实验的进一步确认。