АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ФОСФОРОСИЛИКАТНОГО СТЕКЛА, НАНЕСЕННОГО МЕТОДОМ СПИН-КОАТИНГА, НА ПРОЦЕСС КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТОНКИХ ПЛЕНОК КРЕМНИЯ, ОСАЖДЕННЫХ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ

В данном исследовании изучается влияние фосфосиликатного стекла (PSG), нанесенного методом центрифугирования, на кристаллизацию и электрические свойства тонких пленок кремния (Si), осажденных магнетронным распылением, с акцентом на оптимизацию их структурных и электрических свойств для потенциального применения в фотовольтаике и микроэлектронике. Результаты показывают, что более высокие скорости центрифугирования приводят к более тонким и однородным слоям PSG, что в свою очередь способствует более эффективной диффузии фосфора и улучшает кристаллизацию пленки. Отжиг при 950 °C привел к усилению активации легирующих примесей, улучшению кристалличности и снижению удельного сопротивления. Эти структурные и фазовые превращения были систематически проанализированы с помощью рентгеновской дифракции (XRD), что позволило получить подробное представление об эволюции тонких пленок Si в процессе термической обработки. В частности, результаты XRD показывают четкий переход от аморфного к поликристаллическому состоянию, особенно для образцов, обработанных при оптимизированных скоростях центрифугирования и повышенных температурах отжига. Оптическая характеристика дополнительно показала, что термический отжиг изменил спектры отражения и пропускания, а также незначительно увеличил показатель преломления и коэффициент поглощения напыленных кремниевых пленок. В целом, сочетание экологически чистого метода легирования с помощью центрифугирования с масштабируемыми методами физического осаждения представляет собой многообещающий подход к разработке передовых фотоэлектрических технологий, предлагая жизнеспособный путь к устойчивому и эффективному изготовлению устройств.

1. Kannan, N., and Vakeesan, D. Solar energy for future world: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 62, 1092–1105 (2016). https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.05.022

2. Priya, P., and Stonier, A.A. Emerging innovations in solar photovoltaic (PV) technologies: The perovskite solar cells and more. Energy Reports, 14, 216–242 (2025). https://doi.org/10.1016/j.egyr.2025.01.015

3. Panwar, N.L., Kaushik, S.C., and Kothari, S. Role of renewable energy sources in environmental protection: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15 (3), 1513–1524 (2011). https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.11.037

4. Fernández-González, D., Pistoofi, A., Zapico, A., and Verdeja, L.F. Concentrated solar energy applications in materials science and metallurgy. Solar Energy, 170, 493–523 (2018). https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.05.088

5. Mohammad Bagher, A. Types of Solar Cells and Application. American Journal of Optics and Photonics, 3 (5), 94–111 (2015). https://doi.org/10.11648/j.ajop.20150305.17

6. Yan, L.L., Han, C., and Shi, B. A review on the crystalline silicon bottom cell for monolithic perovskite/silicon tandem solar cells. Materials Today Nano, 7, 100045 (2019). https://doi.org/10.1016/j.mtnano.2019.100045

7. Wang, Q., Yang, X., and Yuan, Z. High-efficiency n-TOPCon bifacial solar cells with selective polySi based passivating contacts. Solar Energy Materials and Solar Cells, 259, 112448 (2023). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2023.112448

8. Ibarra Michel, J., Drießen, M., and Ding, Z. Poly-Si passivating contacts prepared via phosphorus spin-on-doping: A comparison between different silicon deposition methods. Solar Energy Materials and Solar Cells, 255, 112275 (2023). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2023.112275

9. Wei, H., Zhang, Y., and Liu, X. Unraveling the passivation mechanisms of c-Si/SiOx/poly-Si contacts. Solar Energy Materials and Solar Cells, 250, 112089 (2023). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2022.112089

10. Huang, Y., Zheng, C., and Li, W. Improved interface passivation by optimizing a polysilicon film under different hydrogen dilution in N-type TOPCon silicon solar cells. RSC Advances, 12 (20), 12613–12620 (2022). https://doi.org/10.1039/D2RA01257E

11. Fthenakis, V.M., and Moskowitz, P.D. Characterization and control of phosphine hazards in photovoltaic cell manufacture. Solar Cells, 22 (4), 303–317 (1987). https://doi.org/10.1016/0379-6787(87)90050-0

12. Wang, Y., Zhang, X., and Chen, L. Influence of microstructure on electrochemical properties of Si/C multilayer thin-film anodes deposited using a sputtering method. Materials Letters, 160, 442–445 (2015). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2015.08.026

13. El Omari, G., Benayad, A., and Martinez, H. Advances in physical vapor deposited silicon/carbon based anode materials for Li-ion batteries. Heliyon, 10 (9), e30214 (2024). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e30214

14. Janarthanan, B., and Chandrasekaran, J. Basic deposition methods of thin films. Journal of Molecular Structure, 1241, 130630 (2021). https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2021.130630

15. Safavi, M.S., Surmeneva, M.A., and Surmenev, R.A. RF-magnetron sputter deposited hydroxyapatitebased composite & multilayer coatings: A systematic review from mechanical, corrosion, and biological points of view. Ceramics International, 47 (3), 3003–3024 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.09.212

16. Kelly, P.J., and Arnell, R.D. Magnetron sputtering: A review of recent developments and applications. Vacuum, 56 (3), 159–172 (2000). https://doi.org/10.1016/S0042-207X(99)00189-X

17. Ding, Z., Ibarra Michel, J., and Drießen, M. Phosphorus-doped polycrystalline silicon passivating contacts via spin-on doping. Solar Energy Materials and Solar Cells, 221, 110881 (2021). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2020.110881

18. Florakis, A., Misichronis, K., and Skorda, D. Simulation of the Phosphorus profiles in a c-Si solar cell fabricated using POCl3 diffusion or ion implantation and annealing. Energy Procedia, 38, 257–264 (2013). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.07.275

19. Ibarra Michel, J., Drießen, M., and Ding, Z. Poly-Si passivating contacts prepared via phosphorus spin-on-doping: A comparison between different silicon deposition methods. Preprint, 1–15 (2023).

20. Zagozdzon-Wosik, W., Grabiec, P.B., and Lux, G. Silicon doping from phosphorus spin-on dopant sources in proximity rapid thermal diffusion. Journal of Applied Physics, 75 (1), 337–345 (1994). https://doi.org/10.1063/1.355883

21. Mohamad, I.S., Salleh, A.F., and Ahmad, Z. An experimental investigation of spin-on doping optimization for enhanced electrical characteristics in silicon homojunction solar cells: Proof of concept. Heliyon, 10 (11), e31940 (2024). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e31940

22. Linke, J., Feldmann, H., and Hermle, M. Influence of the annealing temperature of (n) poly-Si/SiOx passivating contacts on their firing stability. Solar Energy Materials and Solar Cells, 258, 112412 (2023). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2023.112412

23. Kusainova, A., Serikkanov, A., and Yessenova, G. Phosphorus doping solution development and impact of phosphorus-silicate glass structure on doping process during rapid thermal annealing. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 36 (28), 1831 (2025). https://doi.org/10.1007/s10854-025-1831-x

24. Westra, J.M., van Dijk, L., and Metselaar, J.W. Formation of thin-film crystalline silicon on glass observed by in-situ XRD. Energy Procedia, 2 (1), 227–233 (2010). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2010.07.033

25. Akhter, P., Hussain, S.Q., and Dutta, S. Suppressing light reflection from polycrystalline silicon thin films through surface texturing and silver nanostructures. Journal of Applied Physics, 116 (11), 113101 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4895713