对于微晶硅薄膜电池，提高沉积速率是一种降低生产成本的有效方法，然而这会引起薄膜材料质量的下降，导致所制备电池的转换效率降低。本论文主要采用单室PECVD沉积系统，制备高速微晶硅薄膜，并对高速沉积微晶硅瞬态和稳态过程中的光发射谱进行诊断与分析，探究高速沉积微晶硅薄膜的等离子体辉光过程中影响材料结构的微观因素，在此基础上改变沉积条件来对沉积过程进行过程控制，以达到改善高速微晶硅材料性能的目的。主要研究内容如下：　　 ㈠采用OES在线监测高速沉积微晶硅辉光初期的瞬态过程，结合所制备材料的结构特性，探究影响薄膜非晶孵化层厚度的因素。分析OES所监测的发光基团的信息，通过改变通气方式和减小初始硅烷浓度的方法，可以有效地减小非晶孵化层的厚度，从而提高材料的性能。⑴通过调节辉光功率和沉积压强，结合OES在线监测I(Hα*)/I(SiH*)和I(SiH*)值的变化规律，寻找高速沉积微晶硅薄膜所对应的非晶/微晶过渡区和辉光功率耗尽区，制备出晶化率60％左右，光敏性大于100，沉积速率为2.0nm/s的高质量的高速微晶硅材料。⑵通过改变通气方式，在线监测高速沉积微晶硅辉光初期的瞬态过程。传统通气法辉光初期的20s内I(Hα*)/I(SiH*)值要明显低于其达到稳定以后的值，这在很大程度上导致了非晶孵化层较厚的结果。采用氢气辉光20s后通入硅烷的通气方式，会在很大程度上有效抑制背扩散的发生；所制备的材料非晶孵化层的厚度明显减薄，可使非晶孵化层的厚度降至60nm左右。⑶通过减小初始硅烷流量，结合OES监测辉光初期I(Hα*)/I(SiH*)值，与辉光达到稳定后I(Hα*)/I(SiH*)值进行比较，可得到一个较理想的初始硅烷流量。减小初始硅烷流量可以一定程度地减薄非晶孵化层的厚度，使其降低到150nm左右，但这一数值要大于通过改变通气方式而得到的最优孵化层厚度。⑷结合改变通气方式和改变初始硅烷流量两种方法，可以进一步降低非晶孵化层的厚度，使其降至30-60nm左右。　　 ㈡采用OES在线监测高速沉积微晶硅的稳态过程，结合所制备材料的纵向结构特性，分析影响材料纵向结构均匀性的因素。通过OES监测的发光基团的信息，寻求本实验系统中改善材料纵向结构均匀性的最优方法。⑴采用OES在线监测高速沉积微晶硅的稳态过程，分析表征材料晶化率的I(Hα*)/I(SiH*)随着沉积过程的变化趋势，结合材料纵向晶化率的变化情况，分析高速沉积的微晶硅材料的纵向结构均匀性较差的原因。⑵通过OES在线监测不同功率条件下表征材料晶化率和等离子体电子温度的I(Hα*)/I(SiH*)和I(Hα*)/I(Hβ*)的变化情况，分析功率影响等离子体辉光过程的机制。采用功率梯度法，通过调节步长和功率梯度，借助OES在线监测发光基团强度随着这两个参数改变的变化趋势，从而寻求最优的功率梯度法。本实验通过优化功率梯度法，可以得到晶化率维持在53％-60％左右的纵向结构均匀性较好的材料。⑶通过改变硅烷流量，结合所制备材料的纵向均匀性，可知通过硅烷流量梯度法可一定程度的改善薄膜材料的纵向结构均匀性。改变氢气流量法所得到的结果与传统的结果相反，即通过增加氢气流量法可以有效的改善材料的纵向均匀性；当增加氢气流量时，电子温度降低，会使得单位时间内产生的原子氢数目有所下降，I(Hα*)随沉积时间逐渐上升的趋势有所减缓；并且抑制湮灭反应的发生，使得可以分解的硅烷分子增多，使得I(SiH*)随沉积时间逐渐减小的趋势也有所减缓。通过增加氢气总流量，可以使得I(Hα*)/I(SiH*)在沉积过程中达到相对稳定，可以有效地抑制纵向晶化率逐渐增加的趋势，从而制备纵向结构均匀性较好的薄膜。