水电开发公司PECVD工艺培训讲座PPT.ppt

中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltd pecvd工艺技术 技术部 2012-03 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd 晶硅太阳能电池加工工艺 晶硅电池生产工艺流程 硅片检测 磷扩散 pecvd 丝网印刷 烧结 13 56 7 清洗制绒 2 洗磷刻蚀 4 检测分选 8 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd 目录 工艺原理1 设备介绍2 工艺控制3 过程检验4 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd pecvd工艺 1 pecvd相关定义 2 pecvd减反射膜的作用 3 pecvd原理 4 减反射膜的种类及特点 工艺原理1 2 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd pecvd工艺 pecvd -等离子增强的化学气相沉积 plasma enhanced chemical vapor deposition 等离子体-气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电 子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态 ，这种形态就称为等离子态。 pecvd相关定义3 1 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd 近代科学研究的结果表明，物质除了具有固态、液态和气态的这三种 早为人们熟悉形态之外，在一定的条件下，还可能具有更高能量的第四种 形态等离子体状态。普通气体由电中性的分子或原子组成，而等离子 体则是带电粒子和中性粒子的集合体。等离子体和普通气体在性质上更是 存在本质的区别，首先，等离子体是一种导电流体，但是又能在与气体体 积相比拟的宏观尺度内维持电中性；其次，气体分子间不存在净电磁力， 而等离子体中的带电粒子之间存在库仑力；再者，作为一个带电粒子体系 ，等离子体的运动行为会受到电磁场的影响和支配。因此，等离子体是完 全不同于普通气体的一种新的物质聚集态。 pecvd工艺 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd pecvd工艺 n 为什么要做减反射膜 硅片经扩散到腐蚀周边工序后，已具备光电转换能力。但是，由于光在硅 表面的反射使光损失约1/3，即使经绒面处理的硅表面，损失仍约为11%。 为减少反射损失，根据薄膜干涉原理，在电池表面制作一层减反射膜，使 电池短路电流和输出增加。 pecvd减反射膜的作用3 2 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd pecvd工艺 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd pecvd工艺 n sin膜的作用 减反射作用 照射到硅片上的光有相当一部分会被反射掉。如果在硅表面制备一 层或多层薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，这 种膜称为太阳电池的减反射膜arc(antireflection coating)。制备 减反射膜后，电池的短路电流会有很大增加，转换效率相应也有很 大提高。 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd pecvd工艺 钝化作用 pecvd沉积sin膜时，反应产生的气体中含氢，因此沉积的薄膜中 有较高的氢含量，氢会从sin薄膜中释放，扩散到界面和硅中，最 终与悬挂键结合，起到钝化作用。 pecvd沉积sin薄膜会有一定程度的表面损伤，形成较多空位。空 位能增强氢的扩散，和氢形成氢空位对v、h。使氢更容易与 缺陷及晶界处的悬挂键结合，从而减小界面态密度和复合中心。 对于多晶硅和其它低质量的硅片（如硅带），因为体内具有大量的 空位、缺陷和晶界等，沉积sin膜后能获得很好的表面和体内钝化 效果。因此，sin膜在低质量硅片制作的电池上的钝化效果更为明 显。 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd pecvd工艺 钝化太阳电池的体内 在sin减反射膜中存在 大量的h，在烧结过 程中会钝化晶体内部 悬挂键。 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd pecvd工艺 pecvd的原理3 3 硅基光伏电池有不 同的光谱响应灵敏度，能 够产生光伏效应的太阳辐 射波长范围一般在0.4- 1.2um左右，从图中可以 看出硅基光伏电池光谱响 应最大灵敏度在0.8- 0.95um之间。 硅基光伏电池的相对光谱响应曲线 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd pecvd工艺 一次反射r1 sin n-si n0 n1 ns 二次反射r2 通过调整薄膜厚度及折射率，使得 两次反射产生相消干涉，反射光相 位相差180度即光程差为1/2波长 。薄膜的厚度应该是1/4波长的光 程，即光程差n1d1=/4。 d1 空气或玻璃 n0=1 or 1.5； 硅 n2=3.87； sin减反膜的最佳折射率n1为 1.9或 2.3； 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd 一般说来,采用pecvd 技术制备薄膜材料时，薄膜的生长主要包含以下 三个基本过程： l （一）在非平衡等离子体中，电子与反应气体发生初级反应，使得 反应气体发生分解，形成离子和活性基团的混合物； l （二）各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运，同时发生各 反应物之间的次级反应； l （三）到达生长表面的各种初级反应和次级反应产物被吸附并与表 面发生反应，同时伴随有气相分子物的再放出。 pecvd工艺 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd | （一） 在辉光放电条件下，由于硅烷等离子体中的电子具有几个ev 以 上的能量，因此h2和sih4受电子的碰撞会发生分解，此类反应 属于初级反应。若不考虑分解时的中间激发态，可以得到如下 一些生成sihm（m=0,1,2,3）与原子h 的离解反应： pecvd工艺 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd 按照基态分子的标准生产热计算，上述各离 解过程(2.1)(2.5)所需的能量依次为2.1、4.1、4.4、 5.9ev 和4.5ev。 e+sih4sih2+h2+e (2.1) e+sih4sih3+h+e (2.2) e+sih4si+2h2+e (2.3) e+sih4sih+h2+h+e (2.4) e+h22h+e (2.5) pecvd工艺 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd 等离子体内的高能量电子还能够发生如下的电离反应： e+sih4sih2+h2+2e (2.6) e+sih4sih3+ h+2e (2.7) e+sih4si+2h2+2e (2.8) e+sih4sih+h2+h+2e (2.9) v 以上各电离反应(2.6)(2.9)需要的能量分别为11.9，12.3， 13.6和15.3ev，由于反应能量的差异，因此(2.1)(2.9)各反 应发生的几率是极不均匀的。 pecvd工艺 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd 此外，随反应过程(2.1)(2.5)生成的sihm也会发生下列的次 级反应而电离，例如 sih+esih+2e (2.10) sih2+esih2+2e (2.11) sih3+esih3+2e (2.12) pecvd工艺 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd 上述反应如果借助于单电子过程进行，大约需要12ev 以上的能量。鉴于通常制备硅基薄膜的气压条件下（10 100pa）,电子密度约为1010cm-3的弱电离等离子体中10ev 以上的高能电子数目较少,累积电离的几率一般也比激发几 率小，因此硅烷等离子体中，上述离化物的比例很小， sihm的中性基团占支配地位，因为所需能量不同，sihm的 浓度按照sih3,sih2,si,sih 的顺序递减。 pecvd工艺 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd | （二） 除上述的离解反应和电离反应之外，离子分子之间的次级反应也很重要： sih2+sih4sih3+sih3 (2.13) 因此，就离子浓度而言，sih3+比sih2+多。它可以说明在通常的sih4 等离 子体中sih3+离子比sih2+离子多的原因。 此外，还会发生由等离子体中氢原子夺取sih4中氢的分子-原子碰撞反应： h+ sih4sih3+h2 (2.14) 这是一个放热反应，也是形成乙硅烷si2h6的前驱反应。当然上述基团不仅 仅处于基态，在等离子体中还会被激励到激发态。对硅烷等离子体的发射光 谱研究的结果表明，存在有 si, sih, h 等的光学允许跃迁激发态11,也存在 sih2,sih3的振动激发态。 pecvd工艺 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd |（三） 硅烷等离子体中的离化基团只是在低气压（400勒克斯，采用肉眼目测 整个硅片表面呈深蓝色，颜色均匀，无 明显花斑、白边与深度色差，即判定 合格 sin膜厚检测激光椭偏仪进行膜厚测量sin膜厚在70-90nm，即判定合格 折射率激光椭偏仪进行折射率测量折射率在2.02.2，即判定合格 反射率积分反射仪进行反射率测量反射率6%，即判定合格 中电投西安太阳能电力有限公司中电投西安太阳能电力有限公司 cpi xian solar power co., ltdcpi xian solar power co., ltd pecvd工艺 氮化硅颜色与厚度的对照表 颜 色 厚度（nm ） 颜 色厚度（nm）颜 色厚度（nm） 硅本色0-20很淡蓝色100-110蓝 色210-230 褐 色20-40硅本色110-120蓝绿色230-250 黄褐色40-50淡黄色120-130浅绿色250-280 红 色55-73黄 色130-150橙黄色280-300 深蓝色73