PECVD功率对减反射膜及电池电性能的影响

1、7%CHINA,.0SUNERGY科技论文PECVDPECVD 功率对减反射膜及电池电性能题目的影响部门技术中心作者姓名袁静完成日期 20082008 年 9 9 月CHINASUNERGY论文诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的科技论文（题目：）是本人独立完成的。尽本人所知，除了论文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名：年月曰.CHINAnn5UNERGY中电电气（南京）光伏有限公司科技论文摘要摘要：本文对板式及管式PECVD中的微波和射频功率进行了调节，通过分析其对氮化硅薄膜厚度与折射率的影响，指出其对目前生产线工艺的影响，以及对最终电池

2、片电性能的帮助作用。关键词：PECVD、功率、转换效率、膜厚、折射率CHINASUNERGYABSTRACTThispaperplateandpipePECVDinthemicrowaveandradiofrequencypowertotheregulation,throughitsanalysisofthesiliconnitridefilmthicknessandrefractiveindexoftheimpactthatitscurrentproductionlineofimpactandtheultimateperformanceofbattery-electrichelpRole.K

3、eywords：PECVDPower、Conversionefficiency、Thickness、RefractiveindexCHINASUNERGY摘要3ABSTRACT.4目录5第一章引言6第二章实验原理72.1 PECVD镀膜机的原理简介7.2.2 PECVD镀膜功率8.第三章实验设计91实验装置9.1实验样品9.1实验方法9.第四章实验结果与分析11板式功率对膜厚及折射率和光程的影响11管式PECVD功率调节对镀膜的影响12功率调节对于电性能的影响1.2第五章结论13参考文献14致谢14CHINASUNERGY第一章引言太阳能电池是一种近年发展起来的新型的电池。太阳能电池是利用光电

4、转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件。在目前流行的晶体硅太阳能电池片工艺中，减反射膜的制备已经成为不可或缺的一环。利用PECVDfc术制备SixNy减反射膜，不仅能够达到减反射的目的，而且能够利用反应中产生的H离子对硅片表面形成良好的钝化效果，对电池片电性能的提高有很大的帮助。目前比较成熟的PECV跋术从设备方面主要分为管式镀膜和板式镀膜， 本篇文章通过调节PECVDI膜机的功率，研究在不同功率下制备的SixNy减反射膜的效果以及其对最终电池片电性能的影响。第二章实验原理PECVD镀膜机的原理简介含氢的氮化硅层具有优异的性能，在硅太阳电池的工业生产中得到广泛的应用。这得益于

5、其能够在同一工艺步骤内完成减反膜的淀积、表面和体钝化。氮化硅层的化学、机械、光学、电性能以及表面和体钝化的效果取决于所选择的淀积工艺。最适合太阳电池生产的淀积方法是采用硅烷和氨气或氮气作为反应气体的化学气相淀积法（CVD）。获得的氮化硅层通常是非化学计量的并含有40%的氢，文字表示为SiNx：H。工业上需要能够大规模淀积SiNx:H层的设备， 各类具有高生产能力的PECVD系统应运而生并得到了广泛的应用， 如MW（microwave）-PECVD技术。MW-supptyquanztubeplasmamagneticIkId图 2.12.1 微波等离子体源示意图板式PECVD如图中2.1中两侧的

6、微波源产生频率为2.45GHz的微波，微波由内置铜导管引入工艺腔，在石英管的周围形成等离子体场。系统中的永磁体产生的磁场可以减少带电粒子的损失，提高等离子体的密度和淀积速率。线性等离子体源因为带电粒子传输机理的要求而在宽度上受到限制，最佳的折中方案是等离子体源内包含1根石英管系统。微波等离子体具有较高浓度的低能（10eV）带电粒子，不会对基体造成明显的损伤，满足薄膜淀积工艺要求。在0.01500mbar的压强范围内适用与不同工艺要求的气体。3管式PECVD主要由工艺管及电阻加热炉、净化推舟系统、气路系统、电气控制系统、计算机控制系统、真空系统、射频系统等7大部分组成，其设备构成示意图见图2.2

7、。射频源产生频率为13.56MHz。电阻加热炉净化推母系统气路系图 2.22.2 管式 PECVPECV 段备1PECVD镀膜功率影响PECVD镀膜结果的工艺参数有很多，例如硅烷与氨气的流量比及总量、衬底温度、压强、速度等。本文主要探讨功率对镀膜结果的影响。PECVD和N对于等离子体的成份来说，希望SiH4H3能充分电离，然而就会导致所需要的功率较大或压力较低，就导致了所生长的膜的不致密或者吸光系数过高，从而直接影响到太阳能电池的转换效率，因此在获得从光学上所需的折射率后要综合吸光系数等来获得高的转换效率。而在等离子体电源的功率变化过程中能获得一个最佳的电源功率。大等离子体电源的功率变化的影响

8、， 主要是因为Si和N的比率以及膜的致密性发生了变化，如果功率不够的话，SiH4和NH3并没有充分电离，存在SiH3、SiH2、SiH1、NH2、NH1的离子态，在这种情况下，即使折射率一样，吸光系数也会很高。这样的膜直接降低电池的转换效率。等离子体电源的功率同时也改变了少子寿命，表面钝化降低硅表面活性，使表面的复合速度降低。2CHINASUNERGY第三章实验设计实验装置本实验采用等离子体化学气相淀积（PECVD法沉积氮化硅薄膜，这种方法沉积温度低、均匀性好、薄膜缺陷密度低。PECVDC积氮化硅一般由SIH4和NH在等离子体气氛下反应生成，反应式如下：SIH4+NH3SIxNy+3H2.实验

9、样品本试验样品为江苏中能和锦州阳光S125的硅片，硅片厚度200叩,电阻率0.5-3Q-cnr3.3实验方法在R&R和Centrotherm设备上，用PECVIM,改变微波功率或射频功率分别沉积氮化硅薄膜，沉积温度，压强，气体流量，速度（时间），分别见下表3.1,表3.2o然后利用椭偏仪测试氮化硅薄膜的厚度及折射率从而计算出光程，比较随功率变化减反射膜各项参数的变化。表3.1R&RPECVDC积氮化硅的实验参数NH3(sccm)1790SiH4(sccm)743Pessure(mbar)0.15Temperature(C)400Velocity(cm/min)72表3.2Cen

10、trothem沉积氮化硅的实验参数NH3(slm)SiH4(sccm)Pessure(mTorr)Temperature(C)Time(s)3.43201700450-3.3.1板式功率实验设计在R&R1,以表3.1的实验参数，在线改变功率参数分别为2500w,2700w,2900w,3100w,取同一板相同位置一横排六片，分别测量其膜厚与折射率。再取一批片子300片，以两板为一小组，最后三板为一组，改变每组功率2600w,2800w,3000w,3200w,测量其膜厚与折射率，并统计每一小组最终的电性能。.2管式功率实验设计在Centrotherm镀膜机上，取同一舟同一管分别用270

11、0w,2900w,3100w,3300wCHINASUNERGY镀膜四次，每一管取炉口，炉中，炉尾各三片，分别测量其膜厚与折射率。再取两批片子混差，分三舟，用2700w,2900w,3100w镀膜，测量膜厚与折射率，并统计每一小组的电性能。第四章实验结果与分析4.1板式功率对膜厚及折射率和光程的影响图 4.14.1 左图为板式功率对膜厚及折射率的影响，右图功率对光程的影响传输速度为 72cm/min72cm/min从图4.1可以看出，随着功率升高，膜厚和光程均增加，而折射率略有下降说明微波功率对沉积速度有明显的提升作用。根据光程的定义可知，光程增加来自于膜厚的增加。微波功率/wd/nmnv/c

12、m/min270078.112.008873.5290079.552.005475.5310079.362.025477.5330079.472.025279.5表4-2微波功率对折射率的影响由于折射率随膜厚有三种可能的变化，需要在保证膜厚不变的情况下，研究微波功率对折射率的影响。由表4-2可知，当膜厚变化范围控制在1.5nm内时，微波功率升高600W,折射率增加了0.0166。 结合图4-1,折射率的降低是由于膜厚的增加引起的。 并且从表4-2还可以看出微波功率和传送速度等间距增长时，膜厚基本在一定范围内，调节功率200w,传送速度相应增加2cm/min,膜厚控制在2nm以内。4.2管式PE

13、CV助率调节对镀膜的影响图 4.24.2 左图管式 HFHF 功率对膜厚及折射率的影响，右图管式功率对光程的影响由图4-2可以看出管式HF功率的改变对氮化硅薄膜的影响与板式基本一致4.3功率调节对于电性能的影响PUocIscRsRshFFNCellop26000.6155.2170.005066.3576.440.165114628000.6155.2290.005570.6076.450.165415330000.6155.2220.005064.2176.850.166116032000.6165.2300.005355.7277.220.1673163表 4.34.3 板式功率对电性能的

14、影响PUocIscRsRshFFNCellop27000.6225.2000.005077.2878.850.171714329000.6245.2530.0057107.2778.570.173515831000.6255.2690.005488.8178.650.1742165表 4.44.4 管式功率对电性能的影响从表4.4和4.3可以看出， 随着功率的升高， 板式、 管式镀膜对电性能参数包括短路电流、开路电压、效率都有不同程度提升，而且变化趋势一致。说明高功率及较大膜厚对电性能有增益。CHINASUNERGY第五章结论功率对沉积速度有很大的提升作用，膜厚随着功率的增加而增大，而折射率随之膜厚的增加而缓慢减小，在线调节功率时需要相应调节传输速度。功率对电性能的提升可能来自与膜厚的增加，或者是由于功率的升高改变了气体的电离程度，对薄膜微观性能产生了影响。因此需要进一步排除膜厚对电性能的影响。CHINASUNERGY参考文献.宋玲、刘恺等，生产型管式 PECV 股备，半导体制造设备，2005 年 10 月 31 日：34-35 页;.李军阳、