太阳电池阶段工艺总结PECV课件

1、PECVD阶段工艺调试总结zhaokexiongzhao主要内容 1、引言 2、SiNx的折射率与膜厚研究 3、SiNx的钝化效果研究 4、管式PECVD和板式PECVD的对比 5、后期实验计划 1.引言 在工艺调试的第一阶段主要对设备的结构、参数及维护等进行了学习和调试，第二阶段则在第一阶段的基础之上对薄膜的折射率、膜厚及钝化进行了较为详细的研究，此外对比了板式和管式PECVD的镀膜效果。 在工艺调试之前必须明白好的氮化硅薄膜应具有哪些特点，概括起来主要有以下三点： 无吸收的减反射层； 好的表面钝化效果； 好的体钝化效果。 在知道了工艺调试的目标后，还应该理清影响氮化硅薄膜的各个因素。板式P

2、ECVD的影响因素分工艺参数和外部环境及认为因素，它们对SiNx膜的厚度、折射率和钝化效果均有一定程度的影响，详见图1-1。2. SiNx的折射率与膜厚研究 2.1 实验设计 2.2 试验结果与分析 2.3 薄膜厚度对反光率及电池片光电性能的影响2.1 实验设计 实验已经表明薄膜厚度及折射率的主要影响因素分别是载板速度和气流量比，但是别的因素的影响规律尚不清楚，因此实验主要考查温度、硅氮比、压力和微波功率对折射率和膜厚的影响。实验设计采用DOE正交法，详见表2-1。实验为4因子2水平，按照DOE设计原理，需要做2N-1组实验，也就是8组，考虑到实验的重复性及需要加入的中心点个数，实验总计要进行

3、18组。导电浆料的基本组成表2-1 正交实验设计标准序运行序中心点区组TemperaturePowerPressureGas ratio1111135034000.224121135022000.223.21431140022000.253.21541135034000.253.21750137528000.2353.61860137528000.2353.6771135034000.253.2381135034000.224991135022000.223.24101140034000.223.22111140022000.2248121140034000.25416131140034000

4、.25413141135022000.2546151140022000.253.210161140022000.22412171140034000.223.25181135022000.2542.2 试验结果与分析2.2.1 薄膜厚度的变化规律2.2.1 薄膜厚度的变化规律 SiNX薄膜厚度的变化会使其光学厚度随之变化，进而影响薄膜对可见光的反射率。而反射率的高低与电池片的光电转化效率有密切的关系。表2-2是实验结果，从进行的2组实验数据来看，随着薄膜厚度的减小，反射率（400-1000nm）、开路电压、短路电流和转化效率均随之降低。按理说反射率降低，电池片的开路电压、短路电流和转换效率会有所

5、增大，但是实验结果刚好相反，导致其原因可能存在下面原因：（1）比较光反射图谱会发现随着薄膜厚度减小，光的反射率在400-600nm范围内降低，在600-1000nm范围内增强，min向短波方向移动，对短波长的光吸收增强，但同时使红光的吸收减弱；（2）电池片的光谱响应在长波和短波区不同，可能是我们扩散的硅片在短波范围量子效率低，而在长波范围量子效率高，短波区反射率减少带来的光吸收增益不足于弥补长波区反射率增大导致的光吸收损失。2.3 薄膜厚度对反光率及电池片光电性能的影响表2-2 薄膜厚度与反射率及光电性能的关系实验编号载板速度薄膜厚度折射率反射率minVOCISCcm/minnm400-100

6、0nm400-600nm600-1000nmnm VA%1-P116483.782.06577.7215.313.896500.61458.16415.3216882.12.07077.6213.214.776400.61278.122415.1717480.222.07687.3611.495.276200.61248.113915.1417878.532.07337.1512.184.616110.61298.090715.132-P217283.12.06587.5914.624.056520.61327.974315.1718277.382.07297.3610.555.746080.

7、61217.94315.0919075.262.087.1411.055.176010.61137.865214.943、SiNx的钝化效果研究3.1 实验设计实验采用三种方案：实验一：管式、板式结合镀膜；实验二：采用不同的N/Si比例；实验三：利用板式PECVD的设备特点沉积两层不同N/Si比的SiNX薄膜。3.2实验一3.2.1实验一模型及测试结果 先用管式PECVD对捷佳创扩散的硅片进行不同时间的短暂预镀，其目的是发挥管式优越的体钝化，之后再进行板式镀膜，目的是发挥其较好的表面钝化及优越的均匀性，实验模型见图3.2.1。预镀的时间分别为150s和300s，印刷在2号线进行，分三批印刷，用

8、新的正银浆料。实验一模型与测试结果 板式PECVD管式PECVDSi基体实验UocIscNCell原工艺10.6129 8.0868 0.1560 20.6136 8.0338 0.1552 30.6139 8.0760 0.1541 150S预镀40.6142 8.1807 0.1559 300S预镀50.6166 8.1479 0.1564 3.2.2 实验一结论 采用管式预镀并结合板式PECVD法制备的氮化硅薄膜具有比原工艺更佳的钝化效果，最后的测试结果显示短路电流分别较原工艺提高了0.12A和0.6A。此方法虽然可以取得较好的钝化效果，并避免了管式PECVD产生的色差，但是工艺复杂且产

9、能很低，不利于大规模生产。3.3 实验二实验一烧结后少子寿命测试（us）膜厚与折射率测量最大值最小值平均值中值膜厚(nm)折射率1600-4005.903 2.049 4.658 4.732 84.060 2.052 6.551 3.166 4.828 4.898 83.450 2.051 8.798 2.958 4.970 4.955 82.500 2.037 7.215 2.838 4.845 4.898 83.520 2.043 6.100 2.367 4.732 4.842 83.620 2.050 平均值6.913 2.676 4.806 4.865 83.430 2.046 152

10、0-44017.013 3.316 6.421 5.888 83.040 2.065 10.860 2.411 5.494 5.248 81.640 2.051 13.074 2.572 5.495 5.309 82.750 2.071 12.033 4.000 6.257 5.888 82.650 2.067 16.592 3.356 6.101 5.495 81.700 2.057 平均值13.914 3.131 5.954 5.566 82.356 2.062 1500-50015.559 3.092 5.655 5.309 84.320 2.116 11.932 2.891 5.457

11、 5.309 84.210 2.110 17.491 3.452 6.202 5.495 83.670 2.099 15.172 3.712 5.919 5.495 84.400 2.106 9.664 3.643 5.341 5.188 83.840 2.122 平均值13.964 3.358 5.715 5.359 84.088 2.111 1450-55017.761 3.478 5.792 5.433 82.950 2.183 15.710 3.091 6.169 5.495 83.190 2.186 20.095 3.702 5.847 5.248 83.050 2.180 20.1

12、68 3.650 6.647 5.559 83.000 2.182 25.090 3.664 6.243 5.495 83.090 2.197 平均值19.765 3.517 6.139 5.446 83.056 2.185 实验二烧结后少子寿命测试（us）膜厚与折射率测量最大值最小值平均值中值膜厚(nm)折射率1600-4008.504 2.593 5.247 5.370 81.682.045 10.979 2.787 5.141 5.288 79.682.030 9.012 2.874 5.375 5.433 78.252.021 10.420 2.456 5.374 5.433 80.6

13、42.024 12.251 2.195 5.669 5.623 83.482.041 平均值10.233 2.581 5.362 5.429 80.746 2.032 1520-4409.808 3.323 5.359 5.309 83.210 2.066 8.410 3.756 5.194 5.129 80.750 2.055 13.505 3.051 5.589 5.433 79.960 2.047 12.742 2.823 5.409 5.309 81.740 2.050 13.357 3.523 5.709 5.433 80.260 2.060 平均值11.564 3.295 5.45

14、2 5.322 81.184 2.055 1500-50012.087 4.305 6.039 5.821 82.650 2.113 12.588 4.044 5.705 5.559 83.840 2.119 15.365 4.289 6.212 5.754 81.610 2.091 24.487 3.787 6.285 5.754 80.620 2.082 13.428 3.961 6.631 5.888 80.980 2.091 平均值15.591 4.077 6.174 5.755 81.940 2.099 1450-55028.604 3.063 6.088 5.559 81.880

15、2.158 28.971 2.496 6.094 5.370 79.900 2.187 25.415 2.969 6.670 5.754 82.730 2.156 29.867 2.949 6.537 5.495 78.170 2.186 19.416 2.637 5.930 5.070 80.390 2.171 平均值26.455 2.823 6.264 5.450 80.614 2.1716 3.3.1 实验二方案 实验分别采用不同的气体流量比，即NH3/SiH4分别为1600/400、1520/440、1500/500和1450/550，别的工艺参数保持不变。3.3.2实验二测试结果与分

16、析 实验的测试结果详见下表。流量比实验PmppUocIscNCell实验一1600-4003.8014 0.6162 8.1730 0.1562 1520-4403.8281 0.6175 8.1557 0.1573 1500-5003.8622 0.6189 8.2029 0.1587 1450-5503.7944 0.6166 8.1034 0.1559 实验二1600-4003.8332 0.6142 8.1602 0.1575 1520-4403.9048 0.6172 8.2408 0.1605 1500-5003.8694 0.6167 8.1799 0.1590 1450-550

17、3.8822 0.6186 8.1990 0.1595 从实验数据可以看出，随着流量比（NH3/SiH4）的减小，镀膜的钝化效果依次增强， 短路电流和转换率则是先增大后减小。流量比变化时，薄膜的折射率、密度、Si-H键和N-H键也随之变化，其规律可以从文献资料中看出，见表3.3.2-3。折射率密度N/SiSi-HN-HSi-NN-H/Si-Hg/cm3(1022cm-3)(1022cm-3)(1022 cm-3)2.32.250.911.190.273.350.232.172.531.290.50.884.131.762.032.411.330.310.753.812.412.052.331.

18、20.540.623.631.15引用来源：(ON COMBINING SURFACE AND BULK PASSIVATION OF SiNx:H LAYERS FOR mc-Si SOLAR CELLS) 要获得良好的钝化效果，SiNx膜必须足够的致密且含有大量的N-H键。从引用的数据中发现，当折射率为2.17（板式法流量比为1450/550）时，SiNx膜中的N-H键含量最高，且薄膜比较致密，钝化效果最好。当折射率为2.05左右时，SiNx膜的透光率良好，但钝化效果差。当折射率为2.3左右时，SiNx膜的透光率变差，但是表面的钝化增强。3.4.1 实验三方案3.4 实验三 实验二已经证明

19、了当折射率在2.05左右时，SiNx膜的透光性尽管良好，但钝化效果最差，镀膜后少子寿命较低，导致电池的短路电流和光电转化效率偏小；但是折射率增大又会使SiNx膜的透光性变差。所以，实验三结合SiNx膜的特点，选择性的在硅片的底部沉积折射率大（即流量比小）的薄膜，以增强发射极的表面钝化和体钝化；在折射率较高的SiNx膜之上再沉积一层折射率较小的SiNx膜，以增加透光率。实验三的模型见下图。n大n小钝化差，透光性好钝化好，透光性差n小Si基体n大3.4.2实验三测试结果实验流量下流量上薄膜下薄膜上NH3SiH4NH3SiH4厚度折射率厚度折射率6_114505501520480412.185412

20、.0656_215005001520480412.111412.0656_316004001520480412.04412.065原工艺注释： 原工艺没有SiNx膜的上下之分，也就是说薄膜均有相同的Si/N比例，选择的流量为：SiH4 440SCCM，NH3 1520SCCM，折射率为2.065。实验AVE/MEDPmppUocIscFFNCell实验6-1AVE3.9225 0.6167 8.3071 76.5652 0.1612 MED3.9216 0.6165 8.3170 76.5935 0.1611 实验6-2AVE3.9143 0.6159 8.2881 76.6759 0.160

21、8 MED3.9157 0.6162 8.2898 76.7233 0.1609 实验6-3AVE3.9076 0.6166 8.2808 76.5241 0.1606 MED3.9068 0.6162 8.2840 76.6302 0.1605 实验三钝化效果对比实验编号烧结后少子寿命测试（us）膜厚与折射率测量最大值最小值平均值中值膜厚(nm)折射率实验6-126.264 3.127 7.785 6.609 82.042.1447 15.441 3.173 6.349 6.237 83.242.1310 29.961 3.360 7.973 6.839 83.412.1289 24.859

22、 2.313 6.844 6.531 83.022.1298 33.179 2.188 8.522 6.998 81.792.1440 平均值25.941 2.832 7.495 6.643 82.700 2.136 实验6-227.892 3.296 6.578 6.166 84.342.103926.353 3.499 6.877 6.237 80.022.121416.711 2.946 5.898 5.821 84.962.101518.467 3.508 6.098 5.957 85.212.090921.399 2.426 6.137 5.888 84.882.0989平均值22.

23、164 3.135 6.317 6.014 83.882 2.103 实验6-325.261 3.514 6.376 6.095 83.220 2.050 18.454 3.644 6.678 6.457 83.790 2.052 14.083 3.946 6.528 6.310 83.310 2.057 7.591 1.962 5.562 5.821 83.600 2.067 11.040 1.911 5.401 5.623 82.990 2.058 平均值15.286 2.995 6.109 6.061 83.382 2.057 原工艺24.193 2.309 6.160 5.957 82

24、.510 2.063 27.161 3.045 6.781 6.383 82.560 2.068 9.131 2.510 4.946 4.955 84.860 2.050 8.716 2.929 4.992 4.945 80.920 2.056 9.813 2.784 4.914 4.898 82.470 2.059 平均值15.803 2.716 5.559 5.427 82.664 2.059 3.4.3 实验三结论 从测试的结果来看，实验三的设计思想是正确的，充分发挥了SiNx膜的钝化和减反射作用。随着底层SiNx膜Si/N比例的提高，其钝化效果逐步增强，这从镀膜后的少子寿命和电池片短路电流的变化规律可以证明。此外，