晶体硅太阳能电池PECVD SiNx

1、晶体硅太阳能电池PECVDSiNx : H薄膜工艺研究PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)即等离子体增强化学 气相沉积是晶体硅太阳能电池制造过程中的一个重要环节，其作用是在晶体硅电 池表面镀一层具有减反射效果同时又具有对电池体、表面进行钝化作用的薄膜。 目前应用在工业化生产上的PECVD类型有直接沉积型(Direct Plasma)PECVD和 间接沉积型(IndirectPlasma)PECVDEs，其所使用设备的典型代表，前者如德国 的Centrotherm，后者如德国的Roth&Rau。Direct Plasma PECVD凭借其

2、出色的 减反钝化效果受到多晶硅生产厂家更多的青睐，而Indirect Plas-ma PECVD凭 借其优越的产能在目前晶体硅太阳能电池行业中也占有一席之位。一、PECVD沉积SiNx： H膜原理PECVD原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的电 极上，通人适量的高纯度反应气体SiH4。和NH3。利用辉光放电气体经一系列化 学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态SiNx： H薄膜。PECVD过程中Sill； 和阳。反应生成SiNx： H是1个非常复杂的化学反应过程，其主要过程如下： TOC o 1-5 h z SiHLSiH + H?(1)SiH. + NHa-SHLNH

3、z + H?2)NHlNH + H(3)SiH2 + NH3SiH3NH2(4)Si H + SiH? f SiSi +H?(5)3SiH,+4NH3-*SUN4+12H2(6)二、试验与结果分析1、工艺温度和工艺气体流量对SiNx： H膜厚度和折射率的影响本试验选择在Roth&Rau PECVD设备上进行，研究不同工艺温度和工艺气体 流量对SiNx： H膜厚度d、折射率n的影响规律。在其他工艺参数保持不变的情 况下，分别改变温度和SiH。流量，温度和SiH。流量的变化范围在设备要求范 围内。结果如图1、图2所示。4不同温度下SiNx：H膜 * 变化情况从图1可以发现，随着沉积温度升高，SiN

4、x： H膜的厚度变大，超过430C 后，膜的厚度有所下降。在410440C范围内，折射率没有明显变化规律。从 图2可以发现，随着SiH。流量的增加，膜的折射率和厚度呈现明显上升趋势， 说明SiH流量的增加可以有效提升膜的沉积速率。SiNx： H的折射率n直接决定 其对太阳光的吸收程度，所以工艺过程中SiH。流量的控制很重要。2、工艺气体流量和射频功率对主要电性能参数的影响本试验选择在Centrotherm PECVD设备上进行，研究射频功率、工艺气体流 量对多晶硅电池开路电压Uoc，短路电流Isc以及光电转换效率Ncell的影响。(1)工艺气体流量比对主要电性能参数的影响本试验在保持NH3流量

5、不变时，改变工艺气体流量比，在设备容许范围内根 据实际情况改变SiH。流量，同时其他工艺参数保持不变。对象为多晶硅太阳能 电池。结果如图3、图4所示。-从图3、图4可以看出，随着SiH流量的减少，光电转换效率先增加、然后 4减小。在NH / SiH。为11时，Uoc、Isc和Ncell达到了最大值，说明在2种工 艺气体比例为11时所镀出的SiNx： H膜与前后道工艺匹配最好，可以达到最佳 钝化减反射效果。ai530.148m s i b=ai530.148m s i b= j1r 11011121315&147图3不同NH3/SiH下光忠转换效率图4 不同NHg/SiH,下Uoc和Isc变化情

6、况(2)射频功率对主要电性能参数的影响本试验在保持其他工艺参数不变的前提下，在设备所容许的射频功率范围 内，使用不同的射频功率验证其对电性能参数的影响。对象为多晶硅太阳能电池。 结果如图5、图6所示。从图5、图6可以看出，随着射频功率从2800W增加至3700W，电池的光电 转换效率、开路电压Uoc以及短路电流Isc均成上升趋势，说明随着功率的上升， SiNx： H膜的减反射和钝化效果得到了提升，但是当射频功率超过3700 W时， Ncell和Isc均有下降趋势，Uoc在功率超过4000 W时下降。说明射频功率过高， 反而影响到了 SiNx： H膜的钝化效果，致使UOC和Ncell下降。射顼功

7、攀府图5不同射功率下电池转换效率3 400370040004200射频功率/3 400370040004200射频功率/*.15.1O.05.OOSJ50段闿88887777图6不同功率下Ug和Tsc变化情魇3、PECVD对品体硅电池少子寿命的影响本试验选择在Centrotherm PECVD设备上进行，对象为单晶硅太阳能电池和 多晶硅太阳能电池。采用WT 一 1000少子寿命测试仪分别测量PECVD前、PECVD 后以及经过快速烧结后电池少子寿命的变化情况，验证Direct Plasma PECVD 对单、多晶硅电池的钝化能力.结果如表1所示。表1 PECVD对晶体硅少子寿命的影响过程多晶畦

8、/件s单晶硅/”PECVD前11, 87-2 一PECVD 后19.39.2快速烧堵后21. 910. 6difference!7*52differenced10. 13, 4注：表1中dMs时4为PECVD前后的少子寿命是值lifter- ence2为PECVD前与烧结后少子寿命差值从表1可以看出，镀膜后品体硅电池的少子寿命有提升，说明PECVD具有一 定的钝化能力，特别是多晶硅太阳能电池钝化效果好于单晶硅太阳能电池，原因 在于单晶硅片般是通过直拉法得到的一个完整的品粒，不存在晶界，缺陷少， 而多晶硅一般通过定向凝固得到，硅片内存在大量晶界和缺陷，Direct Plasma PECVD淀积过程中储存了大量H.在SiNx： H膜里，并且有少量H已经开始进行 了表面和体内钝化，在快速烧结中，一部分H从SiNx： H膜表面逸出，一部分向 硅片表面和体内扩散，很好地钝化多晶硅中的位错、表面态和悬挂键，起到更好 的钝化作用。三、结语随着SiH4流量增加，SiNx： H膜的厚度和折射率上升；随着温度上升，SiNx： H膜的厚度先上升后下降，折射率无明显变化规律。对于Direct Plasma PECVD来说，在只改变工艺气体流量比的情况下，当 工艺气体NH。与Sill。