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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：SiHLSiH + H?(1)SiH. + NHa-SHLNHz + H?2)NHlNH +
3、 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，SiNx： H膜的厚度变大，超过43
4、0C 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流量不变时，改变工艺气体流量比，在
5、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= 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
6、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。射顼功攀府图5不同射功率下电池转换效率3 40037004000420
7、0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/件s单晶硅/”PECVD前11, 87-2 一PECVD 后19.39.2快速烧堵后21. 910. 6d
8、ifference!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
9、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。2) 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。流量比例为11时，多晶硅太阳能电池转换效率最高；在 只改变射频功率的情况下，当射频功率从2800W升至4200W时，多晶硅太阳能电 池转换效率先上升后下降，3700W时光电转换效率最高。3) Direct Plasma PECVD对多晶硅太阳能电池的钝化效果好于单晶硅太阳能 电池。
