晶體硅太陽能電池表面PECVD淀積SiN減反射膜工藝研究

1、畢 業(yè) 論 文 題 目 晶體硅太陽能電池表面PECVD淀積SiN減反射膜工藝研究目 錄摘要 1緒論 3第一章 PECVD淀積氮化硅薄膜的基本原理61.1化學氣相淀積技術 61.2 PECVD原理和結(jié)構(gòu) 61.3 PECVD薄膜淀積的微觀過程 8 1.4 PECVD淀積氮化硅的性質(zhì) 9 1.5表面鈍化與體鈍化 9第二章 實驗 112.1 PECVD設備簡介 112.2 PECVD設備操作流程 132.3 SiN 減反射膜PECVD淀積工藝流程132.4最佳薄膜厚度和折射率的理論計算 132.5 理論實驗總結(jié) 15結(jié)束語 16參考文獻 1718晶體硅太陽能電池表面PECVD淀積SiN減反射膜工藝研

2、究摘 要等離子增強化學氣相淀積氮化硅減反射薄膜已經(jīng)普遍應用于光伏工業(yè)中，其目的是在晶體硅太陽能電池表面形成減反射薄膜，同時達到了良好的鈍化作用。氮化硅膜的厚度和折射率對電池性能都有重要的影響。探索最佳的工藝條件來制備最佳的薄膜具有重要意義。本課題是利用Roth&Rau的SiNA設備進行淀積氮化硅薄膜的實驗，介紹了幾種工藝參數(shù)對薄膜生長的影響，獲得了生長氮化硅薄膜的最佳工藝條件，制作出了高質(zhì)量的氮化硅薄膜。實驗中使用了橢偏儀對樣品進行膜厚以及折射率的測量。關鍵詞：等離子增強化學氣相淀積，氮化硅薄膜，太陽能電池，光伏效應，鈍化ABSTRACTSiN Film plasma-enhanced

3、 chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences

4、to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film

5、 was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment.Key words: PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, pa

6、ssivation 第一章 緒論從2003年開始，全球化石能源的缺乏引發(fā)了能源價格不斷攀升，可再生能源也因此得到了更多的重視，太陽能光伏行業(yè)迎來了發(fā)展的春天。1.1 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來人類歷史上從未有如2009年底哥本哈根會議那樣的事件，會使“節(jié)能減排”、“低碳”等字眼如此深入人心，全球經(jīng)濟的發(fā)展方向和導航標也已然轉(zhuǎn)向了低碳經(jīng)濟。太陽能作為一種清潔的可再生能源，是未來低碳社會的理想能源之一，當下正越來越受到世界各國的重視。CSIA最新研究報告稱1，目前太陽能電池主要分為單晶硅電池、多晶硅電池和薄膜電池三種。單晶硅電池技術成熟，光電轉(zhuǎn)換效率高，但其生產(chǎn)成本較高，技術要求高；多晶硅電池成

7、本相對較低，技術成熟，但光電轉(zhuǎn)換效率相對較低；而薄膜電池成本低，發(fā)光效率高，但目前其在技術穩(wěn)定性和規(guī)模生產(chǎn)上均存在一定的困難。隨著技術的進步，未來薄膜電池會有更好的發(fā)展前景在各國政府的大力支持下，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。2006年至2009年，太陽能光伏電池產(chǎn)量的年均增長率為60%。由于受到2008年金融危機的影響，2009年前兩個季度光伏電池產(chǎn)量的增長速度有所放緩，但隨著2009年下半年市場需求的復蘇，2009年全年的太陽能電池產(chǎn)量達到了10431MW，比2008年增長42.5%。目前太陽能光伏發(fā)電的成本大約是燃煤成本的1118倍，因此目前各國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大多依賴政府的補貼，政府的

8、補貼規(guī)模決定著本國的光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模。目前在政府的補貼力度上，以德國、西班牙、法國、美國、日本等發(fā)達國家的支持力度最大。2008年，西班牙推出了優(yōu)厚的光伏產(chǎn)業(yè)補貼政策，使其國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了爆發(fā)式發(fā)展的態(tài)勢，一度占據(jù)了世界光伏電池產(chǎn)量的三分之一強。2009年德國光伏組件安裝量高達3200MW，占全球安裝量的50.4%。目前，中國已形成了完整的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈。從產(chǎn)業(yè)布局上來看，國內(nèi)的長三角、黃渤海、珠三角及中西部地區(qū)已形成各具特色的區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群，并涌現(xiàn)出了無錫尚德、江西賽維、天威英利等一批知名企業(yè)。截止到2009年年底,全球太陽能電池累計安裝量已達到24.5GWp，而中國太陽能電池產(chǎn)量為93

9、00MW，占全球總產(chǎn)量的40%以上，已成為為全球太陽能電池生產(chǎn)第一大國。1.2 晶體硅太陽能電池技術的發(fā)展晶體硅太陽電池是光伏行業(yè)的主導產(chǎn)品2，占市場份額的90%，尤其是多晶硅太陽電池的市場份額已遠超過單晶硅電池的市場份額，自從六十年代太陽能電池作為能源應用于宇航技術以來，太陽能電池的技術得到非常迅速的發(fā)展，單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已接近25%（單晶硅電池理論上極限轉(zhuǎn)換效率為27%），多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效已接近近20%。由于太陽能光伏電池的高制造成本使得它的發(fā)展和應用受到了一定的影響3。而如果太陽能光發(fā)電的成本能夠下降到10美分/千瓦時，將有巨大的經(jīng)濟效益！所以現(xiàn)在所有的光伏企業(yè)以及研究

10、機構(gòu)都在努力研究更加先進的太陽能電池制作工藝和尋找更好更加廉價的電池材料，以達到提高轉(zhuǎn)化效率，降低成本的目的。對晶體硅電池的研究應遵循以下工藝原則，即低成本、大批量和高效化。薄片化具有雙重目的。薄片化可以降低成本，同時薄片電池可以降低載流子的體內(nèi)復合從而提高光電轉(zhuǎn)化效率。目前硅片厚度已普遍地從370m降到240m，很多廠家已減薄到220m，仍能保持較高的成品率?，F(xiàn)在已開始試制200m的薄硅片產(chǎn)品。所以不斷減薄硅片厚度，同時又保持高的成品率、產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化效率可以大幅降低成本。預計到不久的將來薄片電池可以做到100m4。大片化符合大批量的原則，目前多數(shù)光伏企業(yè)已能批量生產(chǎn)六英寸和八英寸晶圓硅片。而根

11、據(jù)預測，中國有可能在未來156×156（mm）單晶硅片生產(chǎn)上，占有讓國際光伏圈內(nèi)不可小視的一席之地。因為中國有批量生產(chǎn)8吋單晶爐設備的廠家，很多硅片廠家也在上8吋單晶生產(chǎn)線，這些都將大大促進中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而，在次展望中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來，道路坎坷但前景不可估量。通過設計優(yōu)化太陽電池生產(chǎn)工藝和電池結(jié)構(gòu)，已經(jīng)研制出了許多高效電池。其中包括PESC電池（發(fā)射結(jié)鈍化太陽電池）、表面刻槽絨面PESC電池、背面點接觸電池（前后表面鈍化電池）和PERL電池（發(fā)射結(jié)鈍化和背面點接觸電池）。由這些電池設計和工藝制造出的電池的轉(zhuǎn)換效率均高于20%，其中保持世界記錄（24.7%）的單晶硅和多晶硅

12、電池（19.8%）的轉(zhuǎn)換效率均是由著名的澳大利亞新南威爾斯大學設計的PERL電池實現(xiàn)的。但由于工藝復雜，應用于工業(yè)生產(chǎn)成本過高。以硅片為載體的光伏電池制造技術，其理論極限效率為29。近年來由于一系列新技術的突破，硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)業(yè)化水平單晶16%18、多晶15%17，按目前的晶體硅電池效率路線圖與電池技術，提升效率的難度已經(jīng)非常大。因此有人預言硅電池的市場生命周期，但產(chǎn)品市場生命力的決定因素是其性價比，就如半導體集成電路一樣近一個世紀了仍然離不開硅基，晶體硅太陽能電池作為光伏發(fā)電主要材料的現(xiàn)狀不會改變，市場主導地位將繼續(xù)延續(xù)！其特征將會是向著高效率、大尺寸、超薄化、長壽命方向發(fā)展。隨著我

13、們對半導體材料與光伏技術研究的不斷深入，必將會不斷誕生一些突破性的技術來巔覆傳統(tǒng)、提升太陽能電池的效率、降低系統(tǒng)發(fā)電成本，實現(xiàn)光伏發(fā)電從補充能源向主流能源的躍進！只是以前這些技術都由國外企業(yè)與機構(gòu)產(chǎn)生?？梢灶A見通過中國廣大“光伏人”的努力，今后這些革命性的技術突破將會在我們中國本土企業(yè)與科研機構(gòu)中產(chǎn)生！ 1.3 本課題的主要內(nèi)容目前眾多光伏企業(yè)都采用PECVD的方法在太陽能電池表面淀積一層氮化硅減反射薄膜。這除了可以大大減少光線的反射率外，它還起到了良好的表面鈍化和體鈍化效果，達到了提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率和短路電流的目的。而氮化硅穩(wěn)定的化學性質(zhì)起到了抗腐蝕和阻擋金屬離子的目的，能夠為電池提供長

14、期的保護。所以，高質(zhì)量的氮化硅薄膜對提高電池性能和質(zhì)量都有重要作用。本課題主要討論其中的PECVD淀積氮化硅減反射薄膜工藝。然后通過實驗的方法對淀積薄膜的工藝條件進行研究，根據(jù)實驗結(jié)果對工藝條件進行分析比較，從而獲得最佳的工藝參數(shù)。第一章 PECVD淀積氮化硅薄膜的基本原理用PECVD的方法在晶體硅太陽能電池表面淀積氮化硅減反射薄膜因為具有良好的減反射作用，同時達到了良好的表面及體鈍化效果。其低溫工藝又有效的控制了生產(chǎn)成本，而且保證了較高的產(chǎn)率（15000片/12h）。這些優(yōu)點使得它受到了大多數(shù)光伏企業(yè)的青睞。1.1 化學氣相淀積技術半導體工藝中要使用到許多薄膜淀積技術5。根據(jù)不同的用途，需要

15、使用不同的方法來淀積薄膜。如柵極氧化膜和場氧化膜均需要用熱氧化的方式，因為只有通過熱氧化的方式才能提供具有最低界面陷阱密度的高品質(zhì)氧化膜。介電薄膜主要用來做分立器件或集成電路中金屬層絕緣隔離和保護層。用化學氣相淀積的二氧化硅或氮化硅可以用來做介質(zhì)膜。CVD(Chemical Vapor Deposition)技術是使用加熱、等離子體或紫外線等各種能源，使氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)化學反應（熱解或化學合成）形成固態(tài)物質(zhì)淀積在襯底上的方法。它與真空蒸發(fā)和濺射技術并列，是應用較為普遍的一種薄膜淀積技術。它有以下特點：(1)淀積溫度低；(2)可以淀積各種電學和化學性質(zhì)都符合要求的薄膜；(3)均勻性好；(4)操作簡便，

16、適于大量生產(chǎn)；幾種比較流行的CVD技術的基本工藝條件對比如下：APCVD常壓CVD，700-1000； LPCVD低壓CVD, 750, 0.1mbar； PECVD 300-450 ，0.1mbar（1bar=1×105Pa）。通過對比可以看出PECVD的一個基本特征是實現(xiàn)了薄膜淀積工藝的低溫化（<450）。因此帶來的好處是：(1)節(jié)省能源，降低成本；(2)提高產(chǎn)能；(3)減少了高溫導致的硅片中少子壽命衰減。1.2 PECVD原理和結(jié)構(gòu)PECVD技術原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電（或另加發(fā)熱體）使樣品升溫到預定的溫度，然后通入適

17、量的反應氣體，氣體經(jīng)一系列化學反應和等離子體反應，在樣品表面形成固態(tài)薄膜。PECVD方法區(qū)別于其它CVD方法的特點在于等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學氣相淀積過程所需的激活能。電子與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學基團，因而顯著降低CVD薄膜淀積的溫度范圍，使得原來需要在高溫下才能進行的CVD過程得以在低溫實現(xiàn)。 微波PECVD是在400，1.5×10-1mbar的低溫低壓情況下，利用高頻（頻率是2.45GHz）電磁輻射使反應氣體等離子體化，等離子體可看成由高能電子20eV、低能粒子0.3eV和中性氣體0.05eV組成

18、。從宏觀上看這種等離子體的溫度不高，但其內(nèi)部卻處于受激發(fā)狀態(tài)，其電子能量足以使氣體分子鍵斷裂，它們可以提供化學氣相淀積過程所需要的激活能Ea。電子與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學基團，因而顯著減低了CVD薄膜淀積的溫度范圍。SiN薄膜的淀積過程發(fā)生的化學反應式如下： 3 SiH4 SiH3+ SiH22-+ SiH3-+ 6H+ （3.1） 2 NH3 NH2-+ NH2-+ 3 H+ （3.2）總反應式： 3 SiH4 + 4 NH3 Si3N4 + 12 H2 （3.3）如今，PECVD技術已經(jīng)發(fā)展到比較成熟的階段，出現(xiàn)了基于不同等離子體

19、激發(fā)原理的PECVD設備。國內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)出了較為穩(wěn)定的可用于生產(chǎn)和研究的設備。以下介紹兩種基本的PECVD設備結(jié)構(gòu)8,9。直接式基片位于一個電極上，直接接觸等離子體（激發(fā)源：低頻放電10-500kHz或高頻13.56MHz），如圖1.1所示。直接式PECVD易于產(chǎn)生均勻濃度的等離子體，有利于沉積均勻的薄膜，且具有低的針孔密度，適合于制作集成電路工藝的介電層以及器件保護層。圖1.1 直接式PECVD結(jié)構(gòu)間接式基片不接觸激發(fā)電極（激發(fā)源：2.45GHz微波激發(fā)等離子），如圖1.2所示。間接式PECVD的特點：在微波激發(fā)等離子的設備里，等離子產(chǎn)生在反應腔之外，然后由石英管導入反應腔中。在這種設備里微波

20、只激發(fā)NH3，而SiH4直接進入反應腔。間接PECVD的沉積速率比直接的要高很多，這對大規(guī)模生產(chǎn)尤其重要。圖1.2 間接式PECVD結(jié)構(gòu)1.3 PECVD薄膜淀積的微觀過程如圖1.3所示，工藝腔中的等離子基團先在電池表面形成沉積核心，接著其他離子由于電荷吸引等作用在硅片表面不斷的聚集、生長，這種過程的同時還伴隨著薄膜擴張，兼并等過程的發(fā)生，最后形成均勻的SiNx 減反射膜。成膜過程經(jīng)歷了成核階段，成長階段，擴張階段和成形階段。圖1.3薄膜生長微觀過程1.4 PECVD淀積氮化硅的性質(zhì)在太陽能電池表面淀積減反射薄膜可以大大減少光線反射。SiO2、TiO2、SiNx等都可以作為減反射膜6。傳統(tǒng)太陽

21、能電池是用TiO2作為減反射膜的，其折射率雖然接近晶體硅太陽電池最佳光學減反射膜的理論值，但是它對半導體沒有表面鈍化功能，SiO2 的折射率(1.4)太低，光學減反射效果不好，而且不能起到阻擋Na+離子的作用。與之相比，SiNx具有以下優(yōu)勢：優(yōu)良的表面鈍化效果；高效的光學減反射性能；低溫工藝（有效降低成本）；含氫SiNx:H可以對襯底提供體鈍化；卓越的抗氧化和絕緣性能，良好的阻擋鈉離子、掩蔽金屬和水蒸汽擴散的能力；良好的化學穩(wěn)定性，除氫氟酸和熱磷酸能緩慢腐蝕外，其它酸與它基本不起作用。 1.5表面鈍化與體鈍化太陽能電池是一種少數(shù)載流子工作器件，當光照射到一個P型半導體的表面上，光在材料內(nèi)的吸收

22、產(chǎn)生電子與空穴對。在這種情況下，電子是少數(shù)載流子，它的壽命定義為從其產(chǎn)生到其與空穴復合之間所生存的時間。少數(shù)載流子在電池內(nèi)的壽命決定了電池的轉(zhuǎn)換效率。因此要提高電池的轉(zhuǎn)換效率，就必須設法減少少數(shù)載流子在電池內(nèi)的復合，從而增加少數(shù)載流子的壽命。影響少數(shù)載流子壽命的因素有:體內(nèi)復合、表面復合和電極區(qū)復合。正常的SiNx的Si/N之比為0.75，即Si3N4。但是PECVD淀積氮化硅的化學計量比會隨工藝不同而變化，Si/N變化的范圍在0.75-2左右。除了Si和N，PECVD的氮化硅一般還包含一定比例的氫原子，即SixNyHz或SiNx:H。而H可與Si形成H-Si鍵，所以可通過H鈍化來降低表面復合

23、和體內(nèi)復合。減少電極區(qū)的復合可采用將電極區(qū)的摻雜濃度提高，從而降低少數(shù)載流子在電極區(qū)的濃度。減少載流子在此區(qū)域的復合。如圖1.4顯示半導體表面的懸掛鍵7。由于晶體結(jié)構(gòu)在表面突然中斷，因此在表面區(qū)域產(chǎn)生了許多局部的能態(tài)，或是產(chǎn)生-復合中心，這些稱為表面態(tài)(surface states)的能態(tài)，會大幅度增加在表面區(qū)域的復合率。圖1.4半導體表面懸掛鍵由于PECVD氮化硅中含有大量的氫原子，可以很好的填補表面懸掛鍵，從而達到良好的表面鈍化效果，大大降低了表面態(tài)密度，從而顯著增加短路電流。因為半導體內(nèi)部總是存在許多缺陷，所以存在一定的內(nèi)部懸掛鍵。而在后面的燒結(jié)工藝中，氮化硅減反射膜中存在的大量的氫被驅(qū)

24、趕到半導體內(nèi)部，復合掉體內(nèi)的懸掛鍵，從而達到了很好的體鈍化效果。1981年，Hezel 和Schorner 首先將等離子增強化學氣相淀積( PECVD) SiN x : H 薄膜的技術引入晶體硅太陽電池的制作工藝中，隨后便成功地開發(fā)出了轉(zhuǎn)化效率為15 %15.8 %的MIS - IL 太陽電池。自此，用PECVD 法沉積的SiN x :H 作為晶體硅太陽電池的光學減反射及鈍化膜，引起了人們極大的興趣,出現(xiàn)了PESC、PERC、PERL 等新型結(jié)構(gòu)的高效太陽電池。最近幾年的發(fā)展說明，PECVD 法淀積的SiN x :H 是獲得高效晶體硅太陽電池最有效的手段之一。第二章 實驗 本實驗利用SINA系

25、統(tǒng)進行了薄膜淀積實驗，并使用SE400 型橢偏儀對薄膜的厚度和折射率進行測量，實驗所用硅片為6英寸拋光單晶硅片。2.1 PECVD設備簡介圖2.1為Roth&Rau AG生產(chǎn)的SINA系統(tǒng)，它是專門利用PECVD過程來淀積氮化硅薄膜的系統(tǒng)10。SiNA系統(tǒng)是一個模塊化的在線生產(chǎn)系統(tǒng)，主要用于太陽電池減反射薄膜的淀積。圖2.1 SINA系統(tǒng)外觀圖2.2 SINA 系統(tǒng)示意圖圖2.2 為SINA系統(tǒng)示意圖。SINA系統(tǒng)有三個腔體，分別是進料腔，反應腔（包括預熱、淀積和冷卻三部分）和出料腔。各腔體直接有閘門閥隔開。除了腔體，其它主要部分包括真空泵系統(tǒng)，真空監(jiān)測系統(tǒng)，氣體供應系統(tǒng)，等離子體源(

26、微波發(fā)生器），冷卻水系統(tǒng)，硅片傳送系統(tǒng)和襯底加熱系統(tǒng)等。薄膜淀積發(fā)生在工藝腔中，圖2.3為工藝腔的結(jié)構(gòu)圖。工藝腔包括氣源供給裝置，共軸外部等離子體傳導，石英管和內(nèi)部導體，磁控系統(tǒng)。載著硅片的石墨框從工藝腔上部流過。石英管內(nèi)部導體兩端連接微波源，石英管起到保護導體的作用。磁控系統(tǒng)可降低沿石英管方向的等離子體濃度不均勻性，還起到了在氣源波動時穩(wěn)定等離子體濃度和降低遠離微波源處的等離子體濃度衰減。使得薄膜更加均勻11。圖2.3 工藝腔結(jié)構(gòu)圖2.2 PECVD 設備操作流程(1) 開啟設備總電源開關，主控微機自動啟動，SINA主控程序自動運行；各系統(tǒng)自動復位。(2) 開啟真空泵系統(tǒng)，將反應腔抽至9.9

27、×10-3mbar；(3) 打開總反應氣源閥(SiH4和NH3)，打開氮氣供應閥；(4) 打開冷卻水供應閥；(5) 打開參數(shù)輸入界面，并輸入工藝參數(shù)，并在實驗中改變需要改動的參數(shù)；(6) 點擊START按鈕，系統(tǒng)自動運行；(7) 裝片完成并確認后，石墨框被自動放置到進片傳送帶上。打開跟蹤界面，屏幕顯示如圖2.2，由此可以跟蹤觀察硅片的位置；(8) 鍍膜完成后，石墨框自動傳至卸片臺，卸片完成并確認后，石墨框通過返框傳送帶自動傳回裝片臺。2.3 SiN減反射膜PECVD淀積工藝流程由人工將硅片裝入6×6的石墨框中，放片時應注意片子的位置，不能翹片、斜片等，否則會引起鍍膜不均勻。

28、石墨框在傳送帶的帶動下進入進料腔，接著一號門關閉，真空泵將進料腔抽成真空，紅外加熱器（加熱器1）對硅片迅速加熱到400，加熱時間十幾秒。因為是迅速預加熱，加熱器1的溫控不太穩(wěn)定，有5的浮動。硅片達到預定溫度后，進入沉積腔的第一部分加熱腔，二號腔門關閉，進料腔充氮氣到一個大氣壓，等待下一批硅片的進入。在加熱腔中，溫度穩(wěn)定在400的值保持不變，加熱器2為普通加熱裝置，但控溫系統(tǒng)好，使硅片保持恒溫。工藝腔中，充滿著被功率3000W微波輻射電離的反應氣體，如前所述，等離子體中充滿著活性基團。在石墨框移動進入到工藝腔后，沉積反應在硅片上發(fā)生，氮化硅薄膜慢慢沉積形成。鍍膜完成以后，石墨舟載著鍍膜完成的硅片

29、進入冷卻腔，用1822冷卻水冷卻硅片，穩(wěn)定薄膜性質(zhì)。三號腔門打開，石墨舟進入處于處于真空狀態(tài)的出料腔。在出料腔中，冷卻水繼續(xù)對硅片降溫，以便在出料后人工取片。三號門關閉后，真空泵對腔體充氮氣至一個大氣壓后，四號腔門打開出片。在下料區(qū)，人工取片，裝盒，流入下一個工序。經(jīng)過以上工藝步驟，可以在硅片上做出均勻的呈深藍色減反膜。圖2.4為在石墨框中的鍍膜電池片。圖2.4 石墨框中的鍍膜電池片2.4 最佳薄膜厚度和折射率的理論計算圖2.5中顯示了四分之一波長減反射膜的原理12。從薄膜下表面返回到薄膜上表面的反射光與從上表面的反射光相位相差180度，所以前者在一定程度上抵消了后者。這樣就減少了光能的反射部

30、分能量而更多的能量則進入到半導體中。假設光線垂直入射，分析如下：由于反射存在半波損失，所以上、下表面的反射光光程差為：=(2n1d1+/2) - /2=2n1d1 （2.1） 兩光干涉相消時： =2n1d1=(2k+1)/2 (k=0,1,2) （2.2）取k=0時，得 n1d1=/4 （2.3）圖2.5 薄膜的減反射與增反射對比原理圖如圖2.6所示，太陽光在波長=600nm處能量最強，所以減反射膜參數(shù)應該使600nm的圖2.5 薄膜的減反射與增反射對比原理圖光線反射最小。另外，折射率反映了薄膜的致密性和結(jié)構(gòu)均勻性，同時也影響了薄膜的減反射能力。 根據(jù)公式n12=n0n2 (n0=1為空氣折射

31、率，n2=3.85為本征硅折射率)，解得氮化硅薄膜折射率n1=1.92。但是考慮到組件生產(chǎn)時封裝材料的影響， n1取2.02。將和n1的值代入到式2.3中，可以得到厚度d1=75nm，實際中取70nm80nm。圖2.6 AM1.5的能量分布2.5理論實驗總結(jié)根據(jù)2.4節(jié)的理論最佳減反射薄膜參數(shù)（厚度d=7080nm，折射率n=2.02），通過理論實驗得到較優(yōu)化的工藝參數(shù)方案：NH3/SiH4氣體流量比：1450/550襯底溫度：400微波功率；3000W工藝壓強：1.5×10-1mbar帶速：70cm/min在實際的生產(chǎn)中，工藝參數(shù)的設定要根據(jù)設備，環(huán)境等因素制定。對不同的設備和不一

32、樣的環(huán)境下，工藝參數(shù)是不一樣的，比如微波功率需要根據(jù)工藝腔體的大小來制定，并且要和微波發(fā)生器的使用壽命等綜合考慮；工藝壓強也要根據(jù)真空泵的工作能力以及不同季節(jié)設備所處的工作環(huán)境，如濕度等。所以，對于每一臺設備都要通過實驗來確定和優(yōu)化它的工藝參數(shù)。生產(chǎn)的過程中要對薄膜的厚度及折射率做實時跟蹤，以防止在生產(chǎn)過程中實際工藝參數(shù)的不穩(wěn)定和設備的異常引起薄膜性質(zhì)的改變，及時發(fā)現(xiàn)這些異常有助于有效控制生產(chǎn)過程，避免不必要的損失。第三章 結(jié)束語太陽能是人類未來的重要綠色能源之一，具有非常巨大的開發(fā)優(yōu)勢。晶體硅是目前研究最透徹的半導體，已經(jīng)形成多種成熟的工藝技術。然而現(xiàn)在已有的工業(yè)化生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率（15%17.5%）距離其理論極限值（27%）還有一段距離。這需要我們繼續(xù)努力優(yōu)化現(xiàn)有的工藝并爭取開發(fā)更先進的工藝技術。在本課題首先介紹了太陽能電池發(fā)展的現(xiàn)狀然后重點討論了PECVD淀積氮化硅減反射薄膜的優(yōu)點和原理，然后利用Roth&Rau AG的SINA系統(tǒng)進行薄膜淀積的實驗，總結(jié)出了最佳