晶體硅太陽能電池PECVD SiNx

1、晶體硅太陽能電池PECVDSiNx : H薄膜工藝研究PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)即等離子體增強(qiáng)化學(xué) 氣相沉積是晶體硅太陽能電池制造過程中的一個重要環(huán)節(jié)，其作用是在晶體硅電 池表面鍍一層具有減反射效果同時又具有對電池體、表面進(jìn)行鈍化作用的薄膜。 目前應(yīng)用在工業(yè)化生產(chǎn)上的PECVD類型有直接沉積型(Direct Plasma)PECVD和 間接沉積型(IndirectPlasma)PECVDEs，其所使用設(shè)備的典型代表，前者如德國 的Centrotherm，后者如德國的Roth&Rau。Direct Plasma PECVD憑借其

2、出色的 減反鈍化效果受到多晶硅生產(chǎn)廠家更多的青睞，而Indirect Plas-ma PECVD憑 借其優(yōu)越的產(chǎn)能在目前晶體硅太陽能電池行業(yè)中也占有一席之位。一、PECVD沉積SiNx： H膜原理PECVD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電 極上，通人適量的高純度反應(yīng)氣體SiH4。和NH3。利用輝光放電氣體經(jīng)一系列化 學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)SiNx： H薄膜。PECVD過程中Sill； 和陽。反應(yīng)生成SiNx： H是1個非常復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，其主要過程如下： 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、試驗與結(jié)果分析1、工藝溫度和工藝氣體流量對SiNx： H膜厚度和折射率的影響本試驗選擇在Roth&Rau PECVD設(shè)備上進(jìn)行，研究不同工藝溫度和工藝氣體 流量對SiNx： H膜厚度d、折射率n的影響規(guī)律。在其他工藝參數(shù)保持不變的情 況下，分別改變溫度和SiH。流量，溫度和SiH。流量的變化范圍在設(shè)備要求范 圍內(nèi)。結(jié)果如圖1、圖2所示。4不同溫度下SiNx：H膜 * 變化情況從圖1可以發(fā)現(xiàn)，隨著沉積溫度升高，SiN

4、x： H膜的厚度變大，超過430C 后，膜的厚度有所下降。在410440C范圍內(nèi)，折射率沒有明顯變化規(guī)律。從 圖2可以發(fā)現(xiàn)，隨著SiH。流量的增加，膜的折射率和厚度呈現(xiàn)明顯上升趨勢， 說明SiH流量的增加可以有效提升膜的沉積速率。SiNx： H的折射率n直接決定 其對太陽光的吸收程度，所以工藝過程中SiH。流量的控制很重要。2、工藝氣體流量和射頻功率對主要電性能參數(shù)的影響本試驗選擇在Centrotherm PECVD設(shè)備上進(jìn)行，研究射頻功率、工藝氣體流 量對多晶硅電池開路電壓Uoc，短路電流Isc以及光電轉(zhuǎn)換效率Ncell的影響。(1)工藝氣體流量比對主要電性能參數(shù)的影響本試驗在保持NH3流量

5、不變時，改變工藝氣體流量比，在設(shè)備容許范圍內(nèi)根 據(jù)實際情況改變SiH。流量，同時其他工藝參數(shù)保持不變。對象為多晶硅太陽能 電池。結(jié)果如圖3、圖4所示。-從圖3、圖4可以看出，隨著SiH流量的減少，光電轉(zhuǎn)換效率先增加、然后 4減小。在NH / SiH。為11時，Uoc、Isc和Ncell達(dá)到了最大值，說明在2種工 藝氣體比例為11時所鍍出的SiNx： H膜與前后道工藝匹配最好，可以達(dá)到最佳 鈍化減反射效果。ai530.148m s i b=ai530.148m s i b= j1r 11011121315&147圖3不同NH3/SiH下光忠轉(zhuǎn)換效率圖4 不同NHg/SiH,下Uoc和Isc變化情

6、況(2)射頻功率對主要電性能參數(shù)的影響本試驗在保持其他工藝參數(shù)不變的前提下，在設(shè)備所容許的射頻功率范圍 內(nèi)，使用不同的射頻功率驗證其對電性能參數(shù)的影響。對象為多晶硅太陽能電池。 結(jié)果如圖5、圖6所示。從圖5、圖6可以看出，隨著射頻功率從2800W增加至3700W，電池的光電 轉(zhuǎn)換效率、開路電壓Uoc以及短路電流Isc均成上升趨勢，說明隨著功率的上升， SiNx： H膜的減反射和鈍化效果得到了提升，但是當(dāng)射頻功率超過3700 W時， Ncell和Isc均有下降趨勢，Uoc在功率超過4000 W時下降。說明射頻功率過高， 反而影響到了 SiNx： H膜的鈍化效果，致使UOC和Ncell下降。射頊功

7、攀府圖5不同射功率下電池轉(zhuǎn)換效率3 400370040004200射頻功率/3 400370040004200射頻功率/*.15.1O.05.OOSJ50段闿88887777圖6不同功率下Ug和Tsc變化情魘3、PECVD對品體硅電池少子壽命的影響本試驗選擇在Centrotherm PECVD設(shè)備上進(jìn)行，對象為單晶硅太陽能電池和 多晶硅太陽能電池。采用WT 一 1000少子壽命測試儀分別測量PECVD前、PECVD 后以及經(jīng)過快速燒結(jié)后電池少子壽命的變化情況，驗證Direct Plasma PECVD 對單、多晶硅電池的鈍化能力.結(jié)果如表1所示。表1 PECVD對晶體硅少子壽命的影響過程多晶畦

8、/件s單晶硅/”PECVD前11, 87-2 一PECVD 后19.39.2快速燒堵后21. 910. 6difference!7*52differenced10. 13, 4注：表1中dMs時4為PECVD前后的少子壽命是值lifter- ence2為PECVD前與燒結(jié)后少子壽命差值從表1可以看出，鍍膜后品體硅電池的少子壽命有提升，說明PECVD具有一 定的鈍化能力，特別是多晶硅太陽能電池鈍化效果好于單晶硅太陽能電池，原因 在于單晶硅片般是通過直拉法得到的一個完整的品粒，不存在晶界，缺陷少， 而多晶硅一般通過定向凝固得到，硅片內(nèi)存在大量晶界和缺陷，Direct Plasma PECVD淀積過程中儲存了大量H.在SiNx： H膜里，并且有少量H已經(jīng)開始進(jìn)行 了表面和體內(nèi)鈍化，在快速燒結(jié)中，一部分H從SiNx： H膜表面逸出，一部分向 硅片表面和體內(nèi)擴(kuò)散，很好地鈍化多晶硅中的位錯、表面態(tài)和懸掛鍵，起到更好 的鈍化作用。三、結(jié)語隨著SiH4流量增加，SiNx： H膜的厚度和折射率上升；隨著溫度上升，SiNx： H膜的厚度先上升后下降，折射率無明顯變化規(guī)律。對于Direct Plasma PECVD來說，在只改變工藝氣體流量比的情況下，當(dāng) 工藝氣體NH。與Sill。