二氧化硅薄膜及其鈍化演示文稿

二氧化硅薄膜及其鈍化演示文稿第一頁(yè)，共二十三頁(yè)。

目錄結(jié)論

4結(jié)果與討論

3實(shí)驗(yàn)過(guò)程2引言

12第二頁(yè)，共二十三頁(yè)。引言3

晶體硅太陽(yáng)能電池目前是居主導(dǎo)地位的光伏器件，在生產(chǎn)和應(yīng)用總量中占首位，并將向效率更高、成本更低的方向發(fā)展。

晶體硅材料表面的質(zhì)量對(duì)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率起著至關(guān)重要的作用，這是因?yàn)榫Ч璨牧系谋砻嫒毕菝芏群芨?，存在大量的懸掛鍵、雜質(zhì)和斷鍵等，成為載流子的復(fù)合中心，導(dǎo)致硅片表面的少子壽命大大降低，因此需要對(duì)硅片進(jìn)行表面鈍化，以減少載流子復(fù)合。一般而言，通過(guò)采用熱氧化SiO2生長(zhǎng)工藝（≧900℃）可以對(duì)晶體硅表面進(jìn)行有效鈍化，抑制載流子在表面的復(fù)合。第三頁(yè)，共二十三頁(yè)。引言4

懸掛鍵：一般晶體因晶格在表面處突然終止，在表面的最外層的每個(gè)原子將有一個(gè)未配對(duì)的電子，即有一個(gè)未飽和的鍵，這個(gè)鍵稱(chēng)為懸掛鍵。第四頁(yè)，共二十三頁(yè)。引言5

少子壽命：太陽(yáng)能電池光電流是光激發(fā)產(chǎn)生非平衡載流子，并在pn結(jié)作用下流動(dòng)產(chǎn)生的。載流子的復(fù)合會(huì)使光電流減少，少子壽命越小光電流越小。同時(shí)少子壽命減小，增加漏電流從而使開(kāi)路電壓減小?？傊?，少子壽命越小，電池效率越低。由于非平衡少子起著很重要的作用，通常所說(shuō)的非平衡載流子是指非平衡少數(shù)載流子。第五頁(yè)，共二十三頁(yè)。引言

但是硅片中體少子壽命對(duì)高溫工藝的敏感性非常高，尤其是對(duì)于多晶硅片，900℃以上的熱氧化工藝通常可導(dǎo)致體少子壽命的明顯衰退。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)生長(zhǎng)SiNx薄膜,具有低溫、低成本等優(yōu)點(diǎn)，因此SiNx鈍化成為晶硅電池表面的主要鈍化工藝，但是SiNx/Si界面晶格失配嚴(yán)重，其鈍化性能不如SiO2/Si。

液相沉積具有沉積溫度低（30～50℃)、選擇性生長(zhǎng)、沉積速率快、無(wú)需真空環(huán)境、設(shè)備簡(jiǎn)單、薄膜質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。6第六頁(yè)，共二十三頁(yè)。

目錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程2引言

17第七頁(yè)，共二十三頁(yè)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程8硅片表面預(yù)處理配置溶液液相沉積二氧化硅薄膜第八頁(yè)，共二十三頁(yè)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)所用襯底面積為125cm×125cm厚度為(20±10)μm、電阻率為1～3?·cm的P型單晶硅片。硅片表面預(yù)處理：將硅片在4％HF溶液中浸泡5min，然后去離子水中浸泡1h，硅表面狀態(tài)為Si-OH。配置溶液：量取適量的分析純氟硅酸（H4SiO4)溶液，其濃度為30％～40％，然后加入高純硅酸（H4SiO4)粉末(>99.99％)至溶液飽和，判斷溶液飽和的標(biāo)志是往里加入過(guò)氧化氫時(shí)，溶液會(huì)顯示橙黃色。將上述溶液磁力攪拌20min，溶液溫度調(diào)節(jié)為40℃，把預(yù)處理好的硅片放入溶液中進(jìn)行液相沉積二氧化硅薄膜。9第九頁(yè)，共二十三頁(yè)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程-實(shí)驗(yàn)儀器利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(JEOLJSM-7001F)對(duì)薄膜的微觀形貌進(jìn)行觀察。采用德國(guó)BRUKER公司的Ver-tex70V型傅立葉紅外光譜儀(FTIR)測(cè)定SiO2薄膜的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)。利用ThermoScientific公司的ESCALab250型X射線光電子能譜儀對(duì)薄膜成分進(jìn)行分析，激發(fā)源為單色化AlKαX射線，功率為150W，分析時(shí)的基礎(chǔ)真空度約為6.5×10-8Pa，結(jié)合能用烷基碳或污染碳的Cls峰(284.8eV)校正。少數(shù)載流子壽命由微波光電導(dǎo)衰減(μ-PCD)測(cè)試，利用Semilab公司生產(chǎn)的WT-2000型μ-PCD儀對(duì)樣品進(jìn)行少子壽命測(cè)量，測(cè)量時(shí)采用波長(zhǎng)為904nm、脈沖寬度200ns的激光激發(fā)光生載流子，每個(gè)脈沖產(chǎn)生的載流子數(shù)為120×1011。

10第十頁(yè)，共二十三頁(yè)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程-實(shí)驗(yàn)儀器傅立葉紅外光譜儀(FTIR)原理：用一定頻率的紅外線聚焦照射被分析的試樣，如果分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率與照射紅外線相同就會(huì)產(chǎn)生共振，這個(gè)基團(tuán)就吸收一定頻率的紅外線，把分子吸收的紅外線的情況用儀器記錄下來(lái)，便能得到全面反映試樣成份特征的光譜，從而推測(cè)化合物的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)。11第十一頁(yè)，共二十三頁(yè)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程-實(shí)驗(yàn)儀器WT-2000型μ-PCD儀原理：使用波長(zhǎng)為904nm的激光激發(fā)硅片產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，導(dǎo)致樣品電導(dǎo)率的增加，當(dāng)撤去外界光注入時(shí)，電導(dǎo)率隨時(shí)間指數(shù)衰減，這一趨勢(shì)間接反映了少數(shù)載流子數(shù)量的衰減趨勢(shì)。通過(guò)微波（頻率為10.225GHz）探測(cè)硅片電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化就可以得到少數(shù)載流子的壽命。

12第十二頁(yè)，共二十三頁(yè)。

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3實(shí)驗(yàn)過(guò)程2引言

113第十三頁(yè)，共二十三頁(yè)。結(jié)果與討論-薄膜的微觀組織14

沉積后薄膜的微觀形貌如圖1所示，可以看到液相沉積獲得的二氧化硅薄膜比較致密平整，均勻地覆蓋在硅表面。

300℃溫度下快速熱退火5min后薄膜的表面形貌見(jiàn)圖1(c)，經(jīng)過(guò)退火處理后二氧化硅薄膜表面變得更平整、更致密。圖1液相沉積SiO2薄膜的掃描電鏡照片。（a）沉積態(tài)薄膜表面；（b）沉積態(tài)薄膜界面；（c）退火態(tài)薄膜表面。第十四頁(yè)，共二十三頁(yè)。結(jié)果與討論-薄膜的成分結(jié)構(gòu)15

圖2為液相沉積SiO2薄膜的光電子能譜譜圖，可以看到液相沉積生長(zhǎng)的薄膜中主要含有Si、O、F和C元素，其中C元素為校正元素。第十五頁(yè)，共二十三頁(yè)。結(jié)果與討論-薄膜的成分結(jié)構(gòu)16圖3Si2p和Ols的高分辨光電子能譜

圖3中，Si2p的峰位于103.6eV結(jié)合能處，從99eV（Si)到103.6eV(SiO2)之間沒(méi)有其它的峰位出現(xiàn)，

說(shuō)明Si元素是以SiO2的形式存在于薄膜之中，并且峰形單一平滑，表明利用液相沉積法能在Si基底上制備質(zhì)量良好的SiO2薄膜；Ols的峰位于533.04eV結(jié)合能處，并且峰的形狀非常對(duì)稱(chēng)，說(shuō)明形成的氧化物薄膜具有非常高的化學(xué)純度。第十六頁(yè)，共二十三頁(yè)。結(jié)果與討論-薄膜的成分結(jié)構(gòu)17

圖4中，1103，815，463cm-1等處的峰值分別代表Si-O-Si的非對(duì)稱(chēng)振動(dòng)吸收峰、對(duì)稱(chēng)振動(dòng)吸收峰、搖擺振動(dòng)吸收峰，而且如此強(qiáng)的振動(dòng)吸收峰說(shuō)明所生成的SiO2網(wǎng)絡(luò)排布規(guī)則，具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性。位于938cm-1處的Si-F振動(dòng)吸收峰來(lái)源于在薄膜生長(zhǎng)過(guò)程溶液中的部分F離子以Si-F-Si的形式停留在薄膜中。對(duì)于622、746、1270cm-1所對(duì)應(yīng)的Si-Si、Si-C、Si-CH3均來(lái)源于硅襯底。

另外值得注意的是3330～3750cm-1處并沒(méi)有觀察到OH振動(dòng)吸收峰，說(shuō)明液相沉積生長(zhǎng)的薄膜中不含水分子，薄膜生長(zhǎng)有序，質(zhì)量較好。第十七頁(yè)，共二十三頁(yè)。結(jié)果與討論-薄膜的性能研究18

圖5是多晶硅制絨和液相沉積二氧化硅薄膜后的反射光譜，可以看到，在可見(jiàn)光波段，液相沉積二氧化硅薄膜后的硅片的反射率大大降低。圖5

多晶硅制絨和液相沉積二氧化硅薄膜后的反射光譜第十八頁(yè)，共二十三頁(yè)。結(jié)果與討論-薄膜的性能研究19

液相沉積二氧化硅的減反射效果可用加權(quán)平均反射率Ra表示：

其中R(λ)為整體的反射率,N(λ)為標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜AM1.5G、1000W/cm2射光子通量。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到，300～1000nm波段范圍內(nèi),液相沉積二氧化硅薄膜后的加權(quán)平均反射率分別為10.88％，遠(yuǎn)低于酸制絨硅片的28.87％。

第十九頁(yè)，共二十三頁(yè)。結(jié)果與討論-薄膜的性能研究20

WT2000測(cè)試的少子壽命是硅片的有效少子壽命，衡量的是體少子復(fù)合和表面少子復(fù)合速度的綜合值。為了提取出表面少子復(fù)合信息，可以通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中τeff代表有效少子壽命，τbulk代表體少子壽命，Seff是表面少子復(fù)合速度，W是硅片厚度。為了更直接反映二氧化硅的表面鈍化效果，我們將通過(guò)此公式把有效少子壽命換算成表面復(fù)合速度進(jìn)行表征。第二十頁(yè)，共二十三頁(yè)。結(jié)果與討論-薄膜的性能研究21圖6退火溫度與時(shí)間對(duì)表面符合速率的影響

退火溫度與退火時(shí)間對(duì)液相沉積SiO2薄膜鈍化性能的影響見(jiàn)圖6。

隨退火溫度的升高，表面復(fù)合速度下降，薄膜鈍化效果變好。

高于300℃，繼續(xù)升高退火溫度反而使鈍化特性變差。

退火溫度為300℃時(shí)，隨著退火時(shí)間的增加，表面復(fù)合速度先下降，至退火時(shí)間為300s時(shí)達(dá)到最低，隨后隨著退火時(shí)間的增加，表面復(fù)合速度又呈增加趨勢(shì)。與未沉積薄膜的硅片相比，表面復(fù)合速度由6923cm/s降低至2830cm/s。第二十一頁(yè)，共二十三頁(yè)。

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