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，共二十三頁。

目錄結(jié)論

4結(jié)果與討論

3實驗過程2引言

12第二頁，共二十三頁。引言3

晶體硅太陽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)量對太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率起著至關(guān)重要的作用，這是因為晶硅材料的表面缺陷密度很高，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，因此需要對硅片進行表面鈍化，以減少載流子復(fù)合。一般而言，通過采用熱氧化SiO2生長工藝（≧900℃）可以對晶體硅表面進行有效鈍化，抑制載流子在表面的復(fù)合。第三頁，共二十三頁。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原子將有一個未配對的電子，即有一個未飽和的鍵，這個鍵稱為懸掛鍵。第四頁，共二十三頁。引言5

少子壽命：太陽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)作用下流動產(chǎn)生的。載流子的復(fù)合會使光電流減少，少子壽命越小光電流越小。同時少子壽命減小，增加漏電流從而使開路電壓減小?？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，通常所說的非平衡載流子是指非平衡少數(shù)載流子。第五頁，共二十三頁。引言

但是硅片中體少子壽命對高溫工藝的敏感性非常高，尤其是對于多晶硅片，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。

等離子體增強化學(xué)氣相沉積（PECVD)生長SiNx薄膜,具有低溫、低成本等優(yōu)點，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、沉積速率快、無需真空環(huán)境、設(shè)備簡單、薄膜質(zhì)量好等優(yōu)點。6第六頁，共二十三頁。

目錄實驗過程2引言

17第七頁，共二十三頁。實驗過程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，共二十三頁。實驗過程

實驗所用襯底面積為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)志是往里加入過氧化氫時，溶液會顯示橙黃色。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行液相沉積二氧化硅薄膜。9第九頁，共二十三頁。實驗過程-實驗儀器利用場發(fā)射掃描電鏡(JEOLJSM-7001F)對薄膜的微觀形貌進行觀察。采用德國BRUKER公司的Ver-tex70V型傅立葉紅外光譜儀(FTIR)測定SiO2薄膜的官能團結(jié)構(gòu)。利用ThermoScientific公司的ESCALab250型X射線光電子能譜儀對薄膜成分進行分析，激發(fā)源為單色化AlKαX射線，功率為150W，分析時的基礎(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)測試，利用Semilab公司生產(chǎn)的WT-2000型μ-PCD儀對樣品進行少子壽命測量，測量時采用波長為904nm、脈沖寬度200ns的激光激發(fā)光生載流子，每個脈沖產(chǎn)生的載流子數(shù)為120×1011。

10第十頁，共二十三頁。實驗過程-實驗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，如果分子中某個基團的振動頻率與照射紅外線相同就會產(chǎn)生共振，這個基團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，便能得到全面反映試樣成份特征的光譜，從而推測化合物的類型和結(jié)構(gòu)。11第十一頁，共二十三頁。實驗過程-實驗儀器WT-2000型μ-PCD儀原理：使用波長為904nm的激光激發(fā)硅片產(chǎn)生電子-空穴對，導(dǎo)致樣品電導(dǎo)率的增加，當(dāng)撤去外界光注入時，電導(dǎo)率隨時間指數(shù)衰減，這一趨勢間接反映了少數(shù)載流子數(shù)量的衰減趨勢。通過微波（頻率為10.225GHz）探測硅片電導(dǎo)率隨時間的變化就可以得到少數(shù)載流子的壽命。

12第十二頁，共二十三頁。

目錄結(jié)果與討論

3實驗過程2引言

113第十三頁，共二十三頁。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圖1(c)，經(jīng)過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，共二十三頁。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，共二十三頁。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)之間沒有其它的峰位出現(xiàn)，

說明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稱，說明形成的氧化物薄膜具有非常高的化學(xué)純度。第十六頁，共二十三頁。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的非對稱振動吸收峰、對稱振動吸收峰、搖擺振動吸收峰，而且如此強的振動吸收峰說明所生成的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振動吸收峰來源于在薄膜生長過程溶液中的部分F離子以Si-F-Si的形式停留在薄膜中。對于622、746、1270cm-1所對應(yīng)的Si-Si、Si-C、Si-CH3均來源于硅襯底。

另外值得注意的是3330～3750cm-1處并沒有觀察到OH振動吸收峰，說明液相沉積生長的薄膜中不含水分子，薄膜生長有序，質(zhì)量較好。第十七頁，共二十三頁。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，共二十三頁。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)準太陽光譜AM1.5G、1000W/cm2射光子通量。經(jīng)過計算得到，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％，遠低于酸制絨硅片的28.87％。

第十九頁，共二十三頁。結(jié)果與討論-薄膜的性能研究20

WT2000測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，可以通過如下公式進行計算：

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，我們將通過此公式把有效少子壽命換算成表面復(fù)合速度進行表征。第二十頁，共二十三頁。結(jié)果與討論-薄膜的性能研究21圖6退火溫度與時間對表面符合速率的影響

退火溫度與退火時間對液相沉積SiO2薄膜鈍化性能的影響見圖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，隨著退火時間的增加，表面復(fù)合速度先下降，至退火時間為300s時達到最低，隨后隨著退火時間的增加，表面復(fù)合速度又呈增加趨勢。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，共二十三頁。

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