太陽電池階段工藝總結PECVD課件

PECVD階段工藝調(diào)試總結zhaokexiong@zhao主要內(nèi)容

1、引言2、SiNx的折射率與膜厚研究

3、SiNx的鈍化效果研究4、管式PECVD和板式PECVD的對比5、后期實驗計劃1.引言

在工藝調(diào)試的第一階段主要對設備的結構、參數(shù)及維護等進行了學習和調(diào)試，第二階段則在第一階段的基礎之上對薄膜的折射率、膜厚及鈍化進行了較為詳細的研究，此外對比了板式和管式PECVD的鍍膜效果。在工藝調(diào)試之前必須明白好的氮化硅薄膜應具有哪些特點，概括起來主要有以下三點：

◆無吸收的減反射層；

◆好的表面鈍化效果；

◆好的體鈍化效果。在知道了工藝調(diào)試的目標后，還應該理清影響氮化硅薄膜的各個因素。板式PECVD的影響因素分工藝參數(shù)和外部環(huán)境及認為因素，它們對SiNx膜的厚度、折射率和鈍化效果均有一定程度的影響，詳見圖1-1。2.SiNx的折射率與膜厚研究

2.1實驗設計

2.2試驗結果與分析

2.3薄膜厚度對反光率及電池片光電性能的影響2.1實驗設計實驗已經(jīng)表明薄膜厚度及折射率的主要影響因素分別是載板速度和氣流量比，但是別的因素的影響規(guī)律尚不清楚，因此實驗主要考查溫度、硅氮比、壓力和微波功率對折射率和膜厚的影響。實驗設計采用DOE正交法，詳見表2-1。實驗為4因子2水平，按照DOE設計原理，需要做2^N-1組實驗，也就是8組，考慮到實驗的重復性及需要加入的中心點個數(shù)，實驗總計要進行18組。導電漿料的基本組成表2-1正交實驗設計標準序運行序中心點區(qū)組TemperaturePowerPressureGasratio1111135034000.224121135022000.223.21431140022000.253.21541135034000.253.21750137528000.2353.61860137528000.2353.6771135034000.253.2381135034000.224991135022000.223.24101140034000.223.22111140022000.2248121140034000.25416131140034000.25413141135022000.2546151140022000.253.210161140022000.22412171140034000.223.25181135022000.2542.2.1薄膜厚度的變化規(guī)律SiNX薄膜厚度的變化會使其光學厚度隨之變化，進而影響薄膜對可見光的反射率。而反射率的高低與電池片的光電轉(zhuǎn)化效率有密切的關系。表2-2是實驗結果，從進行的2組實驗數(shù)據(jù)來看，隨著薄膜厚度的減小，反射率（400-1000nm）、開路電壓、短路電流和轉(zhuǎn)化效率均隨之降低。按理說反射率降低，電池片的開路電壓、短路電流和轉(zhuǎn)換效率會有所增大，但是實驗結果剛好相反，導致其原因可能存在下面原因：（1）比較光反射圖譜會發(fā)現(xiàn)隨著薄膜厚度減小，光的反射率在400-600nm范圍內(nèi)降低，在600-1000nm范圍內(nèi)增強，λmin向短波方向移動，對短波長的光吸收增強，但同時使紅光的吸收減弱；（2）電池片的光譜響應在長波和短波區(qū)不同，可能是我們擴散的硅片在短波范圍量子效率低，而在長波范圍量子效率高，短波區(qū)反射率減少帶來的光吸收增益不足于彌補長波區(qū)反射率增大導致的光吸收損失。2.3薄膜厚度對反光率及電池片光電性能的影響表2-2薄膜厚度與反射率及光電性能的關系實驗編號載板速度薄膜厚度折射率反射率λminVOCISCηcm/minnm400-1000nm400-600nm600-1000nmnmVA%1--P116483.782.06577.7215.313.896500.61458.16415.3216882.12.07077.6213.214.776400.61278.122415.1717480.222.07687.3611.495.276200.61248.113915.1417878.532.07337.1512.184.616110.61298.090715.132--P217283.12.06587.5914.624.056520.61327.974315.1718277.382.07297.3610.555.746080.61217.94315.0919075.262.087.1411.055.176010.61137.865214.94實驗一模型與測試結果

板式PECVD管式PECVDSi基體實驗UocIscNCell原工藝

10.61298.08680.1560

20.61368.03380.1552

30.61398.07600.1541150S預鍍

40.61428.18070.1559300S預鍍

50.61668.14790.15643.2.2實驗一結論采用管式預鍍并結合板式PECVD法制備的氮化硅薄膜具有比原工藝更佳的鈍化效果，最后的測試結果顯示短路電流分別較原工藝提高了0.12A和0.6A。此方法雖然可以取得較好的鈍化效果，并避免了管式PECVD產(chǎn)生的色差，但是工藝復雜且產(chǎn)能很低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。3.3實驗二實驗一燒結后少子壽命測試（us）膜厚與折射率測量最大值最小值平均值中值膜厚(nm)折射率1600-400①5.9032.0494.6584.73284.0602.052②6.5513.1664.8284.89883.4502.051③8.7982.9584.9704.95582.5002.037④7.2152.8384.8454.89883.5202.043⑤6.1002.3674.7324.84283.6202.050平均值6.9132.6764.8064.86583.4302.0461520-440①17.0133.3166.4215.88883.0402.065②10.8602.4115.4945.24881.6402.051③13.0742.5725.4955.30982.7502.071④12.0334.0006.2575.88882.6502.067⑤16.5923.3566.1015.49581.7002.057平均值13.9143.1315.9545.56682.3562.0621500-500①15.5593.0925.6555.30984.3202.116②11.9322.8915.4575.30984.2102.110③17.4913.4526.2025.49583.6702.099④15.1723.7125.9195.49584.4002.106⑤9.6643.6435.3415.18883.8402.122平均值13.9643.3585.7155.35984.0882.1111450-550①17.7613.4785.7925.43382.9502.183②15.7103.0916.1695.49583.1902.186③20.0953.7025.8475.24883.0502.180④20.1683.6506.6475.55983.0002.182⑤25.0903.6646.2435.49583.0902.197平均值19.7653.5176.1395.44683.0562.185實驗二燒結后少子壽命測試（us）膜厚與折射率測量最大值最小值平均值中值膜厚(nm)折射率1600-400①8.5042.5935.2475.37081.682.045②10.9792.7875.1415.28879.682.030③9.0122.8745.3755.43378.252.021④10.4202.4565.3745.43380.642.024⑤12.2512.1955.6695.62383.482.041平均值10.2332.5815.3625.42980.7462.0321520-440①9.8083.3235.3595.30983.2102.066②8.4103.7565.1945.12980.7502.055③13.5053.0515.5895.43379.9602.047④12.7422.8235.4095.30981.7402.050⑤13.3573.5235.7095.43380.2602.060平均值11.5643.2955.4525.32281.1842.0551500-500①12.0874.3056.0395.82182.6502.113②12.5884.0445.7055.55983.8402.119③15.3654.2896.2125.75481.6102.091④24.4873.7876.2855.75480.6202.082⑤13.4283.9616.6315.88880.9802.091平均值15.5914.0776.1745.75581.9402.0991450-550①28.6043.0636.0885.55981.8802.158②28.9712.4966.0945.37079.9002.187③25.4152.9696.6705.75482.7302.156④29.8672.9496.5375.49578.1702.186⑤19.4162.6375.9305.07080.3902.171平均值26.4552.8236.2645.45080.6142.17163.3.1實驗二方案

實驗分別采用不同的氣體流量比，即NH3/SiH4分別為1600/400、1520/440、1500/500和1450/550，別的工藝參數(shù)保持不變。3.3.2實驗二測試結果與分析實驗的測試結果詳見下表。要獲得良好的鈍化效果，SiNx膜必須足夠的致密且含有大量的N-H鍵。從引用的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，當折射率為2.17（板式法流量比為1450/550）時，SiNx膜中的N-H鍵含量最高，且薄膜比較致密，鈍化效果最好。當折射率為2.05左右時，SiNx膜的透光率良好，但鈍化效果差。當折射率為2.3左右時，SiNx膜的透光率變差，但是表面的鈍化增強。3.4.1實驗三方案3.4實驗三實驗二已經(jīng)證明了當折射率在2.05左右時，SiNx膜的透光性盡管良好，但鈍化效果最差，鍍膜后少子壽命較低，導致電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)化效率偏??；但是折射率增大又會使SiNx膜的透光性變差。所以，實驗三結合SiNx膜的特點，選擇性的在硅片的底部沉積折射率大（即流量比?。┑谋∧ぃ栽鰪姲l(fā)射極的表面鈍化和體鈍化；在折射率較高的SiNx膜之上再沉積一層折射率較小的SiNx膜，以增加透光率。實驗三的模型見下圖。n大n小鈍化差，透光性好鈍化好，透光性差n小Si基體n大3.4.2實驗三測試結果實驗流量下流量上薄膜下薄膜上NH3SiH4NH3SiH4厚度折射率厚度折射率6_114505501520480412.185412.0656_215005001520480412.111412.0656_316004001520480412.04412.065原工藝\\\\\\\\注釋：原工藝沒有SiNx膜的上下之分，也就是說薄膜均有相同的Si/N比例，選擇的流量為：SiH4440SCCM，NH31520SCCM，折射率為2.065。實驗AVE/MEDPmppUocIscFFNCell實驗6-1AVE3.92250.61678.307176.56520.1612MED3.92160.61658.317076.59350.1611實驗6-2AVE3.91430.61598.288176.67590.1608MED3.91570.61628.289876.72330.1609實驗6-3AVE3.90760.61668.280876.52410.1606MED3.90680.61628.284076.63020.16053.4.3實驗三結論從測試的結果來看，實驗三的設計思想是正確的，充分發(fā)揮了SiNx膜的鈍化和減反射作用。隨著底層SiNx膜Si/N比例的提高，其鈍化效果逐步增強，這從鍍膜后的少子壽命和電池片短路電流的變化規(guī)律可以證明。此外，實驗三充分結合設備特點，工藝切換簡單，只需要修改個別參數(shù)，同時SiNx膜性能的提高不會犧牲產(chǎn)量，更不會增加成本。4.管式PECVD和板式PECVD的對