PECVD沉積壓強(qiáng)對太陽電池轉(zhuǎn)換效率的影響

趙學(xué)玲+馬紅娜+張紅妹

摘 要：利用平板式等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）法，在反應(yīng)溫度為300℃，NH3：SiH4比例為3：1和沉積壓強(qiáng)為0.2-0.4mbar的條件下，在多晶硅片上沉積了具有不同光學(xué)和電學(xué)性能的SiNx膜。實(shí)驗(yàn)研究了不同壓強(qiáng)對SiNx膜的鈍化效果以及電池轉(zhuǎn)換效率的影響。

關(guān)鍵詞：板式PECVD；少子壽命；太陽電池

中圖分類號：TN304 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0050-01

SiNx薄膜具有良好的絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和致密性等特點(diǎn)，被廣泛地用于半導(dǎo)體的絕緣介質(zhì)層或鈍化層。PECVD法沉積的SiNx膜具有沉積溫度低，沉積速度快、薄膜質(zhì)量好、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，被大量應(yīng)用于晶體硅太陽電池產(chǎn)業(yè)中[1]。通過調(diào)整SiH4和NH3的流量比，可以改變SiNx薄膜中的Si和N原子的比例，實(shí)現(xiàn)薄膜折射率的變化（1.8-2.3），以獲得更好的鈍化和減反射效果[4]。本文研究了SiNx薄膜不同壓強(qiáng)下，少子壽命和太陽電池轉(zhuǎn)換效率的變化規(guī)律，給出了優(yōu)化的壓強(qiáng)范圍。

1 實(shí)驗(yàn)方法

太陽電池基底為鑄造p型多晶硅片（15.6×15.6cm）。先利用HNO3和HF混合液腐蝕表面以制備絨面結(jié)構(gòu)，然后利用液態(tài)三氯氧磷（POCl3）進(jìn)行磷（P）摻雜以形成pn結(jié)，結(jié)深約為0.5μm，表面方塊電阻為60Ω/□，接著對擴(kuò)散后的樣品進(jìn)行濕法刻蝕以去除表面的磷硅玻璃。沉積SiNx膜層的設(shè)備為德國Roth&Rau公司的板式PECVD設(shè)備，沉積條件為：溫度300℃，NH3：SiH4氣體比例3：1，帶速220cm/min，射頻功率3000W，壓強(qiáng)0.2-0.4mbar，對獲得的SiNx膜，在 centrotherm設(shè)備中，利用絲網(wǎng)印刷正背面電極并進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)。分別對磷摻雜后、沉積SiNx后以及高溫?zé)Y(jié)后的多晶硅片的少子壽命進(jìn)行了測試。利用berger測試設(shè)備對相應(yīng)太陽電池的轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了分析測量。

2 結(jié)果與討論

2.1 壓強(qiáng)對少子壽命的影響

多晶硅基底中少子壽命的大小對太陽電池轉(zhuǎn)換效率有著重要的影響。因?yàn)镾iNx膜在太陽電池中不僅起著減反射的作用，同時(shí)還起到了鈍化的作用，有助于減少基底中的缺陷，增大少子壽命，所以對不同壓強(qiáng)條件下沉積的SiNx膜的少子壽命進(jìn)行了研究。

另外還發(fā)現(xiàn)，沉積SiNx膜后，少子壽命增長幅度較小。是由于SiNx膜形成過程中，大量H沉積在氮化硅膜中，部分H向硅片表面和內(nèi)部擴(kuò)散從而進(jìn)行表面和體內(nèi)鈍化。經(jīng)過燒結(jié)之后，少子壽命進(jìn)一步的提升，這可能是因?yàn)閿U(kuò)散后的硅片與非擴(kuò)散后硅片相比，產(chǎn)生了新的物質(zhì)，在氮化硅和硅之間有一個(gè)緩沖層[3]，經(jīng)過燒結(jié)之后，Si-H鍵和N-H鍵發(fā)生斷裂后的氫不容易形成氫氣溢出，擴(kuò)散到硅片表面和體內(nèi)對硅片體內(nèi)的缺陷和懸掛鍵進(jìn)行了鈍化，少子壽命進(jìn)一步提升。

2.2 壓強(qiáng)對太陽電池轉(zhuǎn)換效率的影響

電池表面的SiNx膜層對太陽電池起著減反射和鈍化的作用，對提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率有著重要的作用。實(shí)驗(yàn)對比了壓強(qiáng)分別為0.25、0.30、0.35和0.40mbar時(shí)所沉積的SiNx膜對太陽電池轉(zhuǎn)換效率的影響。從三次電池轉(zhuǎn)換效率的嚴(yán)格對比中可以看出，當(dāng)壓強(qiáng)從0.25mbar增加到0.30mbar時(shí)，折射率升高，鈍化效果增強(qiáng)，開路電壓升高，但同時(shí)消光系數(shù)增加，又會降低短路電流；開路電壓增加的幅度大于短路電流的降低的幅度，太陽電池轉(zhuǎn)換效率有了0.1%的提升；當(dāng)壓強(qiáng)從0.30mbar增加到0.35m bar時(shí)，開路電壓和短路電流變化不明顯，太陽電池轉(zhuǎn)換效率趨于持平；而當(dāng)壓強(qiáng)從0.35mbar增加到0.40mbar時(shí)，開路電壓沒變，短路電流下降，太陽電池轉(zhuǎn)換效率開始下降。說明，在反應(yīng)壓強(qiáng)為0.3-0.35mbar時(shí)，沉積的SiNx薄膜的鈍化和減反效果較好，對電池效率的增加有較好的促進(jìn)作用。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)對比了板式PECVD在不同壓強(qiáng)下所沉積的SiNx膜對少子壽命的影響。結(jié)果顯示，隨著反應(yīng)腔室壓強(qiáng)的增加，少子壽命受壓強(qiáng)的變化影響較小。不同壓強(qiáng)下沉積的SiNx膜對太陽電池轉(zhuǎn)換效率的影響表明：隨著壓強(qiáng)的增大，太陽電池轉(zhuǎn)換效率先增加后減小。因此，在板式PECVD生產(chǎn)線上為了獲得較高質(zhì)量的SiNx薄膜，提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率，反應(yīng)壓強(qiáng)應(yīng)控制在0.3-0.35mbar。

參考文獻(xiàn)

[1]吳清鑫，陳光紅.PECVD法生長氮化硅工藝的研究[J].功能材料，2006，38（5）：703.WU Qingxin， CHEN Guanghong.Research Process in Deposition of SiN thin films by PECVD[J].Function materials，2007，38（5）：703.

[2]李新貝，張方輝，牟強(qiáng).等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積條件對氮化硅薄膜性能的影響[J].材料保護(hù)，2006，39（7）：12。LI Xinbei，ZHANG Fanghui，MOU Qiang.Effect of plasma enhanced chemical vapor deposition conditions on the properties of silicon nitride thin films[J].materials protection，2006，39（7）：12.