PECVD鍍膜完整版說課

I太陽電池用氮化硅薄膜及氫鈍化研究利用太陽能電池發(fā)電是解決能源問題和環(huán)境問題的重要途徑之一。目前，80%以上的太陽電池是由晶體硅材料制備而成的，制備高效率低成本的池對于大規(guī)模利用太陽能發(fā)電有著十分重要的意義。減反射膜的制備和氫鈍化是制備高效率的晶體硅太陽電池的非常重要工序之一。本文在系統(tǒng)綜述當(dāng)前太陽電池用氮化硅薄膜研究進(jìn)展、前景和面臨的問題的基礎(chǔ)上，應(yīng)用PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)系統(tǒng)，以硅烷和氨氣為氣源制中，襯底溫度、硅烷氨氣流量比和射頻功率對薄膜折射率和生長速率的影響；分別探明了氫等離子體和富氫氮化硅薄膜對太陽電池材料和器件性沉積薄膜后退火對電池材料和器件的影響做了初步的摸索，得到了一系列的實驗結(jié)果，為開發(fā)我國自主知識產(chǎn)權(quán)的太陽電池工藝提供了有益的參考和指導(dǎo)。本實驗利用PECVD設(shè)備，制備了氮化硅薄膜，結(jié)果證實沉積的氮化硅薄膜減反射性質(zhì)良好，透射率高，折射率2.1左右；薄膜表面相當(dāng)平整，粗糙度大約3nm;薄膜屬于非晶態(tài)，比較難晶化；薄膜的硅氮比在1.1:1至1.4:1左右，薄膜富硅；實驗還研究了氮化硅薄膜的高溫?zé)岱€(wěn)定性，指出原始氮化硅薄膜中含有大量的氫，但是在高溫處理后這些氫會從薄膜中逸失；同時，1000℃熱處理可能使氮化硅薄膜實驗表明，氮化硅薄膜的沉積速率隨硅烷/氨氣流量比增大而增大，隨溫度升高而略有降低，隨沉積功率增大而明顯增加；在襯底溫度300℃,射頻功率20W和硅烷氨氣流量比為1:3的條件下氮化硅薄膜的沉積速率大約為8.6納米/分。氮化通過測試氫等離子體鈍化和氮化硅薄膜鈍化的效果，實驗還發(fā)現(xiàn)氫等離子體處理對多晶硅材料的少子壽命提高作用比較明顯，Ⅱ及時間的關(guān)系不大；氮化硅薄膜中的氫對單晶硅的載流子遷移率提高有一定作用具有表面鈍化和體鈍化的雙重作用；氫等離子體和氮化硅薄膜都能有效地提高單晶和多晶電池的短路電流密度，進(jìn)而使電池效率有不同程度(絕對轉(zhuǎn)換效率0.5%~2.9%)的提高；先沉積氮化硅薄膜再氫等離子體處理能得到更好的鈍化效果。溫度達(dá)到1000℃時折射率急劇降低；沉積氮化硅薄膜后400℃退火可以促進(jìn)氫擴(kuò)RTPRTP(快速熱處理)處理所導(dǎo)致氫的逸失比常規(guī)退火處理顯著。ⅢhydrogenpassivationaretwokeyproceduresintheproTheresearchprogressfutureaphysicalandchemicalpropertiesofSianddepositionratewereresearchedThepassivationTheexperimentsindicatethatheflowratioofSiHNHslightlydnmminundersomecertainpartheincreaseoftheflowratioofSiHNHslightlyincrsubstratetemperateanddecreasewiththeinBymeasuringthepassivationresultresultinbetterpassivationeffecV浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文王曉泉摘要 I V 11.2太陽電池的原理與發(fā)展現(xiàn)狀 21.3硅太陽電池的減反射膜 61.4氮化硅薄膜的性質(zhì)與制備方法 91.5太陽電池氫鈍化的機(jī)理和方法 1.6太陽電池氫鈍化存在的問題 1.7本論文的研究目的與意義 第二章實驗設(shè)備、方法與過程 2.3實驗材料 2.4測試設(shè)備 2.4.1金相顯微鏡 2.4.2原子力顯微鏡(AFM) 2.4.3掃描電子顯微鏡(SEM) 2.4.4薄膜測試系統(tǒng) 2.4.5X射線衍射(XRD) 2.4.6X射線光電子能譜(XPS) 2.4.7X射線能譜分析儀(EDS) 2.4.8微波光電導(dǎo)衰減(μ-PCD) 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文王曉泉2.4.9傅立葉變換紅外光譜(FTIR) 2.4.10太陽電池效率測試儀 2.4.11霍爾參數(shù)測試儀(Hal1) 2.5實驗過程 2.5.1正交實驗 2.5.2氫等離子體的鈍化實驗 2.5.3薄膜樣品的退火處理 第三章PECVD沉積SiNx:H薄膜性質(zhì)研究3.1表面與截面形貌 3.2光學(xué)性質(zhì) 3.3化學(xué)結(jié)構(gòu) 3.4穩(wěn)定性 3.5不同沉積參數(shù)對薄膜性質(zhì)的影響 3.6本章小結(jié) 第四章鈍化效果研究4.1氫等離子體對多晶硅材料的鈍化效果 4.1.1氫等離子體鈍化與處理溫度的關(guān)系 4.1.2氫等離子體鈍化與處理時間的關(guān)系 4.2富氫氮化硅薄膜對硅材料的鈍化效果 4.2.1氮化硅薄膜對單晶硅的鈍化 4.2.2氮化硅薄膜對多晶硅的鈍化 4.3氫等離子體對硅電池的鈍化效果 4.3.1氫等離子體對單晶硅電池的鈍化效果 4.3.2氫等離子體對多晶硅電池的鈍化效果 4.4富氫氮化硅薄膜對硅電池的鈍化效果 4.4.2富氫氮化硅薄膜對多晶硅電池的鈍化效果 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文王曉泉4.5PECVD沉積氮化硅薄膜與氫等離子體處理的工藝整合研究 4.6本章小結(jié) 第五章熱處理對氮化硅減反射膜的影響5.1熱處理對薄膜厚度和折射率的影響 5.2熱處理對少子壽命的影響 5.3熱處理對電池性能的影響 5.4本章小結(jié) 第六章結(jié)論 讀研期間發(fā)表的論文 1第一章文獻(xiàn)綜述自1954年美國貝爾實驗室的Chapin等人研制出世界上第一塊太陽電池【1】,從此揭開了太陽能開發(fā)利用的新篇章。最初，太陽能電池被用于太空衛(wèi)星和航天器，之后，太陽能開發(fā)利用技術(shù)發(fā)展很快，特別是70年代爆發(fā)的世界性的石油危機(jī)有力地促進(jìn)了地面太陽能開發(fā)利用。經(jīng)過近半個世紀(jì)的努力，太陽能光熱利用技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)異軍突起，成為能源工業(yè)的一支生力軍【2】【3】。如今，如何進(jìn)一步提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，降低成本已經(jīng)成為科學(xué)界與工業(yè)界最關(guān)心的問題之一【4】。在這樣的趨勢下，有著成本優(yōu)勢的多晶硅太陽電池正在逐漸取代單晶硅太陽電池的統(tǒng)治地位。但是和單晶硅相比，多晶硅材料中存在著更多的雜質(zhì)、位錯和晶界等缺陷，它們會降低材料中的少子壽命從而影響電池的轉(zhuǎn)換效率。在傳統(tǒng)的多晶硅太陽電池中，一直采用SiO?或者TiO?作為多晶硅太陽電池的減反射膜，但是SiO?的折射率較低，而TiO?又不能對多晶硅起到鈍化作用。如果能找到一種新的減反射膜，同時起到減反射作用和鈍化作用，無疑能在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上簡化工序并進(jìn)一步提高太陽電池的效率。氮化硅薄膜首先是應(yīng)用在半導(dǎo)體器件和集成電路的制造工藝中的【5】,由于有著良好的光學(xué)、化學(xué)性質(zhì)和鈍化能力，特別是能同時起到減反射和鈍化作用，從1981年開始，它被引入多晶硅太陽電池的制造工藝中【6】,隨后得到了迅速的發(fā)展。目前，美國的MobilSolar、Shell、日本的Kyocera等著名太陽電生產(chǎn)商已經(jīng)采用了PECVD沉積氮化硅工藝，新南威爾士大學(xué)(UNSW),佐治亞理工學(xué)院的光伏研究中心(UCEPofGIT),德國太陽能研究中心(ISFH)以及歐洲微電子中心(IMEC)都在加緊這方面的研究，最新成果不斷涌現(xiàn)。1996年，Kyocera公司通過生長氮化硅薄膜作為太陽電池的減反射膜和鈍化膜在15cm×15cm的多晶硅太陽電池上達(dá)到了17.1%的轉(zhuǎn)換效率【7】,A.Hubner等人利用氮化硅鈍化雙面太陽電池的背表面，使電池效率超過了20%【8】。早在1997年，IMEC采2用PECVD沉積氮化硅薄膜工藝已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)的10cm×10cm的多晶硅材料上達(dá)到了本論文針對晶體硅太陽電池減反射膜的要求，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積法制備了富氫氮化硅薄膜，對這種薄膜的組成、結(jié)構(gòu)、技術(shù)的工業(yè)可行性進(jìn)行了一系列有意義的研究分析，為今本章對太陽電池、太陽電池用氮化硅薄膜及氫鈍化的研究進(jìn)展作了評述。1.2太陽電池的原理與發(fā)展現(xiàn)狀圖1.1硅太陽電池結(jié)構(gòu)與能帶示意圖3太陽能的光電轉(zhuǎn)換是指太陽的輻射能光子通過半導(dǎo)體器件轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，通常叫做“光生伏打效應(yīng)”,太陽電池就是利用這種效應(yīng)制成的。圖1.1為晶體硅太陽電池的結(jié)構(gòu)與能帶示意圖。當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體上一些轉(zhuǎn)換成熱能，另一些能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度導(dǎo)體中，在n區(qū)，耗盡區(qū)和p區(qū)中同組成半導(dǎo)體的原子價電子碰撞，將能量傳給這樣，光能就以產(chǎn)生電子-空穴對的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。如果半?dǎo)體內(nèi)存在p-n結(jié)，則在p型和n型交界面兩邊形成勢壘電場，能將電子驅(qū)向n區(qū)，空穴則被驅(qū)向p結(jié)邊界，便立即受到內(nèi)建電廠作用，被電場力p區(qū)，光生電子(多子)則被留在n區(qū)。P區(qū)中的光生電子(少子)同樣地先因為擴(kuò)散、后因為漂移而進(jìn)入n區(qū)，光生空穴(多子)留在p區(qū)。如此便在p-n結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反光生電場。光生電場的一部分除抵銷勢壘電場外，還使p圖1.2硅太陽電池的立體結(jié)構(gòu)圖45場份額，導(dǎo)致這一變化趨勢的原因是由于多晶硅片的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單晶硅片的生產(chǎn)能力以及多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的迅速提高(相對較高的性能價格比)【10】。由于太陽能電池的成本主要來源于硅片材料，且在短時間內(nèi)硅材料成本下降速度緩慢，因此不斷提高太陽能電池的制造技術(shù)、提高轉(zhuǎn)換效率是降低太陽能電池生產(chǎn)成本的重要途徑。圖1.3顯示了2001年不同材料太陽電池占世界產(chǎn)量的百分比情況【11】。近20年來，實用的太陽電池得到了長足的發(fā)展。從本世紀(jì)70年代中期開始了地面用產(chǎn)品商品化以來，太陽電池的全球平均年增長率達(dá)30%,其中2000年和2001年的年銷售增長均超過40%,2001年的全球銷售已突破400兆瓦大關(guān)【12】,而同時其生產(chǎn)成本以每年7.5%的平均速度下降【13】,如圖1.4所示。并且應(yīng)用市場也由原來的宇航、通訊等部門開始向以并網(wǎng)發(fā)電方向發(fā)展【14】。而與此同時，隨著新技術(shù)和新工藝的不斷涌現(xiàn)以及電池材料質(zhì)量的不斷提高，太陽電池的效率不斷提高逼近其理論極限值，表1.1顯示了目前幾種典型太陽電池實驗室的最高轉(zhuǎn)換效率。圖1.4太陽電池的成本和產(chǎn)量發(fā)展圖6表1.1幾種太陽電池的轉(zhuǎn)換效率太陽電池類型轉(zhuǎn)換效率(%)單晶硅太陽電池多晶硅太陽電池【16】GaAs(單結(jié))【17】a-Si電池(單結(jié))【18】與其他發(fā)電方式相比較，光伏發(fā)電系統(tǒng)有著無污染、不需要燃料、無轉(zhuǎn)動應(yīng)用范圍十分廣闊，覆蓋著從幾十瓦的小型便攜式電源直到統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)。正是由于上述優(yōu)電池的研發(fā)和推廣。1997年，美國宣布了“太陽能百萬屋頂計劃”,該計劃的主要內(nèi)容是：準(zhǔn)備在2010年以前，在100萬座建筑物上安裝太陽能系統(tǒng)，其目的主要是利用太陽能發(fā)電【19】。1998年，德國新政府提出了“10萬屋頂計劃”,預(yù)計安裝6000套光伏系統(tǒng)【20】。日本在舊的“陽光計光計劃",提出到2000年將其電池組件的成本降低到170-210日元/W,年產(chǎn)量沙特等都有各自的計劃，其目標(biāo)都是：提高太陽電池的性能價格比，增加投資，發(fā)展光伏系統(tǒng)。在能源相對貧乏，環(huán)境問題日益嚴(yán)我國，低成本高效率地利用太陽電池就變得尤為重要。電池的研究、開發(fā)和應(yīng)用，最近，國家投入近20億人民幣，大力發(fā)展太陽電池大面積的淺PN結(jié)用來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，電極用來輸出電能，減反射膜的作用是使2003年5月浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文王曉泉2003年5月7封裝檢驗測試減反射膜腐蝕周邊制作電極除去背結(jié)擴(kuò)散制結(jié)表面準(zhǔn)備硅片封裝檢驗測試減反射膜腐蝕周邊制作電極除去背結(jié)擴(kuò)散制結(jié)表面準(zhǔn)備硅片問題。問題。常規(guī)的硅太陽電池制造工藝流程如圖1.5所示。各工序之間還有檢驗項目。圖1.5常規(guī)硅太陽電池的制造工藝流程在太陽電池的制造工藝中，減反射膜的沉積是非常重要的，也是本論文研究的重點。下面介紹一下減反射膜的原理和常見的幾種材料。當(dāng)光照射到平面的硅片上，不能全部被硅吸收，因為有一部分光從硅片表面被反射。反射百分率的大小取決于硅和外界透明介質(zhì)的折射率。如果不考慮擴(kuò)散層的影響，垂直入射時，可以應(yīng)用透明介質(zhì)表面反射的公式計算硅片表面的反射率R:式中，no為外界介質(zhì)的折射率，在真空或大氣中等于1,若表面有硅橡膠則取1.4;nsi為硅的折射率，由于色散，硅的折射率對于不通波長的光數(shù)值是不同的，一般取600nm波長時的折射率3.9進(jìn)行計算。如果硅表面沒有減反射膜，在真空或大氣中有約三分之一的光被反射，即使硅片表面已進(jìn)行織構(gòu)化處理，由于入射光在金字塔絨面產(chǎn)生多次反射而增加了吸收，也有約11%的反射損失。如果在硅表面制備一層透明的介質(zhì)膜，由于介質(zhì)膜的兩個界面上的反射光互相干涉，可以在很寬波長范圍內(nèi)降低反射率。此時反射率由下式給出：式中，ni、r2分別是外界介質(zhì)-膜和膜-硅界面上的菲涅爾反射系數(shù)；△為膜層厚度引起的位相角。它們可以分別表示為2003年5月2003年5月8則由式(1.2)可得：為了使反射損失減到最小，即希望R,o=0,就應(yīng)有：都將增大，并可由式(1.2)算出。因此，為了使電池輸出盡可能增加，應(yīng)先取一個合理的設(shè)計波長入。這需要考慮兩個方面，即太陽光譜的成分和電池的相對光譜響應(yīng)。外層空間太陽光譜能量的峰值在波長0.48微米，地面太陽光譜能量的峰值在波長0.5微米；而硅太陽電池的相對響應(yīng)峰值在波長0.8～0.9微米。因此取設(shè)計波長為0.6微米，則恰當(dāng)?shù)臏p反射膜的光學(xué)厚度應(yīng)為0.15微米。帶這一厚度減反射膜的硅太陽電池，由肉眼看來應(yīng)呈深藍(lán)色。 此如果電池直接暴露在真空或大氣中使用，最匹配的減反射膜折射率為n=√3.9但是，在實際應(yīng)用中，為了提高電池的使用壽命和抗?jié)衲芰Γ蠖嗖捎霉柘鹉z封裝。所以，對于減反射膜來說，外界介質(zhì)將是硅橡膠，其在這種情況下，最匹配的減反射膜折射率應(yīng)為2003年5月浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文王曉泉2003年5月9上述計算基本上也適用于絨面的硅表面。如果蒸鍍合適的減反射膜，絨面的有膜電池比無膜電池的輸出能增加6～8%,經(jīng)濟(jì)上仍是合算的。以上介紹了單層介質(zhì)減反射膜。為了在更寬的波長范圍內(nèi)減少反射損失，從光學(xué)設(shè)計上還可以用雙層和多層介質(zhì)減反射膜。但工藝復(fù)雜，成本增加，而實際得到的增益不多，因此對減反射膜來說，膜厚和折射率是最重要的參數(shù)，但還須考慮其它重要的問題：1)要有較大的透過率和較小的反射率以及吸收率；2)良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性；3)工藝的難易和設(shè)備條件。以往工業(yè)生產(chǎn)中常用的減反射膜材料有一氧化硅(SiO)、二氧化鈦(TiO?)、五氧化二鉭(Ta?O?)和五氧化二鈮(Nb?Os)。這些都是習(xí)慣上的叫法，實際制得的氧化物組分應(yīng)以SiOx、TiOx、TaxOy和NbxOy表示比較合適。為了進(jìn)一步提高硅太陽電池輸出，人們長期以來一直致力于研究新型減反射膜，80年代以來出現(xiàn)了氮化硅等新型的高折射率高透過率并具有鈍化效果的減1.4氮化硅薄膜的性質(zhì)與制備方法作為新型的減反射膜，氮化硅薄膜具有良好的光學(xué)性質(zhì)(在波長為633nm時折射率n>=2.2,非常接近加蓋片的太陽電池的理想值2.35),遠(yuǎn)優(yōu)于以前所在沉積時氫也對多晶硅材料中的體缺陷和晶界起到了鈍速率(SRV),增加了少子壽命，進(jìn)而提高了開路電壓和短路電流，這又是傳統(tǒng)的的SiNx薄膜和無氫的TiO?薄膜，測試結(jié)果如表1.2所示：表1.2基于EMC材料上有氫鈍化(SiNx)和無氫鈍化(TiOx)的電池參數(shù)a樣品Voe(mv)E(%)a:M8表示面積為80cm°,M11表示面積為96cm2;通過上表可以發(fā)現(xiàn)，前者的效率比后者提高了近3%。此外，氮化硅薄膜還有著卓越的抗氧化和絕緣性能，同時具有良好的阻擋鈉離子、掩蔽金屬和水蒸汽擴(kuò)散的能力，而且，它的化學(xué)穩(wěn)酸和熱磷酸能緩慢腐蝕外，其它酸與它基本不起作用。這氮化硅薄膜的特性如表1.3所示【24】:表1.3氮化硅薄膜的性質(zhì)沉積溫度組分Si/N比H含量(原子數(shù)%)結(jié)構(gòu)密度(kg/cm3)折射率介電強(qiáng)度(10V/cm)應(yīng)力(10'Pa/cm2)禁帶寬度(eV)無定形10(張應(yīng)力)5無定形52(壓應(yīng)力)--5(張應(yīng)力)氮化硅薄膜的制備方法有很多，有直接氮化法，濺射法，熱分解法，也可以在700-1000℃下由常壓化學(xué)氣相沉積法(APCVD)或者在750℃左右用低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)制得，但現(xiàn)在工業(yè)上和實驗室一般使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)薄膜缺陷密度較低。PECVD沉積氮化硅，一般是由SiH和NH在等離子體氣氛下反應(yīng)生成，反應(yīng)式如下：在低壓下，令射頻發(fā)生器產(chǎn)生高頻電場，使電極間的氣體發(fā)生輝光放電，產(chǎn)生非平衡等離子體。這時反應(yīng)氣體的分子、原子和離子均處于環(huán)境溫度，而電子卻被電場加速，獲得很高的能量將反應(yīng)的氣體分子激活，使原本高溫下才發(fā)生根據(jù)等離子體的激發(fā)方式，用于生長氮化硅薄膜的PECVD設(shè)備一般分為兩種類型：直接(direct)PECVD設(shè)備和間接(remote)PECVD設(shè)備【25】。如圖1.6和圖1.7所示：圖1.6直接PECVD法生長設(shè)備圖1.7間接PECVD法生長設(shè)備在直接PECVD設(shè)備中，SiH;和NH?同時被交變電場所激勵而產(chǎn)生等離子體，樣品直接置于等離子體中，為了防止等離子體對樣品表面轟擊而造成表面損傷，電場頻率必須高于4MHz(降低周期),這樣離子的加速時間很短，不能吸收過多的能量來轟擊表面。Lauinger等人通過實驗分別比較了高頻(13.56MHz)下和低頻下使用直接PECVD所沉積的氮化硅薄膜，結(jié)果表明前者有著更好的表面鈍化而在間接PECVD設(shè)備中，只有NH?被交變電場所激勵，而且樣品遠(yuǎn)離等離子體。被激勵的等離子體通過一根狹窄的石英管進(jìn)入反應(yīng)器和SiH反應(yīng)并沉積到樣品上。由于這種方法產(chǎn)生的等離子體密度高，所以沉積的速率也往往比直接PECVD要大【26】。另一個顯著的優(yōu)點是，面損傷大大將減少【27】。此外，由間接PECVD生成的氮化硅薄膜表面鈍化質(zhì)量在工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高產(chǎn)量，企業(yè)們紛紛采用一種所謂的批量生產(chǎn)反應(yīng)器(batchreactors)來沉積氮化硅薄膜。這種批量生產(chǎn)反應(yīng)器使用了大量的電極來取代原來的兩個電極，這樣就能同時處理數(shù)百片德國的研究者們提出了一種基于間接PECVD的在線(in-line)解決方案，這種方法不僅有很高的產(chǎn)量(600片/小時),而且沉積氮化硅的成本降低了50%【29】。最近日本又研制出了一種直接PECVD在線系統(tǒng)，已經(jīng)投入生產(chǎn)使用【30】。為避免PECVD對樣品造成的離子損傷，法國的ErwannFourmond等人采用紫外光化學(xué)氣相沉積(UVCVD)方法在低溫下生長氮化硅薄膜，取得了很好的結(jié)除了CVD方法之外，還可以使用其他方法來制備氮化硅薄膜，例如，德國的M.Vetter使用在浮法玻璃工業(yè)和平板顯示器工業(yè)中廣泛使用的高頻磁控濺射法也制備出了性能較好的氮化硅薄膜，具有很大的工業(yè)應(yīng)用價值【32】。氮化硅薄膜的物理、化學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，在很大程度上取決于沉積條件。因此可以通過控制沉積條件來獲得不同要求的薄膜。比如氮折射率n增高，電絕緣性能變差，我們就可以通過控制反應(yīng)時的氨氣和硅烷的比例來達(dá)到調(diào)節(jié)薄膜的折射率的效果。再如適當(dāng)?shù)目刂苾蓚€電沉積過程中一般溫度控制在250-450℃左右，壓強(qiáng)可以控制在100-300Pa左右。硅烷的混合氣(N?:95.5%,SiH:4.5%)來與氨氣反應(yīng)能使鈍化效果最好，他們使用這種配比制備的薄膜表面復(fù)合速率小于10cm/s,壽命t=895μs,不過由于它的PECVD沉積氮化硅薄膜鈍化太陽電池的作用從原理看實際上是薄膜中富含氫是自然界中最簡單的元素，也是硅中最普通的雜質(zhì)之一。早期人們認(rèn)識到在區(qū)熔硅生長的保護(hù)氣氛中摻入氫氣能夠抑制微缺陷的產(chǎn)生，70年代研究者又發(fā)現(xiàn)非晶硅的氫化能夠改善它的電學(xué)性能；氫也可以用來鈍化類似于Si-SiO?的界面層以形成低表面復(fù)合率的高質(zhì)量的MOS器件，還可以用于鈍化TFT(Thin多種渠道進(jìn)入硅晶體中，能夠鈍化硅中的雜質(zhì)和缺陷的電活性【37】,降低電池表面復(fù)合速率(SRV),增加少子壽命，進(jìn)而提高了開路電壓和短路電流，對相關(guān)硅器件的電學(xué)和光學(xué)性能有很大作用，特別是對多晶硅太陽好的改善。因此人們對它的研究進(jìn)展大大加快，逐漸成為80年代后期及90年代度、缺陷狀況等因素。經(jīng)過十多年的研究，人們一般認(rèn)為，在低溫時，氫在硅中紅外吸收峰位于188—2300cm1,這種狀態(tài)的氫原子有著最低的勢能；2)在沒有缺陷的位置上以穩(wěn)定氫分子H?的情況存在，在平衡條件下氫分子占據(jù)著硅四面體的中心位置，此時它的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)都不活潑，低溫時(<500℃)也不易移動；3)或氫離子存在的，它總是以復(fù)合體的形式存在于硅中。少量的氫就能和硅中的缺陷和雜質(zhì)作用，形成一些復(fù)合體，由于這些復(fù)合體大多都是電中性的，所以硅中的氫可以鈍化雜質(zhì)和缺陷的電活性，這是目前氫在硅材料中的最大作用。它不僅能鈍化晶體的表面或界面，還可以和金屬雜質(zhì)結(jié)合，去除或改變相應(yīng)的深能級。此外，氫還能和位錯上的懸掛鍵結(jié)合，達(dá)到去除位錯電活性的目的；氫也能和空位作用，形成一種VHn復(fù)合體；氫還能鈍化由氧化而早期的研究表明，氫在硅中是一種快擴(kuò)散雜質(zhì)，它的擴(kuò)散過程是一個復(fù)雜的過程。氫擴(kuò)散的機(jī)制對于理解太陽電池的鈍化有著重要的意義。氫擴(kuò)散取決于以下幾個因素：1)基體的參數(shù)，例如電阻率，摻雜類型和其它雜質(zhì)的存在；2)氫在表面的濃度，擴(kuò)散時的溫度和引入氫的方法。以前的研究表明當(dāng)摻雜同樣濃度的施主時，氫在多晶硅中的擴(kuò)散比高質(zhì)量區(qū)熔硅要更深入，同時也發(fā)現(xiàn)在某些晶界表1.4氫在硅中不同溫度和時間的擴(kuò)散長度表1.4是根據(jù)式(1.4)計算出的氫在硅中不同溫度和時間的擴(kuò)散長度，由此可以看到，氫在硅中的擴(kuò)散隨溫度增加很快，在300℃下30分鐘才能擴(kuò)穿一個300微米的硅片，但是在600℃下只需要不到1分鐘，在1000℃下只要10秒鐘。在圖1.8簡要描述了三個主要的氫擴(kuò)散和鈍化過程：1)氫以離子或分子態(tài)進(jìn)入樣品。在以分子態(tài)進(jìn)入硅時，氫分子分解為氫原子或者直接和空位結(jié)合形成{H-V}對；這些空面的溶解度，二是促進(jìn)了表面的氫分子分解為氫原子。2)處于間隙位的H和{H-V}3)低溫時氫擴(kuò)散可以被太陽電池制造過程中引入的點缺陷所改變。如前所述空位可以促進(jìn)氫原子的擴(kuò)散?？瘴灰部梢栽诠杵砻婀に囘^程中被引入，譬如使用PECVD沉積氮化硅薄膜時，很短的時間內(nèi)在硅片表面聚集了大量的氫和空位，氫在空位的幫助下快速地擴(kuò)散至體帶來的效率提高就越明顯，尤其對帶狀硅(RGS)和電磁鑄造硅(EMC)圖1.8氫在硅太陽電池中的擴(kuò)散和鈍化示意圖實驗中，我們還在PECVD設(shè)備上直接通入氫氣起輝產(chǎn)生氫等離子體處理太陽電池以探明氫等離子體對太陽電池的鈍化效果。1.6太陽電池氫鈍化存在的問題從以上的論述中我們可以看到，使用PECVD在多晶硅太陽電池的表面沉積氮化硅薄膜具有溫度低，速度快，質(zhì)量好等優(yōu)點，是一種性價比相當(dāng)高的方法，非常適合于工業(yè)化生產(chǎn)。而且沉積時氫又起到了鈍化硅薄膜的沉積中也有一些問題還沒有弄清楚1)在氮化硅薄膜的沉積過程中，薄膜的性質(zhì)和沉積條件密切相關(guān)，許多參量例如工作頻率、功率、壓力、樣品溫度、反應(yīng)氣體分壓、反應(yīng)器的幾何形狀、電極空間、電極材料等等都會影響薄膜的性質(zhì)。其中某些參數(shù)的影響可以預(yù)見，例如提高溫度，增加氣體分壓沉積速率都將提高，但某些參解釋。例如低頻等離子體(50kHz)沉積的薄膜具有壓應(yīng)力，而高頻等離子體2)鈍化處理后往往氫擴(kuò)散得不夠深入，有文獻(xiàn)報道【50】,如果在鈍化之后進(jìn)行一段時間一定溫度下的熱處理能使氫進(jìn)一步向體內(nèi)鈍化，效率又可提高化后的熱處理過程理應(yīng)成為氫鈍化的一部分而加以深入研究。3)在國外報道的新工藝中，也往往在沉積氮化FiringProcessing)過程，A.Rohatgi等人研究認(rèn)為，在這個過程中，不僅可以節(jié)約熱后的RTP處理實驗，不僅對科學(xué)研究，對改進(jìn)太陽電池的生產(chǎn)工藝也有相當(dāng)重綜上所述，太陽電池直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，這被公認(rèn)為解決能源危機(jī)和環(huán)境問題十分有效的途徑之一。太陽能的利用，關(guān)鍵是制造低成本高效率的利用定向凝固方法生長的鑄造多晶硅，以其低廉的成本從一問世就引起了全世界的關(guān)注，目前在西方和日本工業(yè)界，以鑄造多晶硅材料制成的太陽電池的轉(zhuǎn)換效率已接近直拉硅單晶，最近它在太陽電池材料市場上占有50%以上的份額，已經(jīng)取代單晶硅成為最主要太陽電池材料。和直拉硅單晶相比，多晶硅成本低，但存在大量的位錯，晶界和過渡族金屬雜質(zhì)等，這些缺陷會導(dǎo)致開路電壓的顯著下降，從而使電池效率降低。因此，它的工藝和單晶硅太陽電池是不完全一樣的。例如，使用新型減反射膜、增加國外多晶硅太陽電池已經(jīng)較廣泛使用，由于競爭的緣故，工藝和技術(shù)都被獨立開發(fā)和保密。國內(nèi)正在加緊自主開發(fā)商業(yè)化多晶硅太陽電池工藝和生產(chǎn)線，因此，本研究具有極大的市場前景和可操作性。開發(fā)的迫切需要，本文在研究太陽電池減反射膜用氮化硅步做出自己的貢獻(xiàn)!本文一共分為六章，第一章綜述國內(nèi)外的研究進(jìn)展并本實驗所采用的設(shè)備和測試手段；第三章使用多種手段表征PECVD方法沉積的氮化硅薄膜；第四章著重研究了沉積氮化硅薄膜和氫等離子體鈍第二章實驗設(shè)備與過程間產(chǎn)生，故屬于直接型PECVD(DirectPECVD),它采用二級射頻電容耦合式輝光放電裝置，兩電極之間的間距固定，電極直徑為101.6mm(約4英寸)。為板密封在上電極內(nèi)，電阻絲置于密封的銅圓盤之內(nèi)，其中使用石棉隔離，而測溫?zé)犭娕贾苯咏釉谏想姌O上引至反應(yīng)室外的電路控制系統(tǒng)。由于某些金屬(如鐵、金等)存在于硅片中會極大危害載流子壽命，被稱為“少在進(jìn)行實驗時，先將樣品用不銹鋼彈簧片夾于樣品盤上，通過升降系統(tǒng)關(guān)閉上法蘭，開啟前置機(jī)械泵將反應(yīng)室抽成粗真空，然后開啟分子泵預(yù)抽高真空，待真空度達(dá)到10Pa時關(guān)閉分子泵，開啟羅茨泵將真空度保持在0.05Pa左右，再通過氣體流量計設(shè)定各氣路的流量，同時進(jìn)行升溫。待氣體設(shè)定值后打開射頻電源，調(diào)節(jié)電流和電壓使功率達(dá)次關(guān)閉氣路和真空泵，待樣品盤溫度降至60℃以下時取出已防止部件氧化。本實驗中沉積氮化硅薄膜時常用的參數(shù)為：襯底溫度300℃,稀釋的硅烷流量為200sccm(相當(dāng)于純硅烷20sccm,以下提到的硅烷流量皆指純硅烷的流量),氨氣流量為60sccm,射頻功率20W,工作氣壓28Pa,樣品盤轉(zhuǎn)速10轉(zhuǎn)/分，預(yù)抽真空度0.06pa,RF頻率13.56MHz,RF板壓350V,板流75mA。本實驗中氫等離子體實驗時常用的參數(shù)為：襯底溫度300℃,氫氣流量為150sccm,射頻功率20W,工作氣壓16Pa,樣品盤轉(zhuǎn)速10轉(zhuǎn)/分，預(yù)抽真空度0.06pa,RF頻率13.56MHz,RF板壓350V,板流75mA。本實驗中樣品盤和電極均為直徑為150mm的圓盤，其面積為π×(15/2)2≈176.6cm2,下文提到的功率均為在此面積上產(chǎn)生的功率，將此功率除以實驗采用北京產(chǎn)RTP-300系統(tǒng)進(jìn)行氮化硅薄膜的后退火處理。此系統(tǒng)由加熱系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)與爐腔等四部分構(gòu)成，其工作示意圖如圖2.2所示。爐腔由13個功率為1.25kW的鎢燈加熱，升溫速率為100～200℃/s,溫度區(qū)間為150～1300℃,可通氮氣或者氬氣保護(hù)以免樣品被氧化。在進(jìn)行實驗時，先抽出石英腔體將樣品放置在其中的碳化硅架上并保持整個樣品的平衡，再將腔體插入爐內(nèi)，開啟冷卻水并通入保護(hù)氣體，輸入事先設(shè)計好的溫度、加熱時間與升溫速率即可。實驗結(jié)束后，關(guān)閉冷卻水與保護(hù)氣，待樣品冷卻到100℃后再取出。圖2.2RTP系統(tǒng)工作示意圖本實驗過程中主要采用以下3種硅片作為沉積薄膜的襯底：(1)寧波海納半導(dǎo)體公司產(chǎn)P型<100>直拉(Cz)單晶硅片，電阻率約為5Ω·cm,厚度650μm;(2)德國拜耳公司產(chǎn)Baysix鑄造多晶硅片，電阻率約為1～22cm,厚度330μm;(3)寧波產(chǎn)中意鑄造多晶硅片，電阻率約為1～2Ω·cm,厚度330μm。在實驗前均使用硅片切割機(jī)將硅片切成固定大小的方片(2×2cm2或者5×5cm2),先置于丙酮溶液中超聲波清洗15分鐘以洗去硅片表面的油污等有機(jī)物，再使用酸液(HF:HNO?:CH?COOH=1:3:1)或者堿液(90℃的20%～30%的NaOH或者KOH水溶液)去除硅片表面損傷層，然后依次在SC1液(NHOH:HO?:H?O=1:1:5)和SC2液(HC1:H?O?:H?O=1:1:5)中80℃的水浴中浸泡10～15分鐘以氧化有機(jī)物和無機(jī)物雜質(zhì)，其間反復(fù)使用去離子水漂洗干凈，最后烘干。本實驗用到的氣源為SiH?,NH?,H?,N?。SiH和NH?氣體分別用于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法沉積SiNx薄膜，為為99.999%,產(chǎn)地為南京華廈特種氣體公司。和反應(yīng)室，它們的純度都為99.999%,都由杭州民星氣體公司提供。顯微鏡可以將樣品放大到1000~2000倍左右。原子力顯微鏡(AtomicForceMicroscope)是繼掃描隧道顯微鏡(ScanningTunnelingMicroscope)之后發(fā)明的一種具有原子級高分辨的新型儀器，可以在大氣和液體環(huán)境下對各種材料和樣品進(jìn)行納米區(qū)域的物理性質(zhì)包括形貌進(jìn)行探測，或者直接進(jìn)行納米操縱；現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、納本實驗所用的儀器為浙江大學(xué)光電工程系研制的AFM-II型產(chǎn)品。橫向分圖象掃描象素：180×180象素/幅。掃描電子顯微鏡利用掃描電子束從樣品表面激發(fā)出各種物理信號來調(diào)制成像，放大倍數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡，可從數(shù)倍原位放大到20萬倍左右，非常適合測定樣品的表面和截面形貌。由于本實驗中氮化硅薄膜屬于絕緣膜不導(dǎo)電，故樣品需要進(jìn)行噴金處理，拋光硅片進(jìn)行儀器校準(zhǔn)并選擇合適的參數(shù)。空間的有規(guī)則排列，當(dāng)X射線與樣品的原子相互作用時，就會產(chǎn)生衍射特征峰，而如果樣品為非晶體，則不會產(chǎn)生衍射特征峰。所以本實驗可以使用XRDSiNx薄膜沉積后退火對薄膜結(jié)構(gòu)的影響。測試儀器：國內(nèi)組裝XD-98,采用PhilipsX射線管。X射線光電子能譜法在表面分析領(lǐng)域中是一種嶄新的方法，又名化學(xué)分析用X射線照射固體時，由于光電效應(yīng)，原子的某一能級的電子被激發(fā)出軌道之外，此電子稱為光電子。如果X射線光子的能量為hv,電子在該能級上的結(jié)合能為Ep,從表面逸出后的動能為Ec,則它們之間的關(guān)系為：式中Ws為功函數(shù)，它表示固體中的束縛電子除克服個別原子核對它的吸引外，還必須克服整個晶體對它的吸引才能逸出樣品表面，即電子逸出表面所做的功?？梢?，當(dāng)入射X射線能量一定后，若測出功函數(shù)和電子的動能，即可求出電子必然反應(yīng)了表面化學(xué)成份的情況。這正是光電子能譜儀的基本測試原理。強(qiáng)度高，自然寬度小(分別為830meV和680meV)。CrK。和CuK。輻射雖然能量更高，但由于其自然寬度大于2eV,不能用于高分辯率的觀測。為了獲得更高的觀測精度，還使用了晶體單色器(利用其對固定波長的色散效果),但這將使由X射線從樣品中激發(fā)出的光電子，經(jīng)電子能量分析器，按電子的能量展譜，再進(jìn)入電子探測器，最后用XY記錄儀記錄光電子能譜。在光電子能譜儀上測得的是電子的動能，為了求得電子在原子內(nèi)的結(jié)合能，還必須知道功函數(shù)Ws。它不僅與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，還與儀器有關(guān)，可以用標(biāo)準(zhǔn)樣品對儀器進(jìn)行標(biāo)當(dāng)元素處于化合物狀態(tài)時，與純元素相比，電子的結(jié)合能有一些小的變化稱為化學(xué)位移，表現(xiàn)在電子能譜曲線上就是譜峰發(fā)生少量平移。測量化學(xué)位移，可以了解原子的狀態(tài)和化學(xué)鍵的情況。這是XPS法不同于其它方法的另一特點，X射線能譜分析儀(EDS)可以測定樣品的元素組成和分布，它是在光學(xué)和X射線光譜學(xué)原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高效率分析儀器，和透射電子顯微鏡的鏡筒，只是在檢測器部分使用的是X射線譜儀，專門用來檢測X射線的特征波長或特征能量，以此來對微區(qū)的化學(xué)成分進(jìn)行分析。因為本實驗所用的X射線譜儀是作為透射電鏡的配件，透射電鏡腔內(nèi)對樣品要求苛刻，減薄比較困難，所以采取將SiNx薄膜刮在帶微柵的銅網(wǎng)上的方法本實驗使用儀器：美國EDAX公司產(chǎn)EDS,分析元素B以上。當(dāng)半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生了非平衡載流子后就會引起樣品電導(dǎo)率的改變，使通過樣品的電流或樣品上的電壓發(fā)生變化，然后就依據(jù)電流測量出非平衡載流子的壽命。當(dāng)樣品在無光照時，在微波上激光照射時，樣品被光激發(fā)，產(chǎn)生非平衡少數(shù)載流子Io,則光照時樣品的電流應(yīng)為高頻電流幅值的變化成為高頻電流受到了調(diào)制減，此時在光照停止后樣品的電流應(yīng)是一個調(diào)幅波這樣的高頻調(diào)幅波經(jīng)過二極管D檢波后，把樣品種光電導(dǎo)衰減信號解調(diào)下來，再經(jīng)過寬頻放大器放大后，加到示波器的垂直偏轉(zhuǎn)上，就減的曲線，這樣便可通過這條衰減曲線測得樣品的少子壽命物圖如圖2.3所示。-t/t圖2.3微波光電導(dǎo)衰減儀原理與實物圖2.4.9傅立葉變換紅外光譜(FTIR)半導(dǎo)體對不同波長光的不同吸收能力是它的一個重要光學(xué)性質(zhì)。測量半導(dǎo)激子的性質(zhì)，還可以用來測定半導(dǎo)體中雜質(zhì)的含量。半導(dǎo)體本征吸收和非本征吸收。在本征吸收中，入射光子必須滿足就是說，硅對于波長大于1.15μm(即波數(shù)小于8695cm1)的紅外光是透明的。以通過硅的紅外吸收譜來研究硅中雜質(zhì)的狀態(tài)。傅立葉變換光譜分析和一般的鏡或者光柵分光光譜分析的基本原理不同，它是先用干涉具有信號強(qiáng)度大，分辨率高，掃描時間短和雜散2.4所示：圖2.4布魯克傅立葉紅外光譜儀光路圖本實驗使用儀器：德國BRUKER公司產(chǎn)IFS66v/S傅立葉紅外光譜儀，可抽真空以除去水分和二氧化碳雜質(zhì)干擾，分辨率優(yōu)于0.25cm',測試時要求樣品表面光滑，最好進(jìn)行過拋光處理。由于硅中載流子會吸收紅外光，且濃度越大吸收越明顯，所以不能用來測量重?fù)降墓铇悠贰?.4.10太陽電池效率測試儀太陽電池效率測試系統(tǒng)一般由太陽模擬器和與之配套的伏安曲線測試儀組成。太陽模擬器用來模擬實際的太陽光譜，常用的有氙燈模擬器和鎢燈模擬器兩種。在測試時，給太陽電池加上負(fù)載，調(diào)節(jié)太陽模擬器的光強(qiáng)達(dá)到設(shè)定值，改變負(fù)載從零到無窮大即可得到電池兩端的電壓和通過負(fù)載的電流的函數(shù)圖形，如圖2.5圖2.5太陽電池負(fù)載曲線所示。但由于真實的電阻既不可能為零，又不可能為無窮大，是電池不能完全達(dá)到短路和開路狀態(tài)，結(jié)果造成曲線既不能和電流密度軸相交，也不能與電壓軸相交，所以往往只能由曲線外推來估測開路電壓和短路電流，或者使用補償線路。本實驗使用儀器：寧波日地太陽電源有限公司與浙江大學(xué)信電系共同開發(fā)的PE-3型太陽電池效率測試系統(tǒng)，測試光強(qiáng)分別為350,400,450照度?？蓽y參數(shù)為：開路電壓Voc,短路電流Isc,最大電壓Vm,最大電流Im,填充因子FF,如果在與電流垂直的方向加有磁場，樣品中就會引起一個橫向的電勢差，這個電勢差的方向與電流和磁場方向垂直。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)來測量霍爾系數(shù)是研究半導(dǎo)體性質(zhì)的重要實驗方法，它在有重要地位。通過霍爾系數(shù)的測量能判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)料的電阻率測量就可以推算出載流子的遷移率。一般樣品的載流子遷移率測試采用四探針法。樣品要求為單晶，大小為8mm×8mm大小，然后在樣品的四個角焊上銦鎵合金作為電極，電極大小約1mm,要求電極和樣品之間有良好的歐姆接觸。為了消除一些副效測試儀器：美國BIO-RADMicroscience公司產(chǎn)HL5500霍爾效應(yīng)測量系統(tǒng)。1)試驗?zāi)康腜ECVD設(shè)備會有不同的最佳參數(shù)，我們有必要就主要的控制參數(shù)進(jìn)行研究，摸索出在這臺PECVD系統(tǒng)上沉積氮化硅薄膜的最佳工藝參數(shù)組合?？紤]到Filmetric薄膜測試儀對樣品要求襯底拋光，所以采用Cz單晶片作為沉積SiNx薄膜的襯底2)制定因素水平表本試驗確定要考察的因素有三個：沉積溫度(因素A)、硅烷和氨氣的氣體流量比(因素B)和射頻功率(因素C)。每個因素均取五個水平，如下所示：水12345平因素A:沉積溫度(℃)C:射頻功率(W)3)選擇正交表4)試驗方案及結(jié)果分析試驗號折射沉積速率A:沉積溫度(℃)B:SiH?/NH?C:射頻功率(W)123121223133414451556172382349245251132435341352142543142453152153254354n均值1n均值2n均值3n均值55)計算分析水平3(300℃)和水平5(400℃)下沉積的SiNx薄膜折射率的均值都和2.2率水平4(65W)和水平5(80W)下沉積的薄膜折射率都和2.2比較接近，但是在最佳參數(shù)下分別生長氮化硅薄膜2,5,8,11,14,17,20分鐘，以時間m正比關(guān)系，在此條件下沉積速率約為8.6納米/分，由此可知，在此條件下沉積8分鐘能制得具有較好減反射效果的氮化硅薄膜。為了考察氫等離子體對單晶硅和多晶硅的鈍化效果，我們進(jìn)行了不同條件衰減法和電池效率測試儀測試了鈍化前后材料的少子壽命變化和電池電學(xué)性能變化。同時也進(jìn)行了先沉積SiNx薄膜再氫等離子體處理的比較實驗。具體結(jié)果為了研究SiNx薄膜的熱穩(wěn)定性，我們進(jìn)行了一系列的沉積薄膜后退火的實驗。使用PECVD在Cz硅片上沉積了約70nm厚的折射率約為2.15的SiNx薄膜后(溫度300℃,流量比SiH/NH?=1:3,功率20W),采用傳統(tǒng)的退火爐和新興子遷移率和少子壽命以及制成電池后的電學(xué)性能，具體結(jié)果和分析見第五章。第三章PECVD沉積SiNx:H薄膜性質(zhì)研究由于PECVD沉積富含氫的氮化硅薄膜具有高介電常數(shù)，高絕緣性能，漏電低，對鈉和水汽具有良好的阻擋能力等物理性質(zhì)，雖然它已在數(shù)年前乃至十?dāng)?shù)年前就被廣泛研究【66~72】,但這些研究多數(shù)都是著眼于氮化硅薄膜在集成電路工藝中的掩蔽作用和絕緣作用，國內(nèi)對它應(yīng)用在太陽電池減反射膜方面的研究報道目前還很少見，這是因為國內(nèi)的廠家對減反射膜的研究時間不長等原因造成的。本實驗利用各種手段對氮化硅薄膜的幾個主要性質(zhì)做了初步的研究。圖3.1氮化硅薄膜的AFM表面形貌圖(1750nm×1600nm)(a)平面圖；(b)立體圖在研究薄膜表面與截面形貌時，我們選取了以Cz硅片為襯底的82nm厚的氮化硅薄膜樣品，圖3.1是使用原子力顯微鏡觀察到的薄膜樣品表面形貌圖，由圖可看出，在10萬倍的分辨率下，薄膜表面仍無明顯起伏，AFM的測試結(jié)果顯示薄膜的粗糙度約為3nm。這說明在本實驗中，使用PECVD沉積的氮化硅薄膜表面相當(dāng)平整光滑。在500倍的光學(xué)顯微鏡和20,000倍的掃描電子顯微鏡下也顯示了類似的結(jié)果，如圖3.2所示。圖3.2氮化硅薄膜的SEM表面形貌圖圖3.3是使用掃描電子顯微鏡拍攝的氮化硅樣品的截面形貌圖，照片上部的一條黑線是82nm厚的氮化硅薄膜，薄膜下方是單晶硅襯底，上方是由圖可見，膜的厚度非常均勻，和硅襯底結(jié)合較致密。圖3.3氮化硅薄膜的SEM截面形貌圖作為新型的太陽電池減反射膜，氮化硅薄膜的光學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)在對入射adad射膜的光學(xué)厚度應(yīng)為150nm,肉眼看來應(yīng)呈深藍(lán)色。故我們從一批樣品中選取了幾何厚度70.4nm,折射率2.135,光學(xué)厚度為nxd=70.4×2.135=150.3nm的氮化硅薄膜和無減反射膜的拋光硅片對比測試反射光譜。圖3.4左圖為這兩個樣品的反射光譜，由圖上可看出，此厚度的氮化硅薄膜對波長為500～900nm的光反射率相當(dāng)?shù)?，最低值出現(xiàn)在600nm左右，僅為0.52%,在500nm和900nm處的反射率分別為6.6%和11.4%,減反射效果非常好。圖3.4右圖為65nm厚的薄膜對300～800nm波段的光的吸收和透射光譜。由光學(xué)知識知，材料對光線本征吸收的波長極限入為膜對于波長大于276nm的光有很低的吸收率，這由曲線4可以明顯看出。由曲線3可以看出，氮化硅薄膜能讓可見光透過90%以上，透光性能非常好。圖3.4有無減反射膜的硅片反射光譜(左)、透射光譜與吸收光譜(右)1一無減反射膜的裸硅；2-70.4nm厚的氮化硅減反射膜；3-65nm厚的氮化硅薄膜透射譜；4-65nm厚的氮化硅薄膜吸收譜；在折射率方面，2.135介于有封裝太陽電池的減反射膜理論值2.35和直接暴露在大氣中的太陽電池的減反射膜理論值1.97之間，既考慮了EVA封裝對光干涉的影響，又避免了較高折射率導(dǎo)致的高消光系數(shù)的缺陷。spcspc硅片，對波長為400～1050nm的光的反射率都在31%左右，由此可見，光學(xué)厚度為150nm的氮化硅薄膜的減反射作用是相當(dāng)明顯的。作為太陽電池的減反射膜，其結(jié)構(gòu)最好是非晶態(tài)，因為晶粒界面引起光的散射會造成透過率下降，而且雜質(zhì)很容易沿晶粒界面移動以害影響。我們使用XRD對400nm厚的氮化硅薄膜測試表明，使用PECVD方法沉積的氮化硅薄膜是一種非晶態(tài)薄膜，因為在圖3.5中我們只發(fā)現(xiàn)了襯底Si(100)圖3.5氮化硅薄膜XRD圖圖3.6氮化硅薄膜的能譜圖圖3.6是SiNx薄膜樣品的能譜分析圖。在測試時為了避免襯底中的硅對測試結(jié)果的影響，將薄膜輕輕刮在銅網(wǎng)上，用酒精浸潤后烘干N原子和Si原子之比為11.2:12.7,近似為0.9:1。故本實驗中沉積的氮化硅薄膜可寫為SiNag,屬于富Si薄膜，這是因為在沉積薄膜時SiH與NH?之比較高的8-1WaveNumber/cm圖3.7單晶硅襯底上不同厚度的氮化硅薄膜的紅外光譜圖(FTIR)e圖3.7是以Cz硅為襯底沉積的兩個氮化硅樣品的傅立葉紅外圖譜，厚度分別為88nm和414nm。其中611cm1峰為硅晶格振動吸收峰，1109cm'峰為間隙氧浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文王曉泉2003年5月和硅的吸收峰，其它還有諸如747、511cm1等峰也都來源于硅襯底，可以不考慮。883cm2峰為氮化硅薄膜中的Si-N鍵振動吸收峰，1176cm'峰對應(yīng)著N-H鍵彎曲振動峰。在414nm厚的氮化硅薄膜樣品中，在高波數(shù)區(qū)有明顯的2170cm和3346cm2峰，它們分別對應(yīng)著氮化硅薄膜的Si-H鍵和N-H鍵伸縮振動峰，但振動峰微弱得幾乎看不見。這是由于膜較薄，氫含量太少導(dǎo)致信號太弱造成的。圖3.8是以多晶硅為襯底的SiNx薄膜樣品(厚度為120nm)和其襯底的紅外對比圖譜。從圖上可以看到明顯的Si-N峰、N-H伸縮振動峰和Si-H峰，并且峰位基本和以Cz硅片為襯底的樣品一致。由文獻(xiàn)【73】可知，氮化硅薄膜中幾種成鍵構(gòu)型與頻率的關(guān)系如圖3.9所2200cm-1圖3.9氮化硅中成鍵構(gòu)型與頻率的關(guān)系Si-N鍵峰位約為883cm1,說明其中還含有少量的Si-NH-Si,以致Si-N鍵峰位向e4av;snen子結(jié)合能均發(fā)生了變化。其e4av;snen子結(jié)合能均發(fā)生了變化。其表3.1氮化硅中各元素的單質(zhì)態(tài)結(jié)合能和測試值(2p)的電子結(jié)合能譜。各單質(zhì)態(tài)結(jié)合能(eV)測試值(eV)與實測值的對比如表3.1所示。由此可以看出，除了C元素以外，其它各元素的電中，Si的2s,2p1/2和2p3/2電子結(jié)合能分eVeVeV這些化學(xué)位移說明Si和N已經(jīng)以化合態(tài)存在于薄膜中。同時我氧1s1/2和KVV1電子結(jié)合能分別增加了1.2eV和0.6eV,這可能是因為薄膜中富硅，薄膜表面中的硅的懸掛鍵被空氣中的氧所飽和導(dǎo)致薄膜中含有一層氧化硅。通過對Si2p和N1s的峰面積進(jìn)行積分再根據(jù)其電離系數(shù)可以大致估算出N原一般說來，氮化硅的化學(xué)穩(wěn)定性較好，它本身化學(xué)惰性很強(qiáng)，腐蝕速率比氧化物要慢得多，但是大量的事實表明【74,75,76】,它的穩(wěn)定性和薄膜的生長方法和條件是密切相關(guān)的。在本實驗中我們發(fā)現(xiàn)，使用PECVD方法沉積的氮化硅薄膜可被氫氟酸和熱磷酸腐蝕，在10%的稀氫氟酸和140℃的熱磷酸中腐蝕速率分別約為80nm/秒。這可能是由于富硅的氮化硅薄膜中的多余硅破壞了Si-N鍵所致，所以形成的薄膜穩(wěn)定性不如完全符合化學(xué)配比的氮化利于松弛氮化硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低薄膜應(yīng)力，使薄膜力學(xué)和熱學(xué)性能更加穩(wěn)定。力可為壓應(yīng)力，也可能為張應(yīng)力，取決于沉積溫度和壓力等因素。在低頻和低的襯底溫度下，由于離子轟擊而裂開的Si-H、N-H、Si-N鍵存留在氮化硅中，沉積以后溫度降低，裂開的鍵將形成位錯，使膜在小范圍內(nèi)開裂，體積膨脹，產(chǎn)生張應(yīng)力。在高頻率和高的擊減少，氫解析速率提高，因離子轟擊而引起的斷鍵當(dāng)時能工藝完成之后，氫的解析作用和斷鍵作用往往還在進(jìn)行后顏色變深，折射率變高，這說明薄膜在高溫過程中進(jìn)一步致密化，膜厚降低。在對樣品進(jìn)行快速熱退火(氬氣保護(hù)下750℃30秒)處理后，發(fā)現(xiàn)有一個樣品出現(xiàn)了龜裂現(xiàn)象，如圖3.11所示。由圖3.11(a)可以看出，在進(jìn)行快速熱處理之前薄膜表面比較平整，基本沒有裂紋，這是因為這制備，薄膜以壓應(yīng)力為主；由圖3.11(b)可以看到，薄膜出現(xiàn)了比較徹底的開e女日e女日裂現(xiàn)象且裂紋呈直線狀，這可能是由于這幾個龜裂的樣品薄膜沉積時襯底表面的雜質(zhì)沾污導(dǎo)致薄膜內(nèi)部出現(xiàn)了大量缺陷。在RTP的巨大的熱沖擊下(升溫速率約150℃/秒),薄膜在這些缺陷集中的地方出現(xiàn)裂紋，并引發(fā)薄膜大面積的龜裂。而在多數(shù)樣品中我們只發(fā)現(xiàn)了膜層致密化，并沒有出現(xiàn)龜裂的現(xiàn)象，這說明龜裂的原因可能不在于薄膜的本征應(yīng)力，而可能在于沉積時的沾污。圖3.11龜裂的氮化硅薄膜在RTP處理之前(a)和之后(b)的光學(xué)顯微鏡照片(放大200倍)-1圖3.12RTP前后的氮化硅薄膜(414nm厚)的紅外光譜圖(FTIR)對于快速熱處理后表面未龜裂的厚度為414nm的樣品進(jìn)行紅外分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷了高溫處理之后，氮化硅的紅外吸收峰發(fā)生了很大的變化，如圖3.12所示。鍵吸收峰也有所減弱，同時Si-N鍵吸收峰大大增強(qiáng)。這說明在快速熱處理過程中，Si-H鍵和N-H鍵在750℃下發(fā)生了斷裂，由于Si-H鍵鍵能最小(Si-H鍵能：70.4千卡/摩爾，N-H鍵能：93.4千卡/摩爾),最容易被高溫所打開，導(dǎo)致Si-H鍵在高溫處理后幾乎全部消失，斷裂開的Si原子和N-H鍵斷裂開的N原子結(jié)合生成了一些新的Si-N鍵，導(dǎo)致Si-N吸收峰上升。為了保持太陽電池中氫的鈍化作用，可通過雙面制備氮化硅薄膜來實現(xiàn)。氮化硅陶瓷的晶化溫度相當(dāng)高，據(jù)文獻(xiàn)報道在一個大氣壓下約1400℃左右。對于無定形的氮化硅薄膜，在1000℃下氮氣保護(hù)退火10分鐘后，XRD曲線中未發(fā)現(xiàn)明顯變化，說明在1000度的溫度下薄膜不會晶化。溫度，硅烷與氨氣流量比及射頻功率等。即使采用完全因此，有必要進(jìn)行一系列的實驗以探索在這臺PECVD-400型設(shè)備上不同沉積條件為了探明不同沉積參數(shù)對薄膜性質(zhì)的影響，取15片2×2cm的Cz硅片進(jìn)行實驗，分別分為A、B、C三組。實驗參數(shù)和測試出的折射率、沉積速率如表將A1至A5的折射率和沉積速率對射頻功率作圖，可以得到圖3.13。由此圖中的曲線1可以看出，沉積功率和沉積速率并不是單調(diào)遞增或者單調(diào)遞減的關(guān)系，而是隨著射頻功率的提高，薄膜的沉積速率首先從20W時的8.8納米/分開始升高，在65W左右達(dá)到最大值32納米/分，接著開始下降，在80W時速率下xdnetidxdnetid溫度(℃)流量比射頻功率折射率沉積速率圖3.13不同射頻功率與薄膜沉積速率(1)和折射率(2)的關(guān)系我們認(rèn)為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是，在氮化硅薄膜沉積的過程中，存在兩種因素對薄膜的生長起到?jīng)Q定性作用，一是硅烷和氨氣分子分解形成的氨和反應(yīng)中生成的氫對已經(jīng)形成的薄膜的刻蝕作用。當(dāng)功率刻蝕作用，成為薄膜沉積過程的主導(dǎo)因素，沉積速率隨達(dá)到一定值(65W)時，由于硅烷的流量是一定的，硅烷將接近耗盡狀態(tài)，其分解和成膜作用已達(dá)到此流量下的最大值，繼續(xù)增加功率，對成膜作用提高不大，反而使氨和氫等離子體的刻蝕作用繼續(xù)增強(qiáng)并超過成膜作用而控制整個沉積過程，導(dǎo)致薄膜的生長速率增加緩慢直至下降，這和M.Kondo等人提出的硅烷耗由圖3.13中的曲線2可以看出，沉積功率對薄膜的折射率影響不是很大，薄膜的折射率穩(wěn)定在2.1左右(見表3.2),略微呈現(xiàn)的隨沉積功率增加而單調(diào)下降的趨勢，這可能是因為隨著功率的增加，氨和氫的等離子體刻蝕作用越來越強(qiáng)，使膜的致密性下降，在光學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)為薄膜折射率的降一個原因是，由于反應(yīng)時硅烷和氨氣的流量一定，解的硅烷和氨氣不斷增加，但是由于氨氣的流量為硅烷的3倍，在分解的反應(yīng)氣體中硅烷所占的比例不斷下降，而大量的實驗表明，薄膜的中硅烷濃度的降低而減小，所以薄膜的折射率會隨著功率的增加而降低，于硅烷濃度降低的幅度比較小，薄膜的折射率降低的幅度也比較小。圖3.14是不同硅烷/氨氣流量比與薄膜沉積速率和折射率的關(guān)系。在這個實驗中，把硅烷的流量固定，而使氨氣的流量分別為硅烷的0.5,1,2,3,4倍。從曲線1可以看出，隨著硅烷濃度的降低，薄膜的沉積速率也單調(diào)降低。由化學(xué)汽相(2)反應(yīng)物分子由主氣流擴(kuò)散到達(dá)襯底表面DepositionRate(1SiH?:NH3圖3.14不同硅烷/氨氣流量比與薄膜沉積速率(1)和折射率(2)的關(guān)系從曲線2可以看出，氮化硅薄膜的折射率在2.03與2.22之間變化，隨著圖3.15是不同襯底溫度與薄膜沉積速率和折射率的關(guān)系。曲線1說著襯底溫度升高，薄膜的沉積速率略有下降，從10.5納米/分下降apnetatrapnetatr所以，生長速率有所降低。這也可以從薄膜的折射率變化曲3.15就可以看出，在固定其它生長條件而只改變襯底溫度時，薄膜的折射率和沉積速率出現(xiàn)了良好的對應(yīng)關(guān)系，折射率高對應(yīng)沉積速率低率越低，這是因為PECVD方法生長氮化硅時化學(xué)反應(yīng)主要由高能的等離子體激活，襯底溫度的變化對整個反應(yīng)過程的影響非常有限，不能嚴(yán)重影響沉積速率，而只能影響薄膜的致密程度進(jìn)而使薄膜的沉積速率發(fā)生較小的變化。TemperatureCC)圖3.15不同襯底溫度與薄膜沉積速率(1)和折射率(2)的關(guān)系圖3.16,3.17,3.18分別是改變沉積功率，硅烷/氨氣流量比和襯底溫度而保持其它條件一致時薄膜樣品的紅外光譜圖。由圖3.16可以明顯看出，隨著功率增大，膜厚越來越厚，紅外光譜的信號也逐漸變強(qiáng)，在功率20W即膜厚70.4納米時只能看到883cm1的Si-N峰、微弱的3346cm1的N-H峰和2176cm1的Si-H峰。在功率35W即膜厚為114.4納米時N-H峰和Si-H峰已經(jīng)變得相當(dāng)明顯；在功率65W即膜厚為255.7納米時1176圖3.17清楚的表明了硅烷/氨氣流量比對薄膜結(jié)構(gòu)的影響。隨著硅烷ecnagrosecnabrosyAecnagrosecnabrosyA流量比的降低，硅烷在反應(yīng)氣體中的濃度逐漸下降導(dǎo)致Si-H峰的強(qiáng)度逐漸下降至幾乎消失，而雖然相對來說氨氣濃度越來越高，可是-1WaveNumber/cm圖3.16不同沉積功率下氮化硅薄膜的紅外光譜圖(FTIR)WaveNumberC.m-1圖3.17不同硅烷/氨氣流量比下氮化硅薄膜的紅外光譜圖(FTIR)ecnagroAecnagroA從圖3.18可以看到，在襯底溫度為200℃時，Si-H峰的面積大于N-H峰，一方面是由于Si-H鍵鍵能小于N-H鍵鍵能，在溫度升高時容易被破壞，造成濃圖3.18不同襯底溫度下氮化硅薄膜的紅外光譜圖(FTIR)1)本實驗沉積的氮化硅薄膜減反射性質(zhì)良好，透射率高，折射率2.1左右；2)使用PECVD沉積的薄膜表面相當(dāng)平整，粗糙度在3nm左右；薄膜屬于非晶態(tài)，比較難晶化；薄膜的硅氮比在1.1:1至1.4:1左右，薄膜富硅；2)PECVD沉積的氮化硅薄膜中含有大量的氫。氮化硅薄膜在高溫?zé)崽幚碇罂赡艹霈F(xiàn)龜裂的問題。薄膜中的氫在高溫處理后從薄膜中逸失；第四章氫鈍化效果研究為了大幅降低硅太陽電池的成本，在材料選擇上一般以太陽電池級的單晶硅和各種多晶硅比較常見。這些材料由于本身的質(zhì)量不是很單晶相比，存在著大量的雜質(zhì)、缺陷、位錯、表面態(tài)和少數(shù)載流子壽命，進(jìn)而影響了太陽電池短路電流和電池轉(zhuǎn)換效率的提高。因此，在晶體硅太陽電池工藝，特別是多晶硅太陽電池工藝中引入重要。由于氫等離子體鈍化和氮化硅薄膜沉積可以在同一臺PECVD上完成，為了探明氫鈍化對太陽電池材料和器件性能的影響，我們分別使測試儀和太陽電池參數(shù)測試儀對氫等離子體鈍化和PECVD沉積氮化硅薄膜的鈍4.1氫等離子體對多晶硅材料的鈍化效果實驗選取Bayer公司產(chǎn)10×10cm多晶硅片，在連續(xù)5片樣品的相同部位切割以避免不同晶粒條件帶來的誤差，清洗之后，使用PECVD設(shè)備進(jìn)行氫等離子體處理。具體每個樣品的處理條件如表4.1所示。表4.1各樣品具體的處理工藝條件樣品號樣品號350℃A、B兩組樣品主要用來分別測試不同的處理溫度和處理時間對多晶硅少子壽命的影響。在實驗前后分別測試樣品的紅外光譜，結(jié)果處理后有任何變化(FTIR譜圖可參考圖3.8,此處略)。說明氫等離子體方法在硅中引入的Si-H鍵濃度小于10”cm3量級，紅外光譜探測不出。在實驗后測試了樣品的少子壽命，分析如下。4.1.1氫等離子體鈍化與處理溫度的關(guān)系em圖4.1不同的氫等離子體處理溫度對少子壽命的影響圖4.1是經(jīng)過200℃,250℃,300℃,350℃下氫等離子體處理30分鐘和原始樣品的少子壽命測試結(jié)果，其中LifetimeMIN,LifetimeAVG和LifetimeMAX右圖是經(jīng)過處理的4個樣品的平均少子壽命變化趨勢。從上圖可以看到，經(jīng)過氫而且250℃和300℃是較佳的處理溫度。實驗發(fā)現(xiàn)，溫度超過300℃,少子壽命反而有一些降低，這可能是因為溫度太高時氫等離子體對造成的。另外，參考μ-PCD對樣品的彩色掃描圖(略)可以發(fā)現(xiàn)，200℃處理時4.1.2氫等離子體鈍化與處理時間的關(guān)系通過以上實驗發(fā)現(xiàn)250℃和300℃是較佳的處理溫度，于是我們選取300℃下不同處理時間來觀察少子壽命的變化。如圖4.2所示，左圖是5個樣品的少子壽命變化，右圖是經(jīng)過處理的4個樣品的平均少子壽命變化趨勢。實驗表明經(jīng)過氫等離子體處理后的樣品的平均少子壽命均比未經(jīng)處理的樣品有大幅提高。經(jīng)過15分鐘和90分鐘處理的樣品中平均少子壽命(分別為3.67μs和3.78μs)雖然稍稍高于處理了30分鐘和60分鐘的樣品(分別為3.55μs和3.46μs),但可以基本上視為不變。同時觀察到經(jīng)過60分鐘和90分鐘處理后，樣品中的少子壽命最大值逐漸升高，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了平均值。這說明增加等離子體處理時間能促進(jìn)局部氫鈍化的效果。通過觀察μ-PCD對樣品的彩色掃描圖(略)可以發(fā)現(xiàn)整個樣品的少子壽命分布得較為均勻，說明氫鈍化效果良好。m圖4.2不同氫等離子體處理時間對多晶硅少子壽命的影響4.2.1氮化硅薄膜對單晶硅的鈍化為了考察沉積氮化硅薄膜對太陽電池的鈍化作用，使用Hal1參數(shù)測試儀分別測試了沉積薄膜前后的樣品的單晶硅襯底的載流子遷移率。測試結(jié)果如圖4.3所示，沉積薄膜后，單晶硅襯底的載流子遷移率從288cm2/V·s升高至350cm2/V·s,提高了21.5%。這是由于使用SiH,和NH,以PECVD的方式沉積生成氮化硅薄膜含有大量的氫，可以很好的鈍化硅中的位錯，表面態(tài)2003年5月2003年5月后樣品號沉積薄膜后樣品號沉積薄膜后1728394562003年5月2003年5月2003年5月2003年5月ImpliedOpen-CircuitVoltage(V)圖4.4無氮化硅薄膜(a)和有氮化硅薄膜(b)的多晶硅片的計算開路電壓曲線算開路電壓約為560mV,而在沉積氮化硅薄膜之后，理論開路電壓提高到2003年5月2003年5月圖4.5是多晶硅片中少子壽命和少子密度之間的關(guān)系。由圖中可以看出，在沉積氮化硅薄膜之前，多晶硅中的體少子壽命為2.7μs(因為表面已被鈍化過，所以測試值為體壽命),在沉積氮化硅薄膜之后，少子壽命提高為14.2μs,由式(4.1)可知，樣品中多晶硅少子壽命的提高在于體壽命t的提高，這也說明本實驗沉積的氮化硅薄膜不僅提高了硅片表面的壽命，也提高了硅片的體壽命，即氮化硅薄膜不僅具有表面鈍化作用，也有良好的體鈍化作用。4.3氫等離子體對硅電池的鈍化效果從4.1.1節(jié)我們已經(jīng)知道氫等離子體處理能提高體硅材料的少子壽命，這一節(jié)我們從器件也就是電池的角度來觀察氫等離子體的鈍化效果。表征太陽電池性能最重要的參數(shù)是開路電壓Voc,短路電流Isc和轉(zhuǎn)換效率n。開路電壓實際上是太陽電池在開路狀態(tài)的光電壓，它像外加于p-n結(jié)的正偏明的太陽電池被短路時，p-n結(jié)處于零偏壓時的光生電流密度，它和太陽電池的積上的短路電流即短路電流密度來表征。另一個衡量太陽電池輸出特性好壞的重要指標(biāo)是填充因子FF,它是太陽電池的最大輸出功率與(Voc×Isc)之比。在一定聯(lián)電阻密切相關(guān)。太陽電池的效率為受照明時，輸出電功率與入射光功率之比。表4.3氫等離子體處理單晶硅太陽電池前后的電池性能溫度)氫等離子體處理之前氫等離子體處理之后由于氫等離子體處理的效果很容易在高溫(>400℃)的情況下被破壞，我檢驗測試檢驗測試氫等離子體減反射膜腐蝕周邊制作電極除去背結(jié)擴(kuò)散制結(jié)表面準(zhǔn)備硅片在實驗時選取了2片10cm×10cm的已完成腐蝕周邊的單晶太陽電池片，每片切23cm2),并相應(yīng)編號為A1,B1,C1,D1,A2,B2,C2,D2。實驗一共分為4個溫度：100,150,200,250℃,為保證不被偶然因素干擾，每個溫度選取兩片進(jìn)行實驗，具體的實驗參數(shù)和實驗結(jié)果見表4.3。從表4.3的實驗結(jié)果可以看出：1)使用氫等離子體處理之后電池的開路電壓都有很少量的提高(約3mV),短路電流密度都有較大提高(約4~5mA/cm2),電池的絕對轉(zhuǎn)換效率都提高了近1%,這和文獻(xiàn)【81】的報道值較為接近。由第一章中太陽電池原理的介紹可知，獻(xiàn)。我們認(rèn)為，在本實驗中，因為氫等離子體處理對單晶等缺陷有較明顯的鈍化作用，提高了少子壽命，使表面就有更多的光生載流子能夠在復(fù)合之前被電池所收集，所以短路電流密度Jsc≈JL會明顯增加。由式(4.4)知開路電壓Voc和短JL所以相對于較大的短路電流密度增幅來說，開路電壓的增幅比較小。2)在不同襯底溫度下氫等離子體對單晶硅的鈍化效果基本沒有差別，這是底的溫度所起的作用非常有限，而且在這個溫度范圍內(nèi)進(jìn)入襯溫而逸出。4.3.2氫等離子體對多晶硅電池的鈍化效果從上一小節(jié)可以看到，氫等離子體對單晶硅的鈍化作用比較明顯。在測試氫等離子體對多晶硅電池的鈍化作用的時候，我們選取5片6cm×6cm的寧波中3#,4#樣品進(jìn)行氫等離子體處理，測試結(jié)果如表4.4所示。從表4.4可以看出，氫等離子體處理過的樣品和未經(jīng)過此處理的樣品相比，電沒有提高，但是短路電流密度比后者要高，這說明編號125度還是有一定作用的，效率沒有提高原因在于填充因子FF比較低，值得注意的是，這個測試是在光強(qiáng)為普通測試時的1.25倍，所以實際上電池效率比較低，這是因為我們的多晶硅工藝不成熟造成的。4.4富氫氮化硅薄膜對硅電池的鈍化效果從4.2節(jié)看到，PECVD法沉積的氮化硅薄膜對單晶硅和多晶硅材料的鈍化效果都很明顯，這一節(jié)從電