PECVD功率對減反射膜及電池電性能的影響

1、:SUNERG Y中電電氣（南京）光伏有限公司科技論文科技論文PECVD功率對減反射膜及電池電性能題 目的影響部 門技術(shù)中心作者姓名袁靜完成日期2008年9月iSUNERGY中電電氣（南京）光伏有限公司科技論文論文誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的科技論文（題 目： ）是本人獨立完成的。盡本人所知，除了論文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或 集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。作者簽名:年 月曰摘 要摘要：本文對板式及管式 PECVD中的微波和射頻功率進(jìn)行了調(diào)節(jié)，通過分析其 對氮化硅薄膜厚度與折射率的影響，指出其對目前生產(chǎn)線工藝的影響，以及對最 終電池片電性能的幫助作用。關(guān)鍵詞：P

2、ECVD、功率、轉(zhuǎn)換效率、膜厚、折射率ABSTRACTThis paper plateand pipePECVD in the microwaveand radiofreque ncypower to the regulation.through itsan alysisofthe silic onn itridefilm thick nessand refractivein dexofthe impact that its curre nt product ion line of impact and the ultimate performance of battery-electric

3、help Role.Key words：PECVD Power、Conversionefficiency、Thickness 、Refractiveindex摘要 3ABSTRAC工 4目錄 5第一章引言 6第二章實驗原理 72.1 PECVD鍍膜機的原理簡介 7.2.2 PECVD鍍膜功率8.第三章實驗設(shè)計 93.1實驗裝置9.3.2實驗樣品9.3.3實驗方法9.第四章實驗結(jié)果與分析 114.1板式功率對膜厚及折射率和光程的影響 114.2管式PECVD功率調(diào)節(jié)對鍍膜的影響 124.3功率調(diào)節(jié)對于電性能的影響 12第五章結(jié)論 13參考文獻(xiàn) 14致謝 145CHINASUNERGY中電電氣（南

4、京）光伏有限公司科技論文第一章引言太陽能電池是一種近年發(fā)展起來的新型的電池。太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原 理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件。在目前流行的晶體硅太陽能電池片工藝中，減反射膜的制備已經(jīng)成為不可或缺 的一環(huán)。利用PECV技術(shù)制備SixNy減反射膜，不僅能夠達(dá)到減反射的目的，而 且能夠利用反應(yīng)中產(chǎn)生的 H離子對硅片表面形成良好的鈍化效果，對電池片電性 能的提高有很大的幫助。目前比較成熟的PECVD技術(shù)從設(shè)備方面主要分為管式鍍膜和板式鍍膜，本篇文 章通過調(diào)節(jié)PECVDg膜機的功率，研究在不同功率下制備的 SixNy減反射膜的效 果以及其對最終電池片電性能的影響。9第二章實

5、驗原理2.1 PECVD鍍膜機的原理簡介含氫的氮化硅層具有優(yōu)異的性能，在硅太陽電池的工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng) 用。這得益于其能夠在同一工藝步驟內(nèi)完成減反膜的淀積、表面和體鈍化。氮化 硅層的化學(xué)、機械、光學(xué)、電性能以及表面和體鈍化的效果取決于所選擇的淀積 工藝。最適合太陽電池生產(chǎn)的淀積方法是采用硅烷和氨氣或氮氣作為反應(yīng)氣體的 化學(xué)氣相淀積法（CVD ）。獲得的氮化硅層通常是非化學(xué)計量的并含有 40%的氫， 文字表示為SiNx：H。工業(yè)上需要能夠大規(guī)模淀積SiNx:H層的設(shè)備，各類具有高生產(chǎn) 能力的PECVD系統(tǒng)應(yīng)運而生并得到了廣泛的應(yīng)用，如 MW（microwave）-PECVD技 術(shù)。MW-su

6、pptyquanz tubeplasmamagnetic field圖2.1微波等離子體源示意圖板式PECVD如圖中2.1中兩側(cè)的微波源產(chǎn)生頻率為2.45 GHz的微波，微波由內(nèi) 置銅導(dǎo)管引入工藝腔，在石英管的周圍形成等離子體場。系統(tǒng)中的永磁體產(chǎn)生的 磁場可以減少帶電粒子的損失，提高等離子體的密度和淀積速率。線性等離子體 源因為帶電粒子傳輸機理的要求而在寬度上受到限制，最佳的折中方案是等離子 體源內(nèi)包含1根石英管系統(tǒng)。微波等離子體具有較高濃度的低能（10eV）帶電粒 子，不會對基體造成明顯的損傷，滿足薄膜淀積工藝要求。在 0.01500 mba 的壓 強范圍內(nèi)適用與不同工藝要求的氣體。3管式P

7、ECVD主要由工藝管及電阻加熱爐、凈化推舟系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、電氣控 制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)等7大部分組成，其設(shè)備構(gòu)成示意圖見圖2.2。射頻源產(chǎn)生頻率為13.56 MHz。電阻加熱爐凈化推母系統(tǒng)I醞唏曉沁系統(tǒng)圖2.2管式PECVD設(shè)備12.2 PECVD鍍膜功率影響PECVD鍍膜結(jié)果的工藝參數(shù)有很多，例如硅烷與氨氣的流量比及總量、 襯底溫度、壓強、速度等。本文主要探討功率對鍍膜結(jié)果的影響。PECVD和N對于等離子體的成份來說，希望SiH4 H3能充分電離，然而就會 導(dǎo)致所需要的功率較大或壓力較低，就導(dǎo)致了所生長的膜的不致密或者吸光系數(shù) 過高，從而直接影響到太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，

8、因此在獲得從光學(xué)上所需的折射 率后要綜合吸光系數(shù)等來獲得高的轉(zhuǎn)換效率。而在等離子體電源的功率變化過程 中能獲得一個最佳的電源功率。大等離子體電源的功率變化的影響，主要是因為 Si和N的比率以及膜的致密 性發(fā)生了變化，如果功率不夠的話，SiH4和NH3并沒有充分電離，存在SiH3、 SiH2、SiH1、NH2、NH1的離子態(tài)，在這種情況下，即使折射率一樣，吸光系 數(shù)也會很高。這樣的膜直接降低電池的轉(zhuǎn)換效率。等離子體電源的功率同時也改 變了少子壽命，表面鈍化降低硅表面活性，使表面的復(fù)合速度降低。第三章實驗設(shè)計3.1實驗裝置本實驗采用等離子體化學(xué)氣相淀積（PECVD法沉積氮化硅薄膜，這種方法沉 積溫

9、度低、均勻性好、薄膜缺陷密度低。PECV沉積氮化硅一般由SIH4和NH在等離子體氣氛下反應(yīng)生成，反應(yīng)式如下：SIH4 + NH 3>SlxNy+ 3H 2.3.2實驗樣品本試驗樣品為江蘇中能和錦州陽光S125的硅片，硅片厚度 200 m,電阻率0.5-3 Q cm3.3實驗方法在R&R和Centrotherm設(shè)備上，用PECV法，改變微波功率或射頻功率分別 沉積氮化硅薄膜，沉積溫度，壓強，氣體流量，速度（時間），分別見下表3.1 , 表3.2 o然后利用橢偏儀測試氮化硅薄膜的厚度及折射率從而計算出光程，比較隨功率變化減反射膜各項參數(shù)的變化。表3.1 R&R PECV飢積氮

10、化硅的實驗參數(shù)NH3(sccm)SiH4(sccm)Pessure(mbar)Temperature( °C)Velocity(cm/mi n)17907430.1540072表 3.2 Centrothem沉積氮化硅的實驗參數(shù)NH3(slm)SiH4(sccm)Pessure(mTorr)Temperature( C)Time(s)3.43201700450-3.3.1板式功率實驗設(shè)計在R&R1,以表3.1的實驗參數(shù)，在線改變功率參數(shù)分別為2500w,2700w,2900w, 3100w,取同一板相同位置一橫排六片，分別測量其膜厚與折射率。再取一批片子 300片，以兩板為一

11、小組，最后三板為一組，改變每組功率2600w, 2800w, 3000w,3200w測量其膜厚與折射率，并統(tǒng)計每一小組最終的電性能。3.3.2管式功率實驗設(shè)計在Centrotherm 鍍膜機上，取同一舟同一管分別用 2700w, 2900w, 3100w, 3300w 鍍膜四次，每一管取爐口，爐中，爐尾各三片，分別測量其膜厚與折射率。再取 兩批片子混差，分三舟，用 2700W, 2900W, 3100w鍍膜，測量膜厚與折射率，并 統(tǒng)計每一小組的電性能。CHINASUNERGY中電電氣（南京）光伏有限公司科技論文第四章實驗結(jié)果與分析4.1板式功率對膜厚及折射率和光程的影響圖4.1左圖為板式功率對

12、膜厚及折射率的影響，右圖功率對光程的影響傳輸速度為72cm/min從圖4.1可以看出，隨著功率升高，膜厚和光程均增加，而折射率略有下降 說明微波功率對沉積速度有明顯的提升作用。根據(jù)光程的定義可知，光程增加來 自于膜厚的增加。微波功率/wd/nmnv/cm/min270078.112.008873.5290079.552.005475.5310079.362.025477.5330079.472.025279.5表4-2微波功率對折射率的影響由于折射率隨膜厚有三種可能的變化，需要在保證膜厚不變的情況下，研究 微波功率對折射率的影響。由表4-2可知，當(dāng)膜厚變化范圍控制在1.5nm內(nèi)時，微 波功率升

13、高600W，折射率增加了 0.0166。結(jié)合圖4-1，折射率的降低是由于膜厚 的增加引起的。并且從表4-2還可以看出微波功率和傳送速度等間距增長時，膜厚基本在一定范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)功率200w,傳送速度相應(yīng)增加2cm/min，膜厚控制在2nm 以內(nèi)。SUNERGY中電電氣（南京）光伏有限公司科技論文4.2管式PECV功率調(diào)節(jié)對鍍膜的影響圖4.2左圖管式HF功率對膜厚及折射率的影響，右圖管式功率對光程的影響由圖4-2可以看出管式HF功率的改變對氮化硅薄膜的影響與板式基本一致4.3功率調(diào)節(jié)對于電性能的影響PUocIscRsRshFFNCellop26000.6155.2170.005066.3576.4

14、40.165114628000.6155.2290.005570.6076.450.165415330000.6155.2220.005064.2176.850.166116032000.6165.2300.005355.7277.220.1673163表4.3板式功率對電性能的影響PUocIscRsRshFFNCellop27000.6225.2000.005077.2878.850.171714329000.6245.2530.0057107.2778.570.173515831000.6255.2690.005488.8178.650.1742165表4.4管式功率對電性能的影響從表4.

15、4和4.3可以看出，隨著功率的升高，板式、管式鍍膜對電性能參數(shù)包 括短路電流、開路電壓、效率都有不同程度提升，而且變化趨勢一致。說明高功 率及較大膜厚對電性能有增益。第五章結(jié)論功率對沉積速度有很大的提升作用，膜厚隨著功率的增加而增大，而折射率 隨之膜厚的增加而緩慢減小，在線調(diào)節(jié)功率時需要相應(yīng)調(diào)節(jié)傳輸速度。功率對電 性能的提升可能來自與膜厚的增加，或者是由于功率的升高改變了氣體的電離程 度，對薄膜微觀性能產(chǎn)生了影響。因此需要進(jìn)一步排除膜厚對電性能的影響。11CHINASUNERGY中電電氣（南京）光伏有限公司科技論文參考文獻(xiàn)1 .宋玲、劉愷等，生產(chǎn)型管式 PECVD設(shè)備，半導(dǎo)體制造設(shè)備，2005年10月31日