太陽電池階段工藝總結(jié)PECVDppt課件

1、zhaokexiongzhaokexiongzhaozhao主要內(nèi)容主要內(nèi)容l 1、引言、引言 l 2、SiNx的折射率與膜厚研究的折射率與膜厚研究 l 3、SiNx的鈍化效果研究的鈍化效果研究 l 4、管式、管式PECVD和板式和板式PECVD的對(duì)比的對(duì)比l 5、后期實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、后期實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 在工藝調(diào)試的第一階段主要對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及維護(hù)等進(jìn)行了學(xué)習(xí)和調(diào)試，第二階段則在第一階段的基礎(chǔ)之上對(duì)薄膜的折射率、膜厚及鈍化進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，此外對(duì)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(yīng)具有哪些特點(diǎn)，概括起來主要有以下三點(diǎn)： 無吸收的減反射層； 好的表面鈍化效果；

2、 好的體鈍化效果。 在知道了工藝調(diào)試的目標(biāo)后，還應(yīng)該理清影響氮化硅薄膜的各個(gè)因素。板式PECVD的影響因素分工藝參數(shù)和外部環(huán)境及認(rèn)為因素，它們對(duì)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。l 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)l 2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析試驗(yàn)結(jié)果與分析l 2.3 薄膜厚度對(duì)反光率及電池片光電性能薄膜厚度對(duì)反光率及電池片光電性能的影響的影響 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)主要考查溫度、硅氮比、壓力和微波功率對(duì)折射率和膜厚的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用DOE正交法，詳見表2-1。實(shí)驗(yàn)為4因子2水平，按照

3、DOE設(shè)計(jì)原理，需要做2N-1組實(shí)驗(yàn)，也就是8組，考慮到實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性及需要加入的中心點(diǎn)個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)總計(jì)要進(jìn)行18組。導(dǎo)電漿料的基本組成導(dǎo)電漿料的基本組成表2-1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)序運(yùn)行序中心點(diǎn)區(qū)組TemperaturePowerPressureGas ratio1111135034000.224121135022000.223.21431140022000.253.21541135034000.253.21750137528000.2353.61860137528000.2353.6771135034000.253.2381135034000.224991135022000.223.241011

4、40034000.223.22111140022000.2248121140034000.25416131140034000.25413141135022000.2546151140022000.253.210161140022000.22412171140034000.223.25181135022000.2542.2.1 薄膜厚度的變化規(guī)律210-1-2999050101殘差殘差百百分分比比80757010-1擬合值擬合值殘殘差差1.00.50.0-0.5-1.0-1.586420殘差殘差頻頻率率1816141210864210-1觀測(cè)值順序觀測(cè)值順序殘殘差差正態(tài)概率圖正態(tài)概率圖與擬合值與

5、擬合值直方圖直方圖與順序與順序d 殘差圖d 殘差圖ACADACABDB20151050項(xiàng)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)2.26ATemperatureBPowerCPressureDGas-ratio因子名稱標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的 Pareto 圖標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的 Pareto 圖（響應(yīng)為 d，Alpha = .05)40037535082807876743400280022000.2500.2350.22082807876744.03.63.2Temperature平平均均值值PowerPressureGas-ratio角點(diǎn)中心點(diǎn)類型d 主效應(yīng)圖d 主效應(yīng)圖數(shù)據(jù)平均值曲線高低1.0000D優(yōu)化d = 1.0000

6、望目: 81.0dy = 81.01.0000合意性復(fù)合3.204.00.2200.2502200.03400.0350.0400.0PowerPressureGas-ratiTemperat375.03146.63320.2203.202.2.1 薄膜厚度的變化規(guī)律0.00500.00250.0000-0.0025-0.0050999050101殘差殘差百百分分比比2.082.062.042.020.0040.0020.000-0.002-0.004擬合值擬合值殘殘差差0.0040.0020.000-0.002-0.0046.04.53.01.50.0殘差殘差頻頻率率181614121086

7、420.0040.0020.000-0.002-0.004觀測(cè)值順序觀測(cè)值順序殘殘差差正態(tài)概率圖正態(tài)概率圖與擬合值與擬合值直方圖直方圖與順序與順序n 殘差圖n 殘差圖ACADAABBCD181614121086420項(xiàng)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)2.26ATemperatureBPowerCPressureDGas-ratio因子名稱標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的 Pareto 圖標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)的 Pareto 圖（響應(yīng)為 n，Alpha = .05)4003753502.0552.0502.0452.0402.0353400280022000.2500.2350.2202.0552.0502.0452.0402.035

8、4.03.63.2Temperature平平均均值值PowerPressureGas-ratio角點(diǎn)中心點(diǎn)類型n 主效應(yīng)圖n 主效應(yīng)圖數(shù)據(jù)平均值曲線高低1.0000D優(yōu)化d = 1.0000望目: 2.070ny = 2.0701.0000合意性復(fù)合3.204.00.2200.2502200.03400.0350.0400.0PowerPressureGas-ratiTemperat400.00002869.00670.2503.20 SiNX薄膜厚度的變化會(huì)使其光學(xué)厚度隨之變化，進(jìn)而影響薄膜對(duì)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(guān)系。表2-2是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從進(jìn)行的2組實(shí)

9、驗(yàn)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(huì)有所增大，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果剛好相反，導(dǎo)致其原因可能存在下面原因：（1比較光反射圖譜會(huì)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(qiáng)，min向短波方向移動(dòng)，對(duì)短波長(zhǎng)的光吸收增強(qiáng)，但同時(shí)使紅光的吸收減弱；（2電池片的光譜響應(yīng)在長(zhǎng)波和短波區(qū)不同，可能是我們擴(kuò)散的硅片在短波范圍量子效率低，而在長(zhǎng)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(bǔ)長(zhǎng)波區(qū)反射率增大導(dǎo)致的光吸收損失。2.3 薄膜厚

10、度對(duì)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(guān)系實(shí)驗(yàn)編號(hào)載板速度薄膜厚度折射率反射率minVOCISCcm/minnm400-1000nm400-600nm600-1000nmnm VA%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-P

11、217283.12.06587.5914.624.056520.61327.974315.1718277.382.07297.3610.555.746080.61217.94315.0919075.262.087.1411.055.176010.61137.865214.943.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采用三種方案：實(shí)驗(yàn)一：管式、板式結(jié)合鍍膜；實(shí)驗(yàn)二：采用不同的N/Si比例；實(shí)驗(yàn)三：利用板式PECVD的設(shè)備特點(diǎn)沉積兩層不同N/Si比的SiNX薄膜。3.2實(shí)驗(yàn)一3.2.1實(shí)驗(yàn)一模型及測(cè)試結(jié)果 先用管式PECVD對(duì)捷佳創(chuàng)擴(kuò)散的硅片進(jìn)行不同時(shí)間的短暫預(yù)鍍，其目的是發(fā)揮管式優(yōu)越的體鈍化，之后再進(jìn)行板式鍍膜，目

12、的是發(fā)揮其較好的表面鈍化及優(yōu)越的均勻性，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵妶D3.2.1。預(yù)鍍的時(shí)間分別為150s和300s，印刷在2號(hào)線進(jìn)行，分三批印刷，用新的正銀漿料。實(shí)驗(yàn)一模型與測(cè)試結(jié)果 板式PECVD管式PECVDSi基體實(shí)驗(yàn)UocIscNCell原工藝10.6129 8.0868 0.1560 20.6136 8.0338 0.1552 30.6139 8.0760 0.1541 150S預(yù)鍍40.6142 8.1807 0.1559 300S預(yù)鍍50.6166 8.1479 0.1564 3.2.2 實(shí)驗(yàn)一結(jié)論3.3 實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)一燒結(jié)后少子壽命測(cè)試（us）膜厚與折射率測(cè)量最大值 最小值 平均值中值 膜厚(n

13、m) 折射率1600-4005.903 2.049 4.658 4.732 84.060 2.052 6.551 3.166 4.828 4.898 83.450 2.051 8.798 2.958 4.970 4.955 82.500 2.037 7.215 2.838 4.845 4.898 83.520 2.043 6.100 2.367 4.732 4.842 83.620 2.050 平均值6.913 2.676 4.806 4.865 83.430 2.046 1520-44017.013 3.316 6.421 5.888 83.040 2.065 10.860 2.411 5.

14、494 5.248 81.640 2.051 13.074 2.572 5.495 5.309 82.750 2.071 12.033 4.000 6.257 5.888 82.650 2.067 16.592 3.356 6.101 5.495 81.700 2.057 平均值 13.914 3.131 5.954 5.566 82.356 2.062 1500-50015.559 3.092 5.655 5.309 84.320 2.116 11.932 2.891 5.457 5.309 84.210 2.110 17.491 3.452 6.202 5.495 83.670 2.099

15、 15.172 3.712 5.919 5.495 84.400 2.106 9.664 3.643 5.341 5.188 83.840 2.122 平均值 13.964 3.358 5.715 5.359 84.088 2.111 1450-55017.761 3.478 5.792 5.433 82.950 2.183 15.710 3.091 6.169 5.495 83.190 2.186 20.095 3.702 5.847 5.248 83.050 2.180 20.168 3.650 6.647 5.559 83.000 2.182 25.090 3.664 6.243 5.4

16、95 83.090 2.197 平均值 19.765 3.517 6.139 5.446 83.056 2.185 實(shí)驗(yàn)二燒結(jié)后少子壽命測(cè)試（us）膜厚與折射率測(cè)量最大值最小值平均值中值膜厚(nm) 折射率1600-4008.504 2.593 5.247 5.370 81.682.045 10.979 2.787 5.141 5.288 79.682.030 9.012 2.874 5.375 5.433 78.252.021 10.420 2.456 5.374 5.433 80.642.024 12.251 2.195 5.669 5.623 83.482.041 平均值10.233 2

17、.581 5.362 5.429 80.746 2.032 1520-4409.808 3.323 5.359 5.309 83.210 2.066 8.410 3.756 5.194 5.129 80.750 2.055 13.505 3.051 5.589 5.433 79.960 2.047 12.742 2.823 5.409 5.309 81.740 2.050 13.357 3.523 5.709 5.433 80.260 2.060 平均值11.564 3.295 5.452 5.322 81.184 2.055 1500-50012.087 4.305 6.039 5.821

18、82.650 2.113 12.588 4.044 5.705 5.559 83.840 2.119 15.365 4.289 6.212 5.754 81.610 2.091 24.487 3.787 6.285 5.754 80.620 2.082 13.428 3.961 6.631 5.888 80.980 2.091 平均值15.591 4.077 6.174 5.755 81.940 2.099 1450-55028.604 3.063 6.088 5.559 81.880 2.158 28.971 2.496 6.094 5.370 79.900 2.187 25.415 2.9

19、69 6.670 5.754 82.730 2.156 29.867 2.949 6.537 5.495 78.170 2.186 19.416 2.637 5.930 5.070 80.390 2.171 平均值26.455 2.823 6.264 5.450 80.614 2.1716 3.3.1 實(shí)驗(yàn)二方案 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)二測(cè)試結(jié)果與分析 實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果詳見下表。流量比實(shí)驗(yàn)PmppUocIscNCell實(shí)驗(yàn)一1600-4003.8014 0.

20、6162 8.1730 0.1562 1520-4403.8281 0.6175 8.1557 0.1573 1500-5003.8622 0.6189 8.2029 0.1587 1450-5503.7944 0.6166 8.1034 0.1559 實(shí)驗(yàn)二1600-4003.8332 0.6142 8.1602 0.1575 1520-4403.9048 0.6172 8.2408 0.1605 1500-5003.8694 0.6167 8.1799 0.1590 1450-5503.8822 0.6186 8.1990 0.1595 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著流量比NH3/SiH4的減小

21、，鍍膜的鈍化效果依次增強(qiáng)， 短路電流和轉(zhuǎn)換率則是先增大后減小。流量比變化時(shí)，薄膜的折射率、密度、Si-H鍵和N-H鍵也隨之變化，其規(guī)律可以從文獻(xiàn)資料中看出，見表3.3.2-3。折射率密度N/SiSi-HN-HSi-NN-H/Si-Hg/cm3(1022cm-3)(1022cm-3)(1022 cm-3)2.32.250.911.190.273.350.232.172.531.290.50.884.131.762.032.411.330.310.753.812.412.052.331.20.540.623.631.15引用來源：(ON COMBINING SURFACE AND BULK PAS

22、SIVATION OF SiNx:H LAYERS FOR mc-Si SOLAR CELLS) 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(dāng)折射率為2.17板式法流量比為1450/550時(shí)，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(dāng)折射率為2.05左右時(shí)，SiNx膜的透光率良好，但鈍化效果差。當(dāng)折射率為2.3左右時(shí)，SiNx膜的透光率變差，但是表面的鈍化增強(qiáng)。3.4.1 實(shí)驗(yàn)三方案3.4 實(shí)驗(yàn)三 實(shí)驗(yàn)二已經(jīng)證明了當(dāng)折射率在2.05左右時(shí)，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(dǎo)致電池的短路電流和光電

23、轉(zhuǎn)化效率偏小；但是折射率增大又會(huì)使SiNx膜的透光性變差。所以，實(shí)驗(yàn)三結(jié)合SiNx膜的特點(diǎn)，選擇性的在硅片的底部沉積折射率大即流量比小的薄膜，以增強(qiáng)發(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(shí)驗(yàn)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大實(shí)驗(yàn)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：注

24、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：SiH4 440SCCM，NH3 1520SCCM，折射率為2.065。實(shí)驗(yàn)AVE/MEDPmppUocIscFFNCell實(shí)驗(yàn)6-1AVE3.9225 0.6167 8.3071 76.5652 0.1612 MED3.9216 0.6165 8.3170 76.5935 0.1611 實(shí)驗(yàn)6-2AVE3.9143 0.6159 8.2881 76.6759 0.1608 MED3.9157 0.6162 8.2898 76.7233 0.1609 實(shí)驗(yàn)6-3AVE3.9076 0.6166 8.2808

25、 76.5241 0.1606 MED3.9068 0.6162 8.2840 76.6302 0.1605 實(shí)驗(yàn)三鈍化效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)編號(hào)燒結(jié)后少子壽命測(cè)試（us）膜厚與折射率測(cè)量最大值最小值平均值中值膜厚(nm)折射率實(shí)驗(yàn)6-126.264 3.127 7.785 6.609 82.042.1447 15.441 3.173 6.349 6.237 83.242.1310 29.961 3.360 7.973 6.839 83.412.1289 24.859 2.313 6.844 6.531 83.022.1298 33.179 2.188 8.522 6.998 81.792.1440 平

26、均值25.941 2.832 7.495 6.643 82.700 2.136 實(shí)驗(yàn)6-227.892 3.296 6.578 6.166 84.342.103926.353 3.499 6.877 6.237 80.022.121416.711 2.946 5.898 5.821 84.962.101518.467 3.508 6.098 5.957 85.212.090921.399 2.426 6.137 5.888 84.882.0989平均值22.164 3.135 6.317 6.014 83.882 2.103 實(shí)驗(yàn)6-325.261 3.514 6.376 6.095 83.2

27、20 2.050 18.454 3.644 6.678 6.457 83.790 2.052 14.083 3.946 6.528 6.310 83.310 2.057 7.591 1.962 5.562 5.821 83.600 2.067 11.040 1.911 5.401 5.623 82.990 2.058 平均值15.286 2.995 6.109 6.061 83.382 2.057 原工藝24.193 2.309 6.160 5.957 82.510 2.063 27.161 3.045 6.781 6.383 82.560 2.068 9.131 2.510 4.946 4.955 84.860 2.050 8.716 2.929 4.992 4.945 80.920 2.056 9.813 2.784 4.914 4.898 82.470 2.059 平均值15.8