PECVD工艺比较

用于太阳电池的等离子体技术 中科院电工研究所 王文静 用于太阳电池的等离子体技术 • PECVD技术 –制备晶体硅太阳电池的减反射和钝化膜 –用于电池片边缘的刻蚀 –非晶硅薄膜制备技术 –非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的制备 •磁控溅射技术 –制备晶体硅太阳电池的减反射和钝化膜 –薄膜电池导电薄膜的制备 –薄膜电池电极的制备 制备SiN薄膜的PECVD技术 SiN薄膜的功能 •减反射 •表面钝化 载流子通过表面的复合 在表面存在大量的悬挂 键，这些悬挂键会在表面 禁带中形成深能级，造成 载流子在表面的复合 电子表面复合速率为： 如果硅表面直接暴露在大气中，其 表面复合速率将达到10 5 ~10 6 R s,e =σ s,e ν e n s,h n e 载流子通过表面的复合 当半导体和金属接触 时，半导体中的费米能 级弯曲向金属的费米能 级。可以近似地认为在 这样的表面上的表面复 合速率为无穷大 发射结结深表面复合速率对电池效率的影 响（PC-1D拟合） Sp -前表面复合速率； Sn -后表面复合速率 （1）对于同样的结深，表 面复合速率越低，其效率约 低 （2）对于高表面复合速 率，结深对电池效率的影响 不大 （3）对于很低的表面复合 速率，随着结深的增加使得 电池效率下降，因此只有在 表面复合速率大于1000cm/s 的情况浅结才有作用。 有高表面复合速率的电池中，结深对电池效 率的影响（PC-1D拟合） 前表面和背表面复合速率 为10 5 cm/s。由图可见结深 对电池效率有重要影响。 另外，表面掺杂浓度对于 电池的效率的影响并不明 显。 对于这种低复合速率的pn 结具有同样的结深，具有 不同掺杂浓度的电池的效 率影响并不显著，主要原 因是表面复合速率严重， 成为少子寿命的主要复合 因素，结区的复合不明显 有低表面复合速率的电池中，结深对电池效 率的影响（PC-1D拟合） 前表面和背表面复合速率为 1000cm/s。 （1）由图可见结深对电池 效率的影响并不明显。若想 保持同样的效率对于浅结必 须具有较高的掺杂浓度，而 对于深结则应降低掺杂浓 度。 （2）而对于同样的结深， 掺杂浓度越低其效率越高。 因为，低掺杂浓度可以增加 少子寿命 （3）对于同样的掺杂浓 度，结深越深，其效率约 制备SiN薄膜设备的分类 • PECVD法 •磁控溅射法—Applied Film 直接法（Direct） 间接法（Remote） 管式炉—Centrotherm 平板炉—MVSystem, Semco，Shimadzu —平板型 微波—Roth&Rau 直流—OTB f = 0 Hz —— OTB 40K Hz —— Centrotherm，Applied Film 1~100K Hz —— MVSystem（脉冲调制等离子体） 250K Hz —— Shimadzu（岛津） 440K Hz —— Semco 460K Hz —— Centrotherm 13.6M Hz —— Semco，MVSystem 2450M Hz —— Roth & Rau 制备SiN薄膜设备的分类 等离子频率：4MHz。 F4MHz：离子无法跟上电极频率的变化，电子在电极间往返运 动，电子将空间中的离子轰击形成等离子体，离子不直接轰击样 品表面。 频率的变化对于镀膜的影响 （1）频率越高均匀面积越小 （2）频率越低对于硅片表面的损伤较严重 （3）频率越低离子进入硅片越深，越有利于 多晶硅境界的钝化 直接法与间接法 （1）平板直接法（岛津） 岛津设备 岛津的氮化硅生成过程 直接法生成的氮化硅膜没有氧化层 岛津设备的片内均匀性 岛津设备的片内均匀性 岛津设备的镀膜条件 使用不同的稀释 率会导致不同的 折射率，而不同 的折射率会影响 到钝化效果，折 射率过小会使钝 化效果变差，而 过大会时减反射 效果变差，应使 折射率控制在2.2 岛津设备的沉积 导津PECVD设备的特点 •直接法 •频率250kHz •样品面朝上 •托架为实心铝板 •平板性系统 （2）管式直接法（Centrotherm） 管式PECVD反应炉 观察管式PECVD炉腔 垂直式石墨舟 水平式石墨舟 PECVD系统手动操作平面图 PECVD系统前视图 装片车