新型氧化硅钝化特性研究-龚磊

新型氧化硅钝化特性研究 报 告 人： 龚 磊 中国科学院电工研究所 报告 时间 ： 2018 年 11月 9日 新型氧化硅钝化特性研究 第 2页 研 究 背 景 实 验 流 程 结 果 分 析 总 结 与 展 望 1研究背景 第 3页 高效太阳电池中的钝化结构 1研究背景 第 4页 钝化 𝑆𝑖𝑁𝑥 𝐴𝑙𝑂𝑥 𝑆𝑖𝑂𝑥 … 晶格系数匹配 正电荷场钝化 化学钝化 饱和悬挂键，降低界面态密度 界面固定电荷形成电场 场钝化 提高少子寿命 提高转换效率 热氧化 PECVD 湿法化学氧化 温度过高局 限 真空 工艺复杂效率低 废物处理 第 5页 1研究背景 全氢聚硅氮烷 (Perhydropolysilazane, PHPS) (陶瓷 先驱 体、陶瓷 基体和涂层 材料） PHPS结构示意图 紫外或一定温度环境中与 H2O、 O2反应 PHPS水解反应机理 第 6页 2实验流程 新型氧化硅制备流程： Si RCAIII+HF PHPS旋涂 烘干 (150℃ ,3min) 退火 (300~900℃ , 15min) ALD生长 AlOx 退火 (450℃ , 10min) 测试 测试试验流程图 Si 𝑆𝑖O𝑥 𝑨𝒍𝑶𝒙 𝑨𝒍𝑶𝒙 样品基本结构 衬底采用 N型双面抛光单晶硅片 第 7页 3实验结论 分析 Si-N 、 Si-H Si-O Si-H N-H Si-O Si-N 未退火和退火的 PHPS薄膜 FTIR光谱 𝑥 = [𝑂][𝑆𝑖] = 2[𝑆𝑖 −𝑂]𝑆𝑖 −𝑂 +[𝑆𝑖 − 𝑁] y = [𝑁][𝑆𝑖] = 43· 2[𝑆𝑖 −𝑁]𝑆𝑖 −𝑂 +[𝑆𝑖 −𝑁] 𝑆𝑖 −𝑋 = 𝐾𝑆𝑖−𝑋 𝑣 𝛼 𝜔 𝜔 ⅆ𝜔 = 𝐾𝑆𝑖−𝑋𝐴𝑆𝑖−𝑋 其中 𝐾𝑆𝑖−O = 1.5×1019𝑐𝑚−2, 𝐾𝑆𝑖−𝑁 = 2.1×1019𝑐𝑚−2 计算得出薄膜经退火处理以后时， S𝑖𝑂𝑥𝑁𝑦中系数 x均大于 1.97, 因此可近似认为薄膜的成分为 S𝑖𝑂2。 成分分析 第 8页 3实验结论分析 温度提升，加速 Si-N的断裂与 Si-O的形成 不同温度下退火的 Si-O峰 不同温度下退火之后 Si-O峰和 Si-N比值 不同温度下的 FTIR光谱 第 9页 3实验结论分析 不同温度下退火氧化硅钝化的少子寿命 低温段 (300~500℃):薄膜质量较低 中温段 (600~700℃):钝化效果好 高温段 (800~900℃):电荷 /出现二次缺陷 少子寿命与退火温度的关系 Si 𝑆𝑖O𝑥 第 10页 3实验结论分析 𝑺𝒊𝑶𝟐 −Si界面固定电荷 𝑸f用 Corona Charge测量 700℃退火的样品 corona-charge曲线 样品经不同温度下退火的界面固定电荷 𝑄f 电荷密度 +1~2×1012cm−2，随退火温度升高而增加 第 11页 3实验结论分析 厚度控制：正丁醚稀释 薄膜厚度随稀释比例的变化 烘干和退火过程中正丁醚挥发，留下 PHPS在衬底表面固化成为 SiO2 第 12页 3实验结论分析 厚度控制：正丁醚稀释 薄膜厚度随稀释比例的变化 烘干和退火过程中正丁醚挥发，留下 PHPS在衬底表面固化成为 SiO2 不同厚度的氧化硅钝化的少子寿命 AlOx 第 13页 3实验结论分析 新型氧化硅：与氧化铝形成 叠层 不同氧化硅厚度的氧化硅 /氧化铝叠层少子寿命 Si 𝑆𝑖O𝑥 𝑨𝒍𝑶𝒙 𝑨𝒍𝑶𝒙 𝝉𝑺𝒊O𝒙/𝑨𝒍O𝒙 = 𝟐𝟐𝟎𝟎𝝁𝒔 界面质量、 H钝化 𝑸f =+2×1011cm−2 新型氧化硅：与氧化铝形成 叠层 第 14页 3实验结论分析 制备氧化硅前后样品的反射 谱 Si 𝐴𝑙O𝑥 𝑆𝑖𝑶𝒙 𝑆𝑖𝑶𝒙80nm 21.1% 9.7% 𝝉 = 𝟏𝟐𝟎𝟎𝝁𝒔 反射率 新型氧化硅 • 钝化效果十分优异 SiOX 1250μs SiOX AlOX 2200μs • 制备工艺简单 • 无需高温 改进和创新： • 提高制备效率，从制备方式上实现量产 • 进一步优化钝化效果 第 15页 4总结与展望 新型氧化硅：拥有光明的应用前景 新型氧化硅钝化特性研究 报 告 人： 龚 磊 中国科学院电工研究所 报告 时间 ： 2018 年 11月 9日 谢谢聆听！