多层氮化硅膜对太阳电池的影响

摘要：氮化硅膜层在晶体硅太阳电池中起到钝化和减反射的作用，对太阳电池的转换效率有着重要的影响。实验采用P型多晶硅片，经制绒、扩散和湿法刻蚀等工艺后，在温度460℃，NH3:SiH4气体比例3:1-10:1，射频功率5300-6100W，压强为1500mTorr等工艺参数下，沉积了不同厚度组合的多层氮化硅膜。利用少子寿命测试仪和反射率测试仪对PECVD沉积氮化硅膜前后硅片的少子寿命和沉积氮化硅膜后的反射率进行了测量。实验结果表明，第一、第二层厚度为33nm，而顶层厚度为15nm时，钝化效果最好较沉积氮化硅膜之前提高了54.5%，而反射率则是在第一层厚度为45nm、第二层厚度为22nm、顶层为15nm时，反射率最低值为4.51%。

关键词：管式PECVD；钝化效果；减反射；多层氮化硅膜

中图分类号：TM914文献标识码： A

一、引言

SiNx薄膜具有良好的绝缘性、化学稳定性和致密性等特点，被广泛地用于半导体的绝缘介质层或钝化层。等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）制备的SiNx膜具有沉积温度低，沉积速度快、薄膜质量好、工艺简单易于工人操作等优点被大量应用于晶体硅太阳电池产业中[1-4]。 管式PECVD参数主要包括：温度、气体流量、压强、功率、频率开关比和沉积时间等。影响氮化硅膜质量的工艺参数较多，采用传统实验方法研究各工艺参数对氮化硅膜的减反射和钝化效果的影响，需要进行的实验数量是非常大的，同时各工艺参数具有交互性，所以获得优化的工艺参数组合是非常复杂困难的。

二、实验方法

采用p型多晶硅片（15.6cm×15.6cm），方块电阻为50Ω/的扩散层，利用管式PECVD设备在温度460℃，NH3:SiH4气体比例3:1-10:1，射频功率5300-6100W，压强为1500mTorr等工艺参数下沉积不同厚度的多层氮化硅膜作为多晶太阳电池的减反射膜层。利用少子寿命测试仪和反射率测试仪对PECVD制备的氮化硅膜前后的硅片少子寿命以及反射率进行了测量。实验沉积三层不同厚度、折射率的氮化硅层作为减反射层，其中每层采用的工艺参数如表1所示，而每层厚度如表2所示。

表1 不同膜层采用的工艺参数

表2 多层氮化硅膜设定值

三、结果与讨论

氮化硅膜作为太阳电池片的减反射膜起到钝化和减反射的作用。氮化硅膜的不同厚度、折射率以及薄膜中Si和N的比例等对太阳电池的转换效率有着重要的影响。起钝化作用的氮化硅膜厚度要求Si含量高一些，折射率大一些，而起减反射作用需要氮化硅膜N含量高一些折射率小一些，需要综合考虑两个参数，因此实验研究了不同厚度、折射率组合的氮化硅膜对太阳电池片的影响。

1.氮化硅膜形貌的表征

利用共聚焦显微镜对沉积不同厚度的氮化硅膜进行表面形貌的表征，典型结果如图1所示。结果表明，不同工艺沉积的氮化硅膜厚度均匀性较好，能够满足生产上的要求。

图1氮化硅膜表面共聚焦显微镜形貌测试图

2.氮化硅膜的钝化和减反射特性

钝化和减反射特性是氮化硅膜层的两个重要特性。根据表1的工艺参数，采用不同的沉积时间制备不同厚度组合的多层氮化硅膜（见表2），其测试结果如图2所示。

图2 不同样品PECVD前后的测试寿命及反射率测试结果

图中6为大规模生产中采用较多的双层膜工艺沉积的氮化硅膜，在此作为多层氮化硅膜的参照。从图中可见，在第一层厚度为33nm、第二层厚度为33nm、顶层厚度为15nm时，钝化效果最好，PECVD前后硅片少子寿命提高了54.5%，较双层膜结构的氮化硅膜层提高了13.7%；而在第一层厚度为45nm、第二层厚度为22nm、顶层厚度为15nm时，减反射效果最好，反射率值为4.51%，较双层膜结构的氮化硅膜层提高了3.51%。

四、结论

利用管式PECVD，在温度460℃，NH3:SiH4气体比例3:1-10:1，射频功率5300-6100W，压强为1500mTorr等工艺参数下，沉积了不同厚度组合的多层氮化硅膜，并利用少子寿命测试仪和反射率测试仪对PECVD沉积氮化硅膜前后硅片的少子寿命和沉积氮化硅膜后的反射率进行了测量。实验结果表明，第一、第二层厚度为33nm，而顶层厚度为15nm时，钝化效果最好较沉积氮化硅膜之前提高了54.5%，而反射率则是在第一层厚度为45nm、第二层厚度为22nm、顶层为15nm时，反射率最低值为4.51%。钝化和减反射特性是氮化硅膜的两个重要的特性，不同厚度和折射率的氮化硅膜的制备对太阳电池转换效率的提高有着重要的影响。

参考文献

[1] 吴清鑫,陈光红. PECVD法生长氮化硅工艺的研究[J].功能材料,2006,38(5)：703.

[2] 李新贝,张方辉,牟强.等离子增强型化学气相淀积条件对氮化硅薄膜性能的影响[J].材料保护,2006,39(7)：12.

[3] EigameI H E,Rohatgi A,Chen Z.Optimal Surface and Bulk Passivation of High Effciency Multicrystalline Silicon Solar Cells [A],IEEE FIRST WORLD CONFERENCE ON PVEC [C].Waikoloa,Hawaii,1994,1323.

[4] Duerinckx F,Szlufcik J.Defect passivation of industrial multi-crystalline solar cells based on PECVD silicon nitride [J].Solar Energy Materials &Solar Cells,2002,2：231.