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PECVD沉积压强对太阳电池转换效率的影响

   摘 要:利用平板式等离子增强化学气相沉积(PECVD)法,在反应温度为300℃,NH3:SiH4比例为3:1和沉积压强为0.2-0.4mbar的条件下,在多晶硅片上沉积了具有不同光学和电学性能的SiNx膜。实验研究了不同压强对SiNx膜的钝化效果以及电池转换效率的影响。 
  关键词:板式PECVD;少子寿命;太阳电池 
  中图分类号:TN304 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)04-0050-01 
  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。PECVD法沉积的SiNx膜具有沉积温度低,沉积速度快、薄膜质量好、工艺简单等优点,被大量应用于晶体硅太阳电池产业中[1]。通过调整SiH4和NH3的流量比,可以改变SiNx薄膜中的Si和N原子的比例,实现薄膜折射率的变化(1.8-2.3),以获得更好的钝化和减反射效果[4]。本文研究了SiNx薄膜不同压强下,少子寿命和太阳电池转换效率的变化规律,给出了优化的压强范围。 
  1 实验方法 
  太阳电池基底为铸造p型多晶硅片(15.6×15.6cm)。先利用HNO3和HF混合液腐蚀表面以制备绒面结构,然后利用液态三氯氧磷(POCl3)进行磷(P)掺杂以形成pn结,结深约为0.5μm,表面方块电阻为60Ω/□,接着对扩散后的样品进行湿法刻蚀以去除表面的磷硅玻璃。沉积SiNx膜层的设备为德国Roth&Rau公司的板式PECVD设备,沉积条件为:温度300℃,NH3:SiH4气体比例3:1,带速220cm/min,射频功率3000W,压强0.2-0.4mbar,对获得的SiNx膜,在 centrotherm设备中,利用丝网印刷正背面电极并进行高温烧结。分别对磷掺杂后、沉积SiNx后以及高温烧结后的多晶硅片的少子寿命进行了测试。利用berger测试设备对相应太阳电池的转换效率进行了分析测量。 
  2 结果与讨论 
  2.1 压强对少子寿命的影响 
  多晶硅基底中少子寿命的大小对太阳电池转换效率有着重要的影响。因为SiNx膜在太阳电池中不仅起着减反射的作用,同时还起到了钝化的作用,有助于减少基底中的缺陷,增大少子寿命,所以对不同压强条件下沉积的SiNx膜的少子寿命进行了研究。 
  另外还发现,沉积SiNx膜后,少子寿命增长幅度较小。是由于SiNx膜形成过程中,大量H沉积在氮化硅膜中,部分H向硅片表面和内部扩散从而进行表面和体内钝化。经过烧结之后,少子寿命进一步的提升,这可能是因为扩散后的硅片与非扩散后硅片相比,产生了新的物质,在氮化硅和硅之间有一个缓冲层[3],經过烧结之后,Si-H键和N-H键发生断裂后的氢不容易形成氢气溢出,扩散到硅片表面和体内对硅片体内的缺陷和悬挂键进行了钝化,少子寿命进一步提升。 

 
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