中科院電工研究所 王文靜
一 引言
為了提高晶體矽太陽能電池的效率，通常需要減少太陽電池正表面的反射，還需要對晶體矽表面進行鈍化處理，以降低表面缺陷對於少數載流子的複合作用。
矽的折射率為3.8，如果直接將光滑的矽表面放置在折射率為1.0的空氣中，其對光的反射率可達到30%左右。人們使用表面的織構化降低了一部分反射，但是還是很難將反射率降得很低，尤其是對多晶矽，使用各向同性的酸腐蝕液，如果腐蝕過深，會影響到PN結的漏電流，因此其對表面反射降低的效果不明顯。因此，考慮在矽表面與空氣之間插一層折射率適中的透光介質膜，以降低表面的反射，在工業化應用中，SiNx膜被選擇作為矽表面的減反射膜，SiNx膜的折射率隨著x值的不同，可以從1.9變到2.3左右，這樣比較適合於在3.8的矽和1.0的空氣中進行可見光的減反射設計，是一種較為優良的減反射膜。
另一方面，矽表面有很多懸掛鍵，對於N 型發射區的非平衡載流子具有很強的吸引力，使得少數載流子發生複合作用，從而減少電流。因此需要使用一些原子或分子將這些表面的懸掛鍵飽和。實驗發現，含氫的SiNx膜對於矽表面具有很強的鈍化作用，減少了表面不飽和的懸掛鍵，減少了表面能級。
綜合來看，SiNx膜被製備在矽的表面起到兩個最用，其一是減少表面對可見光的反射；其二，表面鈍化作用。
二 PECVD技術的分類
用來製備SiNx膜的方法有很多種，包括：化學氣相沉積法（CVD法）、等離子增強化學氣相沉積（PECVD法）、低壓化學氣相沉積法（LPCVD法）。在目前產業上常用的是PECVD法。
PECVD法按沉積腔室等離子源與樣品的關係上可以分成兩種類型：
直接法：樣品直接接觸等離子體，樣品或樣品的支撐體就是電極的一部分。
間接法：或稱離域法。待沉積的樣品在等離子區域之外，等離子體不直接打到樣品表面，樣品或其支撐體也不是電極的一部分。
直接法又分成兩種：
（1）管式PECVD系統：即使用像擴散爐管一樣的石英管作為沉積腔室，使用電阻爐作為加熱體，將一個可以放置多片矽片的石墨舟插進石英管中進行沉積。這種設備的主要製造商為德國的Centrotherm公司、中國的第四十八研究所、七星華創公司。
（2）板式PECVD系統：即將多片矽片放置在一個石墨或碳纖維支架上，放入一個金屬的沉積腔室中，腔室中有平板型的電極，與樣品支架形成一個放電迴路，在腔室中的工藝氣體在兩個極板之間的交流電場的作用下在空間形成等離子體，分解SiH4中的Si和H，以及NH3種的N形成SiNx沉積到矽表面。這種沉積系統目前主要是日本島津公司在進行生產。
間接法又分成兩種：
（1）微波法：使用微波作為激發等離子體的頻段。微波源置於樣品區域之外，先將氨氣離化，再轟擊矽烷氣，產生SiNx分子沉積在樣品表面。這種設備目前的主要製造商為德國的Roth&Rau公司。
（2）直流法：使用直流源激發等離子體，進一步離化氨氣和矽烷氣。樣品也不與等離子體接觸。這種設備由荷蘭的OTB公司生產。
目前，在中國微波法PECVD系統佔據市場的主流，而管式PECVD系統也佔據不少份額，而島津的板式系統只有5~6條生產線在使用。直流法PECVD系統還沒有進入中國市場。
除了上述幾種模式的PECVD系統外，美國的Applied Material公司還開發了磁控濺射PECVD系統，該系統使用磁控濺射源轟擊高純矽靶，在氨氣的氣氛中反應濺射，形成SiNx分子沉積到樣品表面。這種技術的優點是不使用易爆的矽烷氣，安全性提高很多，另外沉積速率很高。
如果按照PECVD系統所使用的頻率範圍，又可將其分成以下幾類：
■ 0 Hz：直流間接法——OTB公司
■ 40 KHz：Centrotherm公司管式直接法PECVD和Applied Material公司的磁控濺射系統
■ 250 kHz：島津公司的板式直接法系統
■ 440 kHz：Semco公司的板式直接法
■ 460 kHz：Centrotherm公司管式直接法
■ 13.6 MHz：Semco公司和MVSystem公司的板式直接法系統
■ 2450 MHz：Roth&Rau公司的板式間接法系統。