單晶PECVD工藝

2021-01-15 光伏技術



單晶PECVD工藝


1. PECVD的定義

2. PECVD的原理

2.1 PECVD的方法

2.2 PECVD工作原理

PECVD法生長氮化矽薄膜是利用非平衡等離子體的特性，即等離子體分子、原子、離子或激活基團與周圍環境相同，而其中非平衡電子由於電子質量很小，其平均溫度可以比其他粒子大一二個數量級，所以通常條件下，要高溫（300℃-450℃）才能實現許多反應。在沉積過程中，特氣NH3與SiH4分子在高頻的作用下熱運動劇烈，相互間碰撞使其分子電離，進而生成SiNx。

2.3 工作原理—SINA板P

1. SiNA系統採用的是一種間接微波等離子體增強化學氣相沉積的方法。

2. 優點：具有很好的薄膜均勻性，而且具有大規模生產的能力。等離子體中的H（氫）對矽片表面的鈍化和在燒結工序中SiN的氫原子向矽內擴散，使H（氫）鈍化矽表面和體內的晶界，懸掛鍵等缺陷，使不再起複合中心的作用，較少了少數載流子的複合，提高了少子壽命，從而改善了矽片質量，提高了太陽能電池的效率。

2.4 工作原理—管P

1. 管式PECVD系統是一組利用平行板鍍膜舟和低頻等離子激發器的系列發生器。在低溫和升溫的情況下，等離子發生器直接在裝在鍍膜板中間的介質中間發生反應。


2. 優點：在沉積工藝中，伴有大量的氫原子和氫離子的產生，使得矽片的氫鈍化性十分良好，且可以改變矽烷對氨氣的比率，來得到不同的折射率。

3. PECVD的作用

3.1 PEVCD的作用

採用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）技術在矽片表面沉積一層理想的氮化矽減反射膜，在成膜的同時還有加氫作用，對矽片體內懸掛鍵進行飽和，因此在增強對光的吸收性的同時，對太陽電池起到很好的表面和體內鈍化作用，同時提高短路電流和開路電壓,進而提高轉換效率。

3.2 減反射薄膜

1. 與絨面結合,鍍減反射膜可以有效降低光的反射；

2. 光照射在矽片表面時，因為反射會使光損失約三分之一。如果在矽表面有一層或多層合適的薄膜，利用薄膜幹涉原理，可以使光的反射大為減少，這種膜稱為太陽電池的減反射膜（ARC，antireflection coating）。

3.3 表面鈍化作用

1. 太陽能級矽單晶和多晶矽材料存在著大量的雜質和缺陷，這些雜質和缺陷在晶體矽中引入深能級，顯著降低矽中的少數載流子壽命，從而影響太陽電池的短路電流和電池的轉換效率；

2. PECVD沉積氮化矽薄膜鈍化太陽電池的作用從原理看實際上是薄膜中富含的氫對襯底矽中的雜質和缺陷的鈍化；

3. 薄膜中的H能夠進入矽晶體中,鈍化矽中的缺陷,降低表面態密度,抑制電池表面複合，增加少子壽命，從而提高太陽電池Isc和Voc；

4. 氫原子與缺陷或晶界處的懸掛鍵結合，從而一定程度上消除了晶界的活性。

3.4 優良的化學穩定性,卓越的抗氧化和絕緣性能

在表面形成一道膜,有助於在燒結中保護PN結。

3.5 良好的阻擋鈉離子、掩蔽金屬和水蒸汽擴散的能力

1. 氮化矽薄膜能有效地阻止B、P、Na、As、Sb、Ge、Al、Zn等雜質的擴散，尤其是對Na+。有實驗表明，氮化矽薄膜對Na+擴散有很強的屏障作用。在600℃下熱擴散22小時後，Na+擴散長度小於200Å，而在相同條件下Na+貫穿了SiO2薄膜，在矽和二氧化矽的界面上出現了Na+堆積。

2. 在相同條件下製得的氧化矽、氮化矽、氮氧化矽薄膜中，水汽在氮化矽薄膜中的滲透係數最小。

4. PECVD的參數與影響因素

4.1 薄膜質量參數

1. 薄膜厚度  83-92 nm

2. 折射率  2.07-2.13

3. 膜厚均勻性 （色差）

4. 反射率

4.2 影響因素

1. 微波功率

2. 反應室溫度和壓力

3. 傳輸速率

4. 氣體流量

4.3 工藝調整趨勢參考

4.4 產線常見的薄膜缺陷


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·  2019年03月08日

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