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用于晶体硅太阳电池生产的PECVD技术进展(可编辑

2019-07-24 09:42

中科院电工研究所?王文静一引言为了降低晶体硅太阳电池的效率通常需要减少太阳电池正表面的反射还需要对晶体硅表面进行钝化处理以降低表面缺陷对于少数载流子的复合作用。硅的折射率为如果直接将光滑的硅表面放置在折射率为的空气中其对光的反射率可达到左右。人们使用表面的织构化降低了一部分反射但是还是很难将反射率降得很低尤其是对多晶硅使用各向同性的酸腐蚀液如果腐蚀过深会影响到PN结的漏电流因此其对表面反射降低的效果不明显。因此考虑在硅表面与空气之间插一层折射率适中的透光介质膜以降低表面的反射在工业化应用中SiNx膜被选择作为硅表面的减反射膜SiNx膜的折射率随着x值的不同可以从变到左右这样比较适合于在的硅和的空气中进行可见光的减反射设计是一种较为优良的减反射膜。另一方面硅表面有很多悬挂键对于N型发射区的非平衡载流子具有很强的吸引力使得少数载流子发生复合作用从而减用于晶体硅太阳电池生产的PECVD技术进展(可编辑少电流。因此需要使用一些原子或分子将这些表面的悬挂键饱和。实验发现含氢的SiNx膜对于硅表面具有很强的钝化作用减少了表面不饱和的悬挂键减少了表面能级。综合来看SiNx膜被制备在硅的表面起到两个最用其一是减少表面对可见光的反射其二表面钝化作用。二PECVD技术的分类用来制备SiNx膜的方法有很多种包括:化学气相沉积法(CVD法)、等离子增强化学气相沉积(PECVD法)、低压化学气相沉积法(LPCVD法)。在目前产业上常用的是PECVD法。PECVD法按沉积腔室等离子源与样品的关系上可以分成两种类型:直接法:样品直接接触等离子体样品或样品的支撑体就是电极的一部分。间接法:或称离域法。待沉积的样品在等离子区域之外等离子体不直接打到样品表面样品或其支撑体也不是电极的一部分。直接法又分成两种:()管式PECVD系统:即使用像扩散炉管一样的石英管作为沉积腔室使用电阻炉作为加热体将一个可以放置多片硅片的石墨舟插进石英管中进行沉积。这种设备的主要制造商为德国的Centrotherm公司、中国的第四十八研究所、七星华创公司。()板式PECVD系统:即将多片硅片放置在一个石墨或碳纤维支架上放入一个金属的沉积腔室中腔室中有平板型的电极与样品支架形成一个放电回路在腔室中的工艺气体在两个极板之间的交流电场的作用下在空间形成等离子体分解SiH中的Si和H以及NH种的N形成SiNx沉积到硅表面。这种沉积系统目前主要是日本岛津公司在进行生产。间接法又分成两种:()微波法:使用微波作为激发等离子体的频段。微波源置于样品区域之外先将氨气离化再轰击硅烷气产生SiNx分子沉积在样品表面。这种设备目前的主要制造商为德国的RothRau公司。()直流法:使用直流源激发等离子体进一步离化氨气和硅烷气。样品也不与等离子体接触。这种设备由荷兰的OTB公司生产。目前在中国微波法PECVD系统占据市场的主流而管式PECVD系统也占据不少份额而岛津的板式系统只有~条生产线在使用。直流法PECVD系统还没有进入中国市场。除了上述几种模式的PECVD系统外美国的AppliedMaterial公司还开发了磁控溅射PECVD系统该系统使用磁控溅射源轰击高纯硅靶在氨气的气氛中反应溅射形成SiNx分子沉积到样品表面。这种技术的优点是不使用易爆的硅烷气安全性提高很多另外沉积速率很高。如果按照PECVD系统所使用的频率范围又可将其分成以下几类:■Hz:直流间接法OTB公司■KHz:Centrotherm公司管式直接法PECVD和AppliedMaterial公司的磁控溅射系统■kHz:岛津公司的板式直接法系统■kHz:Semco公司的板式直接法■kHz:Centrotherm公司管式直接法■MHz:Semco公司和MVSystem公司的板式直接法系统■MHz:RothRau公司的板式间接法系统。三各种方法的优缺点比较各种方法都有其有缺点:从大的方面讲直接PECVD法对样品表面有损伤会增加表面少子的复合但是也正是由于其对表面的轰击作用可以去除表面的一些自然氧化层使得表面的杂质原子得到抑制另外直接法可以使得氢原子或氢离子更深入地进入到多晶硅晶界中使得晶界钝化更充分。使用不同频率的PECVD系统也各有一定的优缺点:()频率越高均匀面积越小越难于达到大面积均匀性。()频率越低对硅片表面的损伤越严重。()频率越低离子进入硅片越深越有利于多晶硅晶界的钝化。我们将不同频率的PECVD方法在电路控制难度的比较列于表中。表各种频率的PECVD技术的电路控制难度技术种类所用频率性能比较扩展等离子体技术(ETBOTB公司)电路控制难度最小磁控溅射技术(AppliedFilm)K电路控制难度较小管式直接法(Centrotherm)K电路控制难度较小板式直接法(低频)(岛津)K电路控制难度较小板式直接法(射频)M电路控制难度较大有较强的干扰板式微波法(RR)G电路控制难度最大各种不同的技术的沉积特性的比较列于表表各种PECVD方法的沉积特性比较技术种类方法电极温度℃沉积速率nms硅烷流量lmin氨气流量注释扩展等离子体技术(ETBOTB公司)间接直流电极~~?磁控溅射技术(AppliedFilm)直接铝背板<<~?管式直接法(Centrotherm)直接硅片~~~(x)板式直接法(低频)(岛津)直接石墨背板~板式直接法(射频)直接石墨背板薄膜质量的比较列于表中。表各种PECVD技术制备的薄膜质量技术种类表面损伤表面钝化晶界钝化膜质量光谱响应扩展等离子体技术(ETBOTB公司)轻较差差较差短波最好长波最差磁控溅射技术(AppliedFilm)重?最差管式直接法(Centrotherm)最重最差最好最好短波最差长波最好板式直接法(低频)(岛津)较重较差较好较好短波较差长波较好板式直接法(射频)较轻较好较差较好短波较好长波较差板式微波法(RR)最轻最好最差较差短波最好长波最差当然这种比较也是在某些特定的沉积条件下的一般性的比较改变沉积条件可以改变薄膜的特性。四结论目前产业化的SiNx镀膜技术还在不断的发展每一种技术都有其特性点也都有其不足。太阳电池向着新型特种结构和工艺的方向发展对氮化硅膜提出了一些新的要求。例如有一种新型太阳电池要求双面镀膜正面镀氮化硅背面镀二氧化硅和氮化硅这种情况下灵活的微波间接法就有较大的优势。另一些技术要求在制备出氮化硅薄膜后还进行湿法光化学金属镀膜工艺这对氮化硅膜的密度和质量要求高了很多因此直接法特别是管式直接法就有了很大的优势。总之各种方法必须适应这些新的要求才能更好的发展下去。--《中国新能源》杂志年五月刊

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