PECVD沉积压强对太阳电池转换效率的影响

赵学玲+马红娜+张红妹

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。

2.2 压强对太阳电池转换效率的影响

电池表面的SiNx膜层对太阳电池起着减反射和钝化的作用，对提高太阳电池的转换效率有着重要的作用。实验对比了压强分别为0.25、0.30、0.35和0.40mbar时所沉积的SiNx膜对太阳电池转换效率的影响。从三次电池转换效率的严格对比中可以看出，当压强从0.25mbar增加到0.30mbar时，折射率升高，钝化效果增强，开路电压升高，但同时消光系数增加，又会降低短路电流；开路电压增加的幅度大于短路电流的降低的幅度，太阳电池转换效率有了0.1%的提升；当压强从0.30mbar增加到0.35m bar时，开路电压和短路电流变化不明显，太阳电池转换效率趋于持平；而当压强从0.35mbar增加到0.40mbar时，开路电压没变，短路电流下降，太阳电池转换效率开始下降。说明，在反应压强为0.3-0.35mbar时，沉积的SiNx薄膜的钝化和减反效果较好，对电池效率的增加有较好的促进作用。

3 结语

实验对比了板式PECVD在不同压强下所沉积的SiNx膜对少子寿命的影响。结果显示，随着反应腔室压强的增加，少子寿命受压强的变化影响较小。不同压强下沉积的SiNx膜对太阳电池转换效率的影响表明：随着压强的增大，太阳电池转换效率先增加后减小。因此，在板式PECVD生产线上为了获得较高质量的SiNx薄膜，提高太阳电池转换效率，反应压强应控制在0.3-0.35mbar。

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.WU Qingxin， CHEN Guanghong.Research Process in Deposition of SiN thin films by PECVD[J].Function materials，2007，38（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。LI Xinbei，ZHANG Fanghui，MOU Qiang.Effect of plasma enhanced chemical vapor deposition conditions on the properties of silicon nitride thin films[J].materials protection，2006，39（7）：12.