太陽電池階段工藝總結PECV課件

1、PECVD階段工藝調試總結zhaokexiongzhao主要內容 1、引言 2、SiNx的折射率與膜厚研究 3、SiNx的鈍化效果研究 4、管式PECVD和板式PECVD的對比 5、后期實驗計劃 1.引言 在工藝調試的第一階段主要對設備的結構、參數(shù)及維護等進行了學習和調試，第二階段則在第一階段的基礎之上對薄膜的折射率、膜厚及鈍化進行了較為詳細的研究，此外對比了板式和管式PECVD的鍍膜效果。 在工藝調試之前必須明白好的氮化硅薄膜應具有哪些特點，概括起來主要有以下三點： 無吸收的減反射層； 好的表面鈍化效果； 好的體鈍化效果。 在知道了工藝調試的目標后，還應該理清影響氮化硅薄膜的各個因素。板式P

2、ECVD的影響因素分工藝參數(shù)和外部環(huán)境及認為因素，它們對SiNx膜的厚度、折射率和鈍化效果均有一定程度的影響，詳見圖1-1。2. SiNx的折射率與膜厚研究 2.1 實驗設計 2.2 試驗結果與分析 2.3 薄膜厚度對反光率及電池片光電性能的影響2.1 實驗設計 實驗已經(jīng)表明薄膜厚度及折射率的主要影響因素分別是載板速度和氣流量比，但是別的因素的影響規(guī)律尚不清楚，因此實驗主要考查溫度、硅氮比、壓力和微波功率對折射率和膜厚的影響。實驗設計采用DOE正交法，詳見表2-1。實驗為4因子2水平，按照DOE設計原理，需要做2N-1組實驗，也就是8組，考慮到實驗的重復性及需要加入的中心點個數(shù)，實驗總計要進行

3、18組。導電漿料的基本組成表2-1 正交實驗設計標準序運行序中心點區(qū)組TemperaturePowerPressureGas ratio1111135034000.224121135022000.223.21431140022000.253.21541135034000.253.21750137528000.2353.61860137528000.2353.6771135034000.253.2381135034000.224991135022000.223.24101140034000.223.22111140022000.2248121140034000.25416131140034000

4、.25413141135022000.2546151140022000.253.210161140022000.22412171140034000.223.25181135022000.2542.2 試驗結果與分析2.2.1 薄膜厚度的變化規(guī)律2.2.1 薄膜厚度的變化規(guī)律 SiNX薄膜厚度的變化會使其光學厚度隨之變化，進而影響薄膜對可見光的反射率。而反射率的高低與電池片的光電轉化效率有密切的關系。表2-2是實驗結果，從進行的2組實驗數(shù)據(jù)來看，隨著薄膜厚度的減小，反射率（400-1000nm）、開路電壓、短路電流和轉化效率均隨之降低。按理說反射率降低，電池片的開路電壓、短路電流和轉換效率會有所

5、增大，但是實驗結果剛好相反，導致其原因可能存在下面原因：（1）比較光反射圖譜會發(fā)現(xiàn)隨著薄膜厚度減小，光的反射率在400-600nm范圍內降低，在600-1000nm范圍內增強，min向短波方向移動，對短波長的光吸收增強，但同時使紅光的吸收減弱；（2）電池片的光譜響應在長波和短波區(qū)不同，可能是我們擴散的硅片在短波范圍量子效率低，而在長波范圍量子效率高，短波區(qū)反射率減少帶來的光吸收增益不足于彌補長波區(qū)反射率增大導致的光吸收損失。2.3 薄膜厚度對反光率及電池片光電性能的影響表2-2 薄膜厚度與反射率及光電性能的關系實驗編號載板速度薄膜厚度折射率反射率minVOCISCcm/minnm400-100

6、0nm400-600nm600-1000nmnm VA%1-P116483.782.06577.7215.313.896500.61458.16415.3216882.12.07077.6213.214.776400.61278.122415.1717480.222.07687.3611.495.276200.61248.113915.1417878.532.07337.1512.184.616110.61298.090715.132-P217283.12.06587.5914.624.056520.61327.974315.1718277.382.07297.3610.555.746080.

7、61217.94315.0919075.262.087.1411.055.176010.61137.865214.943、SiNx的鈍化效果研究3.1 實驗設計實驗采用三種方案：實驗一：管式、板式結合鍍膜；實驗二：采用不同的N/Si比例；實驗三：利用板式PECVD的設備特點沉積兩層不同N/Si比的SiNX薄膜。3.2實驗一3.2.1實驗一模型及測試結果 先用管式PECVD對捷佳創(chuàng)擴散的硅片進行不同時間的短暫預鍍，其目的是發(fā)揮管式優(yōu)越的體鈍化，之后再進行板式鍍膜，目的是發(fā)揮其較好的表面鈍化及優(yōu)越的均勻性，實驗模型見圖3.2.1。預鍍的時間分別為150s和300s，印刷在2號線進行，分三批印刷，用

8、新的正銀漿料。實驗一模型與測試結果 板式PECVD管式PECVDSi基體實驗UocIscNCell原工藝10.6129 8.0868 0.1560 20.6136 8.0338 0.1552 30.6139 8.0760 0.1541 150S預鍍40.6142 8.1807 0.1559 300S預鍍50.6166 8.1479 0.1564 3.2.2 實驗一結論 采用管式預鍍并結合板式PECVD法制備的氮化硅薄膜具有比原工藝更佳的鈍化效果，最后的測試結果顯示短路電流分別較原工藝提高了0.12A和0.6A。此方法雖然可以取得較好的鈍化效果，并避免了管式PECVD產(chǎn)生的色差，但是工藝復雜且產(chǎn)

9、能很低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。3.3 實驗二實驗一燒結后少子壽命測試（us）膜厚與折射率測量最大值最小值平均值中值膜厚(nm)折射率1600-4005.903 2.049 4.658 4.732 84.060 2.052 6.551 3.166 4.828 4.898 83.450 2.051 8.798 2.958 4.970 4.955 82.500 2.037 7.215 2.838 4.845 4.898 83.520 2.043 6.100 2.367 4.732 4.842 83.620 2.050 平均值6.913 2.676 4.806 4.865 83.430 2.046 152

10、0-44017.013 3.316 6.421 5.888 83.040 2.065 10.860 2.411 5.494 5.248 81.640 2.051 13.074 2.572 5.495 5.309 82.750 2.071 12.033 4.000 6.257 5.888 82.650 2.067 16.592 3.356 6.101 5.495 81.700 2.057 平均值13.914 3.131 5.954 5.566 82.356 2.062 1500-50015.559 3.092 5.655 5.309 84.320 2.116 11.932 2.891 5.457

11、 5.309 84.210 2.110 17.491 3.452 6.202 5.495 83.670 2.099 15.172 3.712 5.919 5.495 84.400 2.106 9.664 3.643 5.341 5.188 83.840 2.122 平均值13.964 3.358 5.715 5.359 84.088 2.111 1450-55017.761 3.478 5.792 5.433 82.950 2.183 15.710 3.091 6.169 5.495 83.190 2.186 20.095 3.702 5.847 5.248 83.050 2.180 20.1

12、68 3.650 6.647 5.559 83.000 2.182 25.090 3.664 6.243 5.495 83.090 2.197 平均值19.765 3.517 6.139 5.446 83.056 2.185 實驗二燒結后少子壽命測試（us）膜厚與折射率測量最大值最小值平均值中值膜厚(nm)折射率1600-4008.504 2.593 5.247 5.370 81.682.045 10.979 2.787 5.141 5.288 79.682.030 9.012 2.874 5.375 5.433 78.252.021 10.420 2.456 5.374 5.433 80.6

13、42.024 12.251 2.195 5.669 5.623 83.482.041 平均值10.233 2.581 5.362 5.429 80.746 2.032 1520-4409.808 3.323 5.359 5.309 83.210 2.066 8.410 3.756 5.194 5.129 80.750 2.055 13.505 3.051 5.589 5.433 79.960 2.047 12.742 2.823 5.409 5.309 81.740 2.050 13.357 3.523 5.709 5.433 80.260 2.060 平均值11.564 3.295 5.45

14、2 5.322 81.184 2.055 1500-50012.087 4.305 6.039 5.821 82.650 2.113 12.588 4.044 5.705 5.559 83.840 2.119 15.365 4.289 6.212 5.754 81.610 2.091 24.487 3.787 6.285 5.754 80.620 2.082 13.428 3.961 6.631 5.888 80.980 2.091 平均值15.591 4.077 6.174 5.755 81.940 2.099 1450-55028.604 3.063 6.088 5.559 81.880

15、2.158 28.971 2.496 6.094 5.370 79.900 2.187 25.415 2.969 6.670 5.754 82.730 2.156 29.867 2.949 6.537 5.495 78.170 2.186 19.416 2.637 5.930 5.070 80.390 2.171 平均值26.455 2.823 6.264 5.450 80.614 2.1716 3.3.1 實驗二方案 實驗分別采用不同的氣體流量比，即NH3/SiH4分別為1600/400、1520/440、1500/500和1450/550，別的工藝參數(shù)保持不變。3.3.2實驗二測試結果與分

16、析 實驗的測試結果詳見下表。流量比實驗PmppUocIscNCell實驗一1600-4003.8014 0.6162 8.1730 0.1562 1520-4403.8281 0.6175 8.1557 0.1573 1500-5003.8622 0.6189 8.2029 0.1587 1450-5503.7944 0.6166 8.1034 0.1559 實驗二1600-4003.8332 0.6142 8.1602 0.1575 1520-4403.9048 0.6172 8.2408 0.1605 1500-5003.8694 0.6167 8.1799 0.1590 1450-550

17、3.8822 0.6186 8.1990 0.1595 從實驗數(shù)據(jù)可以看出，隨著流量比（NH3/SiH4）的減小，鍍膜的鈍化效果依次增強， 短路電流和轉換率則是先增大后減小。流量比變化時，薄膜的折射率、密度、Si-H鍵和N-H鍵也隨之變化，其規(guī)律可以從文獻資料中看出，見表3.3.2-3。折射率密度N/SiSi-HN-HSi-NN-H/Si-Hg/cm3(1022cm-3)(1022cm-3)(1022 cm-3)2.32.250.911.190.273.350.232.172.531.290.50.884.131.762.032.411.330.310.753.812.412.052.331.

18、20.540.623.631.15引用來源：(ON COMBINING SURFACE AND BULK PASSIVATION OF SiNx:H LAYERS FOR mc-Si SOLAR CELLS) 要獲得良好的鈍化效果，SiNx膜必須足夠的致密且含有大量的N-H鍵。從引用的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，當折射率為2.17（板式法流量比為1450/550）時，SiNx膜中的N-H鍵含量最高，且薄膜比較致密，鈍化效果最好。當折射率為2.05左右時，SiNx膜的透光率良好，但鈍化效果差。當折射率為2.3左右時，SiNx膜的透光率變差，但是表面的鈍化增強。3.4.1 實驗三方案3.4 實驗三 實驗二已經(jīng)證明

19、了當折射率在2.05左右時，SiNx膜的透光性盡管良好，但鈍化效果最差，鍍膜后少子壽命較低，導致電池的短路電流和光電轉化效率偏??；但是折射率增大又會使SiNx膜的透光性變差。所以，實驗三結合SiNx膜的特點，選擇性的在硅片的底部沉積折射率大（即流量比?。┑谋∧ぃ栽鰪姲l(fā)射極的表面鈍化和體鈍化；在折射率較高的SiNx膜之上再沉積一層折射率較小的SiNx膜，以增加透光率。實驗三的模型見下圖。n大n小鈍化差，透光性好鈍化好，透光性差n小Si基體n大3.4.2實驗三測試結果實驗流量下流量上薄膜下薄膜上NH3SiH4NH3SiH4厚度折射率厚度折射率6_114505501520480412.185412

20、.0656_215005001520480412.111412.0656_316004001520480412.04412.065原工藝注釋： 原工藝沒有SiNx膜的上下之分，也就是說薄膜均有相同的Si/N比例，選擇的流量為：SiH4 440SCCM，NH3 1520SCCM，折射率為2.065。實驗AVE/MEDPmppUocIscFFNCell實驗6-1AVE3.9225 0.6167 8.3071 76.5652 0.1612 MED3.9216 0.6165 8.3170 76.5935 0.1611 實驗6-2AVE3.9143 0.6159 8.2881 76.6759 0.160

21、8 MED3.9157 0.6162 8.2898 76.7233 0.1609 實驗6-3AVE3.9076 0.6166 8.2808 76.5241 0.1606 MED3.9068 0.6162 8.2840 76.6302 0.1605 實驗三鈍化效果對比實驗編號燒結后少子壽命測試（us）膜厚與折射率測量最大值最小值平均值中值膜厚(nm)折射率實驗6-126.264 3.127 7.785 6.609 82.042.1447 15.441 3.173 6.349 6.237 83.242.1310 29.961 3.360 7.973 6.839 83.412.1289 24.859

22、 2.313 6.844 6.531 83.022.1298 33.179 2.188 8.522 6.998 81.792.1440 平均值25.941 2.832 7.495 6.643 82.700 2.136 實驗6-227.892 3.296 6.578 6.166 84.342.103926.353 3.499 6.877 6.237 80.022.121416.711 2.946 5.898 5.821 84.962.101518.467 3.508 6.098 5.957 85.212.090921.399 2.426 6.137 5.888 84.882.0989平均值22.

23、164 3.135 6.317 6.014 83.882 2.103 實驗6-325.261 3.514 6.376 6.095 83.220 2.050 18.454 3.644 6.678 6.457 83.790 2.052 14.083 3.946 6.528 6.310 83.310 2.057 7.591 1.962 5.562 5.821 83.600 2.067 11.040 1.911 5.401 5.623 82.990 2.058 平均值15.286 2.995 6.109 6.061 83.382 2.057 原工藝24.193 2.309 6.160 5.957 82

24、.510 2.063 27.161 3.045 6.781 6.383 82.560 2.068 9.131 2.510 4.946 4.955 84.860 2.050 8.716 2.929 4.992 4.945 80.920 2.056 9.813 2.784 4.914 4.898 82.470 2.059 平均值15.803 2.716 5.559 5.427 82.664 2.059 3.4.3 實驗三結論 從測試的結果來看，實驗三的設計思想是正確的，充分發(fā)揮了SiNx膜的鈍化和減反射作用。隨著底層SiNx膜Si/N比例的提高，其鈍化效果逐步增強，這從鍍膜后的少子壽命和電池片短路電流的變化規(guī)律可以證明。此外，