多晶硅正面減反射鈍化膜研究

李景 王貴梅 劉月敏 劉苗 許志衛

（晶澳太陽能有限公司，河北邢臺 055550）

0.引言

采用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）在發射極表面沉積氮化硅減反射層，薄膜中含有H原子，還可以起到鈍化發射極表面，降低前表面復合速率的作用。由于多晶硅片有很多晶界及晶粒內部的缺陷，管式PECVD沉積中，等離子體轟擊表面可以深入到硅片體內的晶界或晶粒缺陷中，因此管式法對多晶硅片的鈍化效果就更明顯[1]。近年來，由于SiO2良好的光學和化學性能，被用作太陽能電池的減反射鈍化介質層[2]。氮氧化硅薄膜中含有大量的氫元素，可以起到良好的鈍化作用，疊加氮化硅可以增加介質膜層的熱穩定性，氮氧化硅可以使用PECVD技術進行制備，亦可以通過調整反應氣體成分比來改變折射率[3-4]。

本文根據玻璃和氮化硅折射率，按照折射率遞增原則，利用管式PECVD爐選取N2O，SiH4，NH3作為反應氣體，分別在多晶硅片正面沉積SiNx薄膜（樣品1）、SiNx/ SiO2疊層薄膜（樣品2）以及SiNx/SiOxNy/SiO2疊層薄膜（樣品3），測試不同樣品膜厚折射率數據、QE表現以及電性能數據，選取最優工藝作為現場推廣工藝，最終數據表明：SiNx/ SiOxNy/SiO2疊層薄膜效率提升最大，與理論相符；本研究產線兼容性好，實用性強。

1.試驗設計

1.1 試驗原料

本文原料硅片采用松宮電子材料有限公司生產的p型多晶硅片，尺寸為156mm×156mm，厚度為180μm，電阻率為1Ω·cm～3Ω·cm，試驗所用原料硅片均切割于同一鑄錠硅。每組樣品800片，按照SE+PERC工藝路線固定機臺專人跟蹤下傳，收集相應數據。

1.2 試驗儀器

本文膜厚和折射率用上海系科光電科技有限公司光譜橢偏儀COSE測試，反射率用上海系科光電科技有限公司光譜反射儀REF300測試，量子效應用美國PV Measurements的QEX10測試，電性能參數采用德國Halm高精度檢測系統測試。

1.3 原理簡介

PECVD方式沉積SiO2薄膜，是利用SiH4/N2O的混合氣體生成，盡管在沉積的薄膜中含有少量的H和N。薄膜成分比值接近SiO2化學計量比[5]。

SiH4（g）+2N2OSiO2（s）+2N2（g）+2H2（g）

PECVD方式沉積SixNy薄膜，利用SiH4/NH3的混合氣體生成[5]。

SiH4（g）+NH3（g）SixNyHz（s）+H2（g）

我們用N2O作為氧源代替O2，利用SiH4/N2O/NH3的混合氣體，用PECVD方式沉積SiON薄膜[6]，各種薄膜優劣勢見表1所示。

表1 各種薄膜優劣勢對比

2.結果與討論

2.1 膜厚/折射率/反射率數據

三種樣品膜層結構設計分別如圖1所示，表2中測試的膜厚折射率數據為疊膜數據。

圖1 不同樣品膜層結構

每組抽測10片，每片測試5個點（硅片四個角及中心位置），5點平均值為單片平均值，10片平均值為單組值，樣品膜厚、折射率以及反射率數據如表2所示。通過控制氣體流量以及反應時間等參數，制備樣品的膜厚均為85nm，樣品2與樣品3相比樣品1，由于薄膜中存在氧，導致其折射率降低[5]，反射率降低。相同膜厚的情況下，樣品3折射率以及反射率最低。

表2 膜厚/折射率/反射率數據對比

2.2 QE數據

測試不同條件下量子效應結果如圖2所示，樣品2以及樣品3疊膜相比樣品1表現出優秀的短波響應，我們分析認為兩方面原因造成該結果，一方面是由于氧化硅/氮氧化硅薄膜透光性較好，較好的減反射效果增加了光吸收，另一方面氧化硅/氮氧化硅/氮化硅復合薄膜擁有較好的鈍化效果，可以降低表面態，使發射極附近的表面復合和結區復合更少，提高了短波段的量子效率[7]。

圖2 量子效應對比

2.3 電學性能數據

跟蹤下傳樣品電性數據如表3所示，樣品3較樣品1效率高0.1%，開路電壓高0.0018V，短路電流高0.045A，樣品3較樣品1電學性能主要表現在短路電流的提升明顯，樣品3電池轉換效率的提升主要依靠反射率的降低帶來的光吸收的增加，以及表面態密度的降低帶來的鈍化效果的增加。

表3 電學性能數據對比

3.結論

利用管式PECVD，以SiH4、NH3、N2O不同的反應氣體組合制備復合薄膜，在多晶硅片正面從里到外依次沉積SiNx/SiOxNy/SiO2疊層薄膜，作為正表面減反射鈍化介質層，較常規SiNx薄膜相比，轉換效率提升0.1%，主要表現為短路電流提升明顯，提升0.045A。該薄膜制備技術與產線兼容性較好，可應用制備多晶硅太陽能電池制造領域。