高温退火对掺磷氮化硅钝化性能影响的分析

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1、高温退火对掺磷氮化硅钝化性能影响的分析王洪喆,陈朝（厦门大学能源研究院，福建厦门361005）摘要：本文研究了高温退火（300~700℃）对掺磷氮化硅在p型硅上面的钝化性能的影响。实验结果显示，高温退火后，掺磷氮化硅钝化的p型硅样品的有效少子寿命发生了严重衰减现象。这表明高温退火削弱了掺磷氮化硅对p型硅的钝化性能。K中心的讨论和高频电压-电容曲线的分析的结果表明，高温区掺磷氮化硅对p型硅的钝化性能减弱的主要是由正的固定电荷数量增多引起的。关键词：掺磷氮化硅;退火;钝化中图分类号：O647.9；O469晶硅的表面钝化是保证晶硅太阳电池高效率的必要

2、工艺，通常的钝化方法为在晶硅表面生长一层介质薄膜，如：氮化硅、二氧化硅、氧化铝等[1-3]。目前，工业界生产的太阳电池主要是p型晶硅电池，即以p型晶体硅为基底在其上扩散磷元素形成n型层，进而制备出晶硅太阳电池。通常，p型晶硅电池的钝化薄膜生长在太阳电池的n型硅表面，所选用的钝化薄膜主要为等离子体增强化学气相沉积（plasmaenhancedchemicalvapordeposition,PECVD）技术沉积的无掺杂的氮化硅[4]。这种传统的氮化硅能够对n型硅表面进行良好的钝化，是因为这种薄膜中含有大量的氢和正的固定电荷，对n型硅的表面不仅可以通

3、过氢来实现良好的化学钝化（氢与硅的悬挂键结合，使硅悬挂键失去化学活性），还可以通过正的固定电荷形成的电场来实现有效的场效应钝化（正的固定电荷形成的电场排斥n型硅表面的空穴，使n型硅表面的少数载流子（空穴）数量减少，进而减小少数载流子在n型硅表面与表面复合中心发生复合的概率，进而减小光生载流子的复合损失）[5]。但这种带正的固定电荷的传统氮化硅却不适宜钝化晶硅太阳电池的背表面（p型硅表面），因为正的固定电荷所形成的电场会使p型硅表面形成反型层，在太阳电池工作时，太阳电池中会形成与光生电流方向相反的寄生电流，进而减小电池的光电转换效率[6]。因此，

4、对于太阳电池表面钝化薄膜的选择，不仅要考虑其化学钝化效果，还要考虑其所带的固定电荷电负性，使钝化对象的导电类型与钝化薄膜中的电荷正负性相匹配，例如：对于p型硅表面，最好选择薄膜中带负的固定电荷的介质膜。最近，我们发现了一种能够为晶硅太阳电池的背表面（p型硅表面）提供良好的场效应钝化的PECVD方法生长的带负的固定电荷的掺磷氮化硅（phosphorus-dopedsiliconnitride,P-dopedSiNx）[7]，负的固定电荷密度达到了1011~1012cm-2量级。这种氮化硅的生长工艺完全与目前太阳电池工业的生产工艺兼容，且不会引入附

5、加成本。另外还发现，这种掺磷氮化硅的钝化特性会在低温退火（150℃

6、14~1.1×1015cm-3），直径为100mm，厚度为（500±25）μm。沉积掺磷氮化硅所使用的反应气体主要为硅烷和磷烷（体积比为94:6）的混合气体、氨气和氩气。本实验中采用北京创维科纳制造的型号为KYKY(4200B)的平板式PECVD设备来沉积掺磷氮化硅，其射频源频率为13.56MHz。1.2掺磷氮化硅生长及高温退火实验首先，用激光切割机将大的圆形单晶硅片切割成尺寸为2.5×2.5cm2的方形样品待用。然后用标准的RCA清洗液[9]和氢氟酸溶液对方形样品进行清洗，去除硅片表面的污染物和二氧化硅层。最后利用PECVD设备对清洗后的方形

7、硅片的抛光面沉积掺磷氮化硅薄膜。薄膜沉积程中的参数设定为：沉积温度、反应室的压力和等离子体起辉功率分别设为350℃、30Pa和100W；氩气流速、氨气流速和硅烷与磷烷的混合气体的流速分别设为60mL/min，20mL/min和10mL/min，即硅烷和磷烷的混合气与氨气的流量比为0.5；沉积时间为8min。随后，对沉积有掺磷氮化硅的硅片样品进行了退火实验。为了直观反映高温退火（300~700℃）后氮化硅钝化特性的变化，退火实验所选用的退火温度仍选为150~700℃。退火顺序依然按照从150℃到700℃的顺序进行，在150~700℃之间选10个退

8、火实验温度点，每个实验温度点，样品的退火时间为5min[8]。由于退火实验的目的是检测退火对掺磷氮化硅钝化特性的影响，因此，在沉积掺磷氮化硅后及每个温