冯鑫-晶体硅电池的氧化硅-氮化硅双层薄膜特性研究

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1、晶体硅太阳电池的氧化硅-氮化硅双层膜钝化特性研究冯鑫随着太阳电池采用的硅片厚度越来越薄，硅片的比表面积也越来越大，对硅片表面的钝化效果的要求也越来越高，为了降低硅片表面的复合损失，有两种主要的钝化方法：化学钝化：如用H原子饱和表面的悬挂键、在表面生长一层SiO2的方法降低表面缺陷密度场效应钝化（field-effectpassivation）：通过钝化膜内的固定电荷在硅片表面形成内建电场，降低表面的电子或空穴的浓度，从而降低载流子复合速率采用SiO2/SiN叠层膜可以有效综合这两种钝化方法一、SiO2/SiN叠层膜钝化效果好的原因由于SiN膜具有很高的正电荷密度

2、，场效应钝化效果较好，且内含丰富的H原子，但其沉积在硅片表面后，界面缺陷密度较高SiO2膜的场效应钝化效果不如SiN，但是生长完SiO2的硅片表面缺陷密度较低所以采用SiO2/SiN叠层膜结构可以有效综合两种膜的优点得到较好的钝化效果！SiN膜的优缺点优点一：场效应钝化效果好。左图为SiN/Si界面示意图，(氮化硅膜内的固定正电荷主要来自反应过程中生成的悬挂键，如N3≡Si•，Si3≡Si•，Si2N≡Si•等)SiN膜中的固定正电荷可与硅片内的载流子相互作用形成场效应钝化，（固定正电荷可排斥空穴，从而在界面处形成内建电场，最终将电子和空穴分离）优点二:SiN膜

3、含有大量氢原子，可在在烧结过程中释放至硅片内饱和悬挂键，从而降低表面复合速率，提高载流子寿命。缺点：相对于SiO2其与硅片的界面态密度较大。SiO2膜的优缺点优点：SiO2/Si界面的界面缺陷密度较低。SiO2在硅片表面的生长模型如左图所示，氧气在硅片表面发生反应生成SiO2由于在硅片表面处晶格不连续通过在硅片表面热生长一层SiO2,可以有效饱和硅片表面的Si3≡Si•键，从而降低硅片表面的表面缺陷密度（见下图Qit）缺点：场效应钝化效果不如SiN左图为SiO2/Si界面示意图（固定正电荷主要来自悬挂键，诸如O3≡Si•），由于SiO2中固定正电荷的密度低于Si

4、N,场效应钝化效果相对较弱。所以采用SiO2/SiN叠层膜既可以利用SiO2降低界面态密度，又可以利用SiN中的正电荷形成良好的场效应钝化(SiN中的固定正电荷密度大于SiO2)，同时利用SiN中的氢钝化硅片表面，是一种优良的钝化膜。二、实验论证通过在扩散炉中用湿氧在900度左右高温下热生长了一系列厚度在20nm左右的SiO2膜，在SiO2膜表面再PECVD沉积SiN（65nm）,各步骤的少子寿命比较如下图所示：从图中可以看到通过SiO2/SiN叠层膜的沉积硅片的少子寿命得到较大幅度的提升谢谢