等离子体增强化学气相沉积工艺制备SiON膜及对硅的钝化-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．12(2014)128102等离子体增强化学气相沉积工艺制备SioN膜及对硅的钝化术何素明1)2)戴珊珊3)罗向东2)3)张波2)王金斌)=}1)(湘潭大学材料与光电物理学院，低维材料与应用技术教育部重点实验室，湘潭411105)2)(中国科学院上海技术物理研究所，红外物理国家重点实验室，上海200083)3)(南通大学，江苏省专用集成电路设计重点实验室，南通226019)(2013年12月29日收到；2014年3月5日收到修改稿)研究了等离子体增强化学气相沉积工艺条件对氮氧化硅膜的生长厚度及折射率的

2、影响以及氮氧化硅／氮化硅叠层膜对P型硅片的钝化效果．实验结果表明，NH3的流量和N2O／Sil4流量比对氮氧化硅膜的影响较大，薄膜折射率能从1．48变化到2．1，厚度从30～60am不等．腔内压力和射频功率主要影响膜厚，压力越大，功率越大，沉积速率加快，生成的膜越厚．温度对膜厚和折射率的影响可以忽略．钝化效果显示、在有无NH3下，N2O／Sil4流量比分别为20和30时，退火后氮氧化硅／氮化硅叠层膜对P型硅的钝化效果最好，其潜在电压和少子寿命分别为652mV，56．7和649mV，50．8，均优于参照组氮化硅膜样品的钝化效果．关键词：氮氧化硅，等离子体增

3、强化学气相沉积，背面钝化，晶硅太阳能电池PACS：81．15．Gh，88．40．jj，68．60．一PDOI：10．7498／aps．63．128102实验室中另一种高效电池设计结构是n+／p型，这1引言种电池结构通常引入背面电介质膜来降低电池的背面复合速率及增强背面反射率以保证或进一步晶体硅太阳能电池背面钝化和背面反射增强提高电池效率．介质膜是通过钝化硅表面的悬挂是改善其性能的重要手段．当前，商业化的晶体硅键降低表面的复合速率及改变介质膜的折射率来太阳能电池广泛采用n+／p／p+结构，其背场设计增强背面反射的．另外，银和氧化锌等纳米结构也多采用铝背场(

4、A1-BSF)．这种电池工艺简单，成本被用来增强太阳能电池的吸收和效率【0，，但还未低廉，但其效率普遍只有16．5％一17．5％．这是因为见工业化应用．目前常用的钝化介质膜有二氧化材料中少子扩散长度短，并且背面少数载流子的复硅(SiO2)、氮化硅(SiN。)和氧化铝(A1203)等．热合损失大．Glunz等【1】报道的铝背场电池背面复合生长Si02是最早用于背面钝化的材料．澳大利亚速度大于750cm／s．另一种p+背场设计是使用硼新南威尔士大学fUNSW)的Zhao等[】报道钝化发背场fB—BSF)．Riege等【2]报道A1一BSF的背面复合射和背部局

5、域扩散(PERL)电池用热氧化SiO2膜速率在260—700cm／s范围内，B—BSF的背面复合钝化后，电池效率达到了24．7％．Aberle[6J提到热速率在80—200cm／s．但是为了降低成本，目前的生长SiO2钝化高阻硅片后其复合速率<10cm／s．趋势是硅片的厚度越做越薄，传统的全铝背场工艺但是SiO2对低阻P型硅片钝化效果不理想，紫外的钝化效果和背面光陷结构不再具有优势．为此稳定性差[7】．并且热生长过程需要长时间的高温国家重点基础研究发展计划(批准号：2011CB925604，2011CB922004)和中国博士后科学基金(批准号：2011

6、0490075)资助的课题．t通讯作者．E—mail：bozhang~mail．sitp．ac．cn}通讯作者．E-maihjbwang@xtu．edu．CI1@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．hy．ac．cn128102—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．12(2014)128102条件，这会降低太阳能级硅材料的少子扩散长度，因其化学活性很强，很容易发生反应，并在衬底尤其对于多晶材料衰减会更严重[8]．因此低温方上沉积出薄膜．由于利用了等离子体的活性来促式生长介质膜就受到

7、了广泛关注[9-11】．Homann进反应，能使化学反应在较低的温度下进行．实等【12】采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)验中采用Centrotherm直接式高频PECVD来制备在低于400。C的温度下生长的非晶硅(a—Si：H)能Si0N薄膜．薄膜生长过程中，气体反应物的种类有效钝化电池背面，转化效率达到了21．7％．但是及流量大小、腔内压力、沉积温度以及射频功率都薄膜在经过450。C金属化处理后，表面钝化会衰会影响薄膜性质，因此我们首先系统地研究了不减，电池效率急剧降低．Meemnongkolkiat等【0J报同工艺参数对沉积的SiON薄膜厚

8、度及折射率的道采用spin-on方式低温旋涂Si02钝化膜，但是影响，薄膜厚度和