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1、第25卷第3期太阳能学报Vol125,No132004年6月ACTAENERGIAESOLARISSINICAJuly,2004文章编号:025420096(2004)0320341204PECVD淀积氮化硅薄膜性质研究王晓泉,汪雷,席珍强,徐进,崔灿,杨德仁(浙江大学硅材料国家重点实验室,杭州310027)摘要:使用等离子体增强化学气相沉积(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition,PECVD)在P型硅片上沉积了氮化硅(SiNx)薄膜,使用薄膜测试仪观察了薄膜的厚度、折射率和反射光谱,利用扫描电子显微镜(
2、SEM),原子力显微镜(AFM)观察了截面和表面形貌,使用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)和能谱仪(EDX)分析了薄膜的化学结构和成分。最后,考察了薄膜在经过快速热处理过程后的热稳定性,并利用霍尔参数测试仪(Hall)比较了薄膜沉积前后载流子迁移率的变化。关键词:太阳电池;PECVD;氮化硅+中图分类号:TK51114文献标识码:A化学气相淀积法(APCVD)或者在750℃左右用低0引言压化学气相淀积法(LPCVD)制得,但现在工业上由于有着良好的绝缘性,致密性,稳定性和对和实验室一般使用等离子体增强化学气相沉积杂质离子的掩蔽能力,氮化硅薄
3、膜作为一种高效器(PECVD)来生成氮化硅薄膜,这是因为这种方法件表面的钝化层已被广泛应用在半导体工艺中。人淀积温度低,对多晶硅中少子寿命影响较小,而且们同时发现,在多晶硅太阳电池表面生长高质量氮生产时能耗较低;淀积速度较快,生产能力高;工化硅薄膜不仅可以十分显著地提高多晶硅太阳电池艺重复性好,淀积薄膜均匀;薄膜缺陷密度较[7]的转换效率,而且还可以降低生产成本。这是因为低。作为一种减反射膜,氮化硅不仅有着极好的光学性在本文中我们用PECVD方法成功生长了质量能(λ=63218nm时折射率在118～215之间,而最较好的氮化硅薄膜,并用多种
4、仪器测试了薄膜的物理想的封装太阳电池减反射膜折射率在211～2125理和化学性质。之间)和化学性能,还能对质量较差的硅片起到表1实验面和体内钝化作用,提高电池的短路电流。因此,采用氮化硅薄膜作为晶体硅太阳电池的减反射膜已实验采用2cm×2cm的单面抛光的P型<100[1～3]>Cz硅片,生长设备为沈阳科仪中心产PECVD400经成为光伏界的研究热点。1996年,Kyocera公司通过生长氮化硅薄膜作为太阳电池的减反射膜型真空薄膜生长系统。实验前使用乙醇和丙酮超声和钝化膜在15cm×15cm的多晶硅太阳电池上达到清洗样品15min以去除油污,
5、然后用1号液(H2O:[4]H了1711%的转换效率;A1HuKbner等人利用氮2O2:NH3·H2O=1:1:5)和2号液(H2O:H2O2:化硅钝化双面太阳电池的背表面使电池效率超过了HCl=1:1:5)清洗,最后再使用5%稀氢氟酸[5]20%。IMEC采用PECVD沉积氮化硅薄膜工艺(HF)漂洗5min以去除氧化层,去离子水洗净烘干已经在标准的10cm×10cm的多晶硅材料上达到了后放入反应室。反应气体为以氮气稀释至10%的[6]15143%的能量转换率。硅烷和高纯氨气,气体流量为硅烷30sccm,氨气氮化硅薄膜的制备方法很多:直接
6、氮化法,溅60sccm。实验参数为:工作气压20Pa,射频频率射法,热分解法,也可以在700～1000℃下由常压13156MHz,淀积时间10min。其它参数见表1。收稿日期:2002211221基金项目:国家自然科学基金项目(59976035);国家自然科学基金重大项目(50032010)342太阳能学报25卷表1PECVD淀积氮化硅薄膜参数n=n0nsi=114×319≈2135Table1ThegrowthparametersofSiNxthin但是随着折射率的升高,减反射膜的消光系数也将filmbyPECVD升高,但这些光不能增加电
7、池电流,所以折射率太样品衬底温射频功率密薄膜厚折射-2高了不好,但是折射率如果太低会导致反射率升编号度/℃度/W·cm度/nm率/%高,所以较优的减反射膜折射率应该控制在212左1#4000111822113[8]2#3000111882114右。由此可见,本实验所生长的82nm厚的氮化3#30001454142125硅薄膜具有较好的光学性质。212氮化硅薄膜的形貌与成分样品生长完毕后进行了测试,使用Filmetric图2是使用原子力显微镜(AFM)观察到的1#薄膜测试仪测试薄膜的厚度,折射率和反射光谱;样品表面形貌图,由图可看出,在10万
8、倍的分辨使用SEM和AFM观察薄膜截面和表面形貌;使率下,薄膜表面仍无明显起伏,AFM的测试结果用EDX和FTIR观察薄膜的成分和化学性质;使显示薄膜的粗糙度约为3nm。这说明在
