一 引言
为了降低晶体硅太阳电池的效率,通常需要减少太阳电池正表面的反射,还需要对晶体硅表面进行钝化处理,以降低表面缺陷对于少数载流子的复合作用。
硅的折射率为3.8,如果直接将光滑的硅表面放置在折射率为1.0的空气中,其对光的反射率可达到30%左右。人们使用表面的织构化降低了一部分反射,但是还是很难将反射率降得很低,尤其是对多晶硅,使用各向同性的酸腐蚀液,如果腐蚀过深,会影响到PN结的漏电流,因此其对表面反射降低的效果不明显。因此,考虑在硅表面与空气之间插一层折射率适中的透光介质膜,以降低表面的反射,在工业化应用中,SiNx膜被选择作为硅表面的减反射膜,SiNx膜的折射率随着x值的不同,可以从1.9变到2.3左右,这样比较适合于在3.8的硅和1.0的空气中进行可见光的减反射设计,是一种较为优良的减反射膜。
另一方面,硅表面有很多悬挂键,对于N 型发射区的非平衡载流子具有很强的吸引力,使得少数载流子发生复合作用,从而减少电流。因此需要使用一些原子或分子将这些表面的悬挂键饱和。实验发现,含氢的SiNx膜对于硅表面具有很强的钝化作用,减少了表面不饱和的悬挂键,减少了表面能级。
综合来看,SiNx膜被制备在硅的表面起到两个最用,其一是减少表面对可见光的反射;其二,表面钝化作用。
二 PECVD技术的分类
用来制备SiNx膜的方法有很多种,包括:化学气相沉积法(CVD法)、等离子增强化学气相沉积(PECVD法)、低压化学气相沉积法(LPCVD法)。在目前产业上常用的是PECVD法。
PECVD法按沉积腔室等离子源与样品的关系上可以分成两种类型:
如果按照PECVD系统所使用的频率范围,又可将其分成以下几类:
■ 0 Hz:直流间接法——OTB公司
■ 40 KHz:Centrotherm公司管式直接法PECVD和Applied Material公司的磁控溅射系统
■ 250 kHz:岛津公司的板式直接法系统
■ 440 kHz:Semco公司的板式直接法
■ 460 kHz:Centrotherm公司管式直接法
■ 13.6 MHz:Semco公司和MVSystem公司的板式直接法系统
■ 2450 MHz:Roth&Rau公司的板式间接法系统。
三 各种方法的优缺点比较
各种方法都有其有缺点:从大的方面讲,直接PECVD法对样品表面有损伤,会增加表面少子的复合,但是也正是由于其对表面的轰击作用,可以去除表面的一些自然氧化层,使得表面的杂质原子得到抑制,另外直接法可以使得氢原子或氢离子更深入地进入到多晶硅晶界中,使得晶界钝化更充分。
使用不同频率的PECVD系统,也各有一定的优缺点:
(1)频率越高均匀面积越小,越难于达到大面积均匀性。
(2)频率越低对硅片表面的损伤越严重。
(3)频率越低离子进入硅片越深,越有利于多晶硅晶界的钝化。