1、.1晶硅太陽能電池加工工藝 晶硅電池生產工藝流程晶硅電池生產工藝流程硅片檢測硅片檢測磷擴散磷擴散PECVD絲網印刷絲網印刷燒結燒結13567清洗制絨清洗制絨2洗磷刻蝕洗磷刻蝕4檢測分選檢測分選8.2目錄工藝原理工藝原理1設備介紹設備介紹2工藝控制工藝控制3過程檢驗過程檢驗4.3PECVD工藝1 PECVD相關定義相關定義2 PECVD減反射膜的作用減反射膜的作用3 PECVD原理原理4 減反射膜的種類及特點減反射膜的種類及特點工藝原理工藝原理12.4PECVD工藝 PECVD -等離子增強的化學氣相沉積 Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 等離子

2、體-氣體在一定條件下受到高能激發，發生電離，部分外層電子脫離原子核，形成電子、正離子和中性粒子混合組成的一種形態，這種形態就稱為等離子態。PECVD相關定義相關定義3 1.5 近代科學研究的結果表明，物質除了具有固態、液態和氣態的這三種早為人們熟悉形態之外，在一定的條件下，還可能具有更高能量的第四種形態等離子體狀態。普通氣體由電中性的分子或原子組成，而等離子體則是帶電粒子和中性粒子的集合體。等離子體和普通氣體在性質上更是存在本質的區別，首先，等離子體是一種導電流體，但是又能在與氣體體積相比擬的宏觀尺度內維持電中性；其次，氣體分子間不存在凈電磁力，而等離子體中的帶電粒子之間存在庫侖力；再者，作為

3、一個帶電粒子體系，等離子體的運動行為會受到電磁場的影響和支配。因此，等離子體是完全不同于普通氣體的一種新的物質聚集態。PECVD工藝工藝.6PECVD工藝n 為什么要做減反射膜為什么要做減反射膜 硅片經擴散到腐蝕周邊工序后，已具備光電轉換能力。但是，由于光在硅硅片經擴散到腐蝕周邊工序后，已具備光電轉換能力。但是，由于光在硅表面的反射使光損失約表面的反射使光損失約1/3，即使經絨面處理的硅表面，損失仍約為，即使經絨面處理的硅表面，損失仍約為11%。為減少反射損失，根據薄膜干涉原理，在電池表面制作一層減反射膜，使為減少反射損失，根據薄膜干涉原理，在電池表面制作一層減反射膜，使電池短路電流和輸出增加

4、。電池短路電流和輸出增加。PECVD減反射膜的作用減反射膜的作用3 2.7PECVD工藝.8PECVD工藝n SiN膜的作用膜的作用 減反射作用減反射作用 照射到硅片上的光有相當一部分會被反射掉。如果在硅表面制備一照射到硅片上的光有相當一部分會被反射掉。如果在硅表面制備一層或多層薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，這層或多層薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，這種膜稱為太陽電池的減反射膜種膜稱為太陽電池的減反射膜ARC(antireflection coating)。制備減反。制備減反射膜后，電池的短路電流會有很大增加，轉換效率相應也有很大提射膜后，電池的短路電流會有很

5、大增加，轉換效率相應也有很大提高。高。.9PECVD工藝 鈍化作用 PECVD沉積SiN膜時，反應產生的氣體中含氫，因此沉積的薄膜中有較高的氫含量，氫會從SiN薄膜中釋放，擴散到界面和硅中，最終與懸掛鍵結合，起到鈍化作用。 PECVD沉積SiN薄膜會有一定程度的表面損傷，形成較多空位。空位能增強氫的擴散，和氫形成氫空位對V、H。使氫更容易與缺陷及晶界處的懸掛鍵結合，從而減小界面態密度和復合中心。 對于多晶硅和其它低質量的硅片（如硅帶），因為體內具有大量的空位、缺陷和晶界等，沉積SiN膜后能獲得很好的表面和體內鈍化效果。因此，SiN膜在低質量硅片制作的電池上的鈍化效果更為明顯。.10PECVD工

6、藝鈍化太陽電池的體內鈍化太陽電池的體內在在SiN減反射膜中存在減反射膜中存在大量的大量的H，在燒結過，在燒結過程中會鈍化晶體內部程中會鈍化晶體內部懸掛鍵。懸掛鍵。.11PECVD工藝PECVD的原理的原理3 3 硅基光伏電池有不同的光譜響應靈敏度，能夠產生光伏效應的太陽輻射波長范圍一般在0.4-1.2um左右，從圖中可以看出硅基光伏電池光譜響應最大靈敏度在0.8-0.95um之間。硅基光伏電池的相對光譜響應曲線硅基光伏電池的相對光譜響應曲線.12PECVD工藝一次反射R1 SiN N-Sin0n1ns二次反射R2通過調整薄膜厚度及折射率，使得兩次反射產生相消干涉，反射光相位相差180度即光程差

7、為1/2波長。薄膜的厚度應該是1/4波長的光程，即光程差n1d1=/4。d1空氣或玻璃 n0=1 or 1.5；硅 n2=3.87；SiN減反膜的最佳折射率n1為 1.9或2.3；.13 一般說來,采用PECVD 技術制備薄膜材料時，薄膜的生長主要包含以下三個基本過程：l （一）在非平衡等離子體中，電子與反應氣體發生初級反應，使得反應氣體發生分解，形成離子和活性基團的混合物；l （二）各種活性基團向薄膜生長表面和管壁擴散輸運，同時發生各反應物之間的次級反應；l （三）到達生長表面的各種初級反應和次級反應產物被吸附并與表面發生反應，同時伴隨有氣相分子物的再放出。PECVD工藝工藝.14| （一）

8、（一） 在輝光放電條件下，由于硅烷等離子體中的電子具有幾個ev 以上的能量，因此H2和SiH4受電子的碰撞會發生分解，此類反應屬于初級反應。若不考慮分解時的中間激發態，可以得到如下一些生成SiHm（m=0,1,2,3）與原子H 的離解反應：PECVD工藝工藝.15 按照基態分子的標準生產熱計算，上述各離解過程(2.1)(2.5)所需的能量依次為2.1、4.1、4.4、5.9eV 和4.5eV。e+SiH4SiH2+H2+e (2.1)e+SiH4SiH3+H+e (2.2)e+SiH4Si+2H2+e (2.3)e+SiH4SiH+H2+H+e (2.4)e+H22H+e (2.5)PECVD

9、工藝工藝.16 等離子體內的高能量電子還能夠發生如下的電離反應： e+SiH4SiH2+H2+2e (2.6) e+SiH4SiH3+ H+2e (2.7) e+SiH4Si+2H2+2e (2.8) e+SiH4SiH+H2+H+2e (2.9) 以上各電離反應(2.6)(2.9)需要的能量分別為11.9，12.3，13.6和15.3eV，由于反應能量的差異，因此(2.1)(2.9)各反應發生的幾率是極不均勻的。PECVD工藝工藝.17 此外，隨反應過程(2.1)(2.5)生成的SiHm也會發生下列的次級反應而電離，例如SiH+eSiH+2e (2.10)SiH2+eSiH2+2e (2.1

10、1)SiH3+eSiH3+2e (2.12)PECVD工藝工藝.18 上述反應如果借助于單電子過程進行，大約需要12eV 以上的能量。鑒于通常制備硅基薄膜的氣壓條件下（10100Pa）,電子密度約為1010cm-3的弱電離等離子體中10eV 以上的高能電子數目較少,累積電離的幾率一般也比激發幾率小，因此硅烷等離子體中，上述離化物的比例很小，SiHm的中性基團占支配地位，因為所需能量不同，SiHm的濃度按照SiH3,SiH2,Si,SiH 的順序遞減。PECVD工藝工藝.19| （二） 除上述的離解反應和電離反應之外，離子分子之間的次級反應也很重要： SiH2+SiH4SiH3+SiH3 (2.

11、13) 因此，就離子濃度而言，SiH3+比SiH2+多。它可以說明在通常的SiH4 等離子體中SiH3+離子比SiH2+離子多的原因。 此外，還會發生由等離子體中氫原子奪取SiH4中氫的分子-原子碰撞反應： H+ SiH4SiH3+H2 (2.14) 這是一個放熱反應，也是形成乙硅烷Si2H6的前驅反應。當然上述基團不僅僅處于基態，在等離子體中還會被激勵到激發態。對硅烷等離子體的發射光譜研究的結果表明，存在有 Si, SiH, H 等的光學允許躍遷激發態11,也存在SiH2,SiH3的振動激發態。PECVD工藝工藝.20|（三） 硅烷等離子體中的離化基團只是在低氣壓（400勒克斯，采用肉眼目勒

12、克斯，采用肉眼目測測整個硅片表面呈深藍色，顏色均勻，無整個硅片表面呈深藍色，顏色均勻，無明顯花斑、白邊與深度色差，即判明顯花斑、白邊與深度色差，即判定合格定合格SiN膜厚檢測膜厚檢測激光橢偏儀進行膜厚測量激光橢偏儀進行膜厚測量SiN膜厚在膜厚在70-90nm，即判定合格，即判定合格折射率折射率激光橢偏儀進行折射率測量激光橢偏儀進行折射率測量折射率在折射率在2.02.2，即判定合格，即判定合格反射率反射率積分反射儀進行反射率測量積分反射儀進行反射率測量反射率反射率6%，即判定合格，即判定合格.86PECVD工藝氮化硅顏色與厚度的對照表氮化硅顏色與厚度的對照表顏色顏色厚度（厚度（nm）顏色顏色厚度（厚度（nm）顏顏 色色厚度（厚度（nm）硅本色硅本色0-20很淡藍色很淡藍色100-110藍藍 色色210-230褐褐 色色20-40硅本色硅本色110-120藍綠色藍綠色230-250黃褐色黃褐色40-50淡黃色淡黃色120-