二氧化硅薄膜及其钝化
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，300℃退火 660s，表面复合速度从6923cm/s降低至2830cm/s。
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图1 液相沉积SiO2薄膜的扫描电镜照片。（a）沉积态薄 膜表面；（b）沉积态薄膜界面；（c） 退火态薄膜表面。
结果与讨论-薄膜的成分结构
1 5
图2为液相沉积SiO2薄膜的光电子能谱谱图，可以看到液 相沉积生长的薄膜中主要含有Si、O、F和C元素，其中C元素 为校正元素。
结果与讨论-薄膜的成分结构
1 1
实验过程-实验仪器
• WT-2000型µ -PCD仪原理：使用波长为904nm的激光激发硅片产生电 子-空穴对，导致样品电导率的增加，当撤去外界光注入时，电导率 随时间指数衰减，这一趋势间接反映了少数载流子数量的衰减趋势。 通过微波（频率为10.225GHz）探测硅片电导率随时间的变化就可以 得到少数载流子的寿命。
9
％～40％，然后加入高纯硅酸（H4SiO4)粉末(>99.99％)至溶液饱和
，判断溶液饱和的标志是往里加入过氧化氢时，溶液会显示橙黄色。 将上述溶液磁力搅拌20min，溶液温度调节为40℃，把预处理好的
硅片放入溶液中进行液相沉积二氧化硅薄膜。
实验过程-实验仪器
利用场发射扫描电镜(JEOL JSM-7001F)对薄膜的微观 形貌进行观察。 采用德国BRUKER公司的Ver-tex 70V型傅立叶红外光 谱仪(FTIR)测定SiO2薄膜的官能团结构。 利用Thermo Scientific公司的ESCALab250型X射线光 电子能谱仪对薄膜成分进行分析，激发源为单色化Al Kα X射线，功率为150W，分析时的基础真空度约为 6.5×10-8Pa，结合能用烷基碳或污染碳的Cls峰 (284.8eV)校正。 少数载流子寿命由微波光电导衰减(µ-PCD)测试，利 用Semilab公司生产的WT-2000型µ-PCD仪对样品进行少子 寿命测量，测量时采用波长为904nm、脉冲宽度200ns的激 光激发光生载流子，每个脉冲产生的载流子数为 120×1011。
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图3
Si2p和Ols的高分辨光电子能谱
wenku.baidu.com
图3中，Si2p的峰位于103.6eV结合能处，从99eV（Si)到 103.6 eV(SiO2)之间没有其它的峰位出现， 说明Si元素是以 SiO2的形式存在于薄膜之中，并且峰形单一平滑，表明利用液相 沉积法能在Si基底上制备质量良好的SiO2薄膜；Ols的峰位于 533.04eV结合能处，并且峰的形状非常对称，说明形成的氧化物 薄膜具有非常高的化学纯度。
结果与讨论-薄膜的性能研究
1 8
图5 多晶硅制绒和液相沉积二氧化硅薄膜后的反射光谱
图5是多晶硅制绒和液相沉积二氧化硅薄膜后的反射光谱， 可以看到，在可见光波段，液相沉积二氧化硅薄膜后的硅片 的反射率大大降低。
结果与讨论-薄膜的性能研究
液相沉积二氧化硅的减反射效果可用加权平均反射率Ra 表示：
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1 0
实验过程-实验仪器
• 傅立叶红外光谱仪(FTIR)原理：用一定频率的红外线聚焦照射被分析 的试样，如果分子中某个基团的振动频率与照射红外线相同就会产生 共振，这个基团就吸收一定频率的红外线，把分子吸收的红外线的情 况用仪器记录下来，便能得到全面反映试样成份特征的光谱，从而推 测化合物的类型和结构。
1 2
目
录
1 3
1 2 3
引言 实验过程 结果与讨论
结果与讨论-薄膜的微观组织
1 4
沉积后薄膜的微观形貌如图1所示，可以看到液相沉积获 得的二氧化硅薄膜比较致密平整，均匀地覆盖在硅表面。 300℃温度下快速热退火5min后薄膜的表面形貌见图1(c)， 经过退火处理后二氧化硅薄膜表面变得更平整、更致密。
结果与讨论-薄膜的成分结构
17
图4中，1103，815，463cm-1等处的峰值分别代表Si-O-Si的非对称振动 吸收峰、对称振动吸收峰、摇摆振动吸收峰，而且如此强的振动吸收峰说 明所生成的SiO2网络排布规则，具有很好的化学稳定性。位于938cm-1处的 Si-F振动吸收峰来源于在薄膜生长过程溶液中的部分F离子以Si-F-Si的形式 停留在薄膜中。对于622、746、1270cm-1所对应的Si-Si、Si-C、Si-CH3均来 源于硅衬底。 另外值得注意的是3330～3750cm-1处并没有观察到OH振动吸收峰，说 明液相沉积生长的薄膜中不含水分子，薄膜生长有序，质量较好。
材料制备方法-功能薄膜
1
液相法沉积法制备的二氧化硅薄
膜及其钝化性能
报告人：王志刚 学号： 14722075 2014-10-21
目
录
2
1 2 3 4
引言 实验过程 结果与讨论 结论
引言
晶体硅太阳能电池目前是居主导地位的光伏器 件，在生产和应用总量中占首位，并将向效率更高 、成本更低的方向发展。 晶体硅材料表面的质量对太阳能电池的转化效 率起着至关重要的作用，这是因为晶硅材料的表面 缺陷密度很高，存在大量的悬挂键、杂质和断键等 ，成为载流子的复合中心，导致硅片表面的少子寿 命大大降低，因此需要对硅片进行表面钝化，以减 少载流子复合。一般而言，通过采用热氧化SiO2生 长工艺（≧900℃）可以对晶体硅表面进行有效钝 化，抑制载流子在表面的复合。
目
录
2 2
1 2 3 4
引言 实验过程 结果与讨论 结论
结论
2 3
a. 利用液相沉积方法成功在硅基底上制备了二氧化硅薄膜，薄膜致密平
整，均匀覆盖在硅片表面，成分中含有少量的F元素。
b. 液相沉积二氧化硅薄膜后，硅在300～1100nm波段范围内的反射率由 28.87％降低至10.88％。
c. 研究了退火温度和退火时间对液相沉积二氧化硅薄膜钝化性能的影响
3
引言
悬挂键：一般晶体因晶格在表面处突然终止，在表面的 最外层的每个原子将有一个未配对的电子，即有一个未 饱和的键，这个键称为悬挂键。
4
引言
少子寿命：太阳能电池光电流是光激发产生非平衡载流 子，并在pn结作用下流动产生的。载流子的复合会使光 电流减少，少子寿命越小光电流越小。同时少子寿命减
5
小，增加漏电流从而使开路电压减小。总之，少子寿命
6
目
录
7
1 2
引言 实验过程
实验过程
8
硅片表面预 处理 配置溶液
液相沉积二 氧化硅薄膜
实验过程
实验所用衬底面积为 125cm×125cm厚度为(20±10)µm、电阻率为 1～3Ω·cm的P型单晶硅片。 硅片表面预处理：将硅片在4％HF溶液中浸泡5min，然后去离子水 中浸泡1h，硅表面状态为Si-OH。 配置溶液：量取适量的分析纯氟硅酸（H4SiO4)溶液，其浓度为30
其中τ eff代表有效少子寿命，τ bulk代表体少子寿命，Seff 是表面少子复合速度，W 是硅片厚度。为了更直接反映二氧 化硅的表面钝化效果，我们将通过此公式把有效少子寿命换算 成表面复合速度进行表征。
结果与讨论-薄膜的性能研究
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图6
退火温度与时间对表面 符合速率的影响
退火温度与退火时间对液相沉 积SiO2薄膜钝化性能的影响见图6。 随退火温度的升高，表面复合 速度下降，薄膜钝化效果变好。 高于300℃，继续升高退火温 度反而使钝化特性变差。 退火温度为300℃时，随着退 火时间的增加，表面复合速度先下 降，至退火时间为300s时达到最低， 随后随着退火时间的增加，表面复 合速度又呈增加趋势。与未沉积薄 膜的硅片相比，表面复合速度由 6923cm/s降低至2830cm/s。
越小，电池效率越低。 由于非平衡少子起着很重要的作用，通常所说的非 平衡载流子是指非平衡少数载流子。
引言
• 但是硅片中体少子寿命对高温工艺的敏感性非常高，尤其是对于 多晶硅片，900℃以上的热氧化工艺通常可导致体少子寿命的明显衰 退。 • 等离子体增强化学气相沉积（PECVD)生长SiNx薄膜,具有低温、 低成本等优点，因此 SiNx钝化成为晶硅电池表面的主要钝化工艺， 但是SiNx/Si界面晶格失配严重，其钝化性能不如SiO2/Si。 • 液相沉积具有沉积温度低（30～50℃)、选择性生长、沉积速率 快、无需真空环境、设备简单、薄膜质量好等优点。
其中R(λ)为整体的反射率,N(λ)为标准太阳光谱AM1.5G、 1000W/cm2射光子通量。经过计算得到，300～1000nm波段范 围内,液相沉积二氧化硅薄膜后的加权平均反射率分别为10.88 ％，远低于酸制绒硅片的28.87％。
结果与讨论-薄膜的性能研究
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WT2000测试的少子寿命是硅片的有效少子寿命，衡量的 是体少子复合和表面少子复合速度的综合值。为了提取出表面 少子复合信息，可以通过如下公式进行计算：
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图1 液相沉积SiO2薄膜的扫描电镜照片。（a）沉积态薄 膜表面；（b）沉积态薄膜界面；（c） 退火态薄膜表面。
结果与讨论-薄膜的成分结构
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图2为液相沉积SiO2薄膜的光电子能谱谱图，可以看到液 相沉积生长的薄膜中主要含有Si、O、F和C元素，其中C元素 为校正元素。
结果与讨论-薄膜的成分结构
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实验过程-实验仪器
• WT-2000型µ -PCD仪原理：使用波长为904nm的激光激发硅片产生电 子-空穴对，导致样品电导率的增加，当撤去外界光注入时，电导率 随时间指数衰减，这一趋势间接反映了少数载流子数量的衰减趋势。 通过微波（频率为10.225GHz）探测硅片电导率随时间的变化就可以 得到少数载流子的寿命。
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％～40％，然后加入高纯硅酸（H4SiO4)粉末(>99.99％)至溶液饱和
，判断溶液饱和的标志是往里加入过氧化氢时，溶液会显示橙黄色。 将上述溶液磁力搅拌20min，溶液温度调节为40℃，把预处理好的
硅片放入溶液中进行液相沉积二氧化硅薄膜。
实验过程-实验仪器
利用场发射扫描电镜(JEOL JSM-7001F)对薄膜的微观 形貌进行观察。 采用德国BRUKER公司的Ver-tex 70V型傅立叶红外光 谱仪(FTIR)测定SiO2薄膜的官能团结构。 利用Thermo Scientific公司的ESCALab250型X射线光 电子能谱仪对薄膜成分进行分析，激发源为单色化Al Kα X射线，功率为150W，分析时的基础真空度约为 6.5×10-8Pa，结合能用烷基碳或污染碳的Cls峰 (284.8eV)校正。 少数载流子寿命由微波光电导衰减(µ-PCD)测试，利 用Semilab公司生产的WT-2000型µ-PCD仪对样品进行少子 寿命测量，测量时采用波长为904nm、脉冲宽度200ns的激 光激发光生载流子，每个脉冲产生的载流子数为 120×1011。
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图3
Si2p和Ols的高分辨光电子能谱
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图3中，Si2p的峰位于103.6eV结合能处，从99eV（Si)到 103.6 eV(SiO2)之间没有其它的峰位出现， 说明Si元素是以 SiO2的形式存在于薄膜之中，并且峰形单一平滑，表明利用液相 沉积法能在Si基底上制备质量良好的SiO2薄膜；Ols的峰位于 533.04eV结合能处，并且峰的形状非常对称，说明形成的氧化物 薄膜具有非常高的化学纯度。
结果与讨论-薄膜的性能研究
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图5 多晶硅制绒和液相沉积二氧化硅薄膜后的反射光谱
图5是多晶硅制绒和液相沉积二氧化硅薄膜后的反射光谱， 可以看到，在可见光波段，液相沉积二氧化硅薄膜后的硅片 的反射率大大降低。
结果与讨论-薄膜的性能研究
液相沉积二氧化硅的减反射效果可用加权平均反射率Ra 表示：
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实验过程-实验仪器
• 傅立叶红外光谱仪(FTIR)原理：用一定频率的红外线聚焦照射被分析 的试样，如果分子中某个基团的振动频率与照射红外线相同就会产生 共振，这个基团就吸收一定频率的红外线，把分子吸收的红外线的情 况用仪器记录下来，便能得到全面反映试样成份特征的光谱，从而推 测化合物的类型和结构。
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引言 实验过程 结果与讨论
结果与讨论-薄膜的微观组织
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沉积后薄膜的微观形貌如图1所示，可以看到液相沉积获 得的二氧化硅薄膜比较致密平整，均匀地覆盖在硅表面。 300℃温度下快速热退火5min后薄膜的表面形貌见图1(c)， 经过退火处理后二氧化硅薄膜表面变得更平整、更致密。
结果与讨论-薄膜的成分结构
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图4中，1103，815，463cm-1等处的峰值分别代表Si-O-Si的非对称振动 吸收峰、对称振动吸收峰、摇摆振动吸收峰，而且如此强的振动吸收峰说 明所生成的SiO2网络排布规则，具有很好的化学稳定性。位于938cm-1处的 Si-F振动吸收峰来源于在薄膜生长过程溶液中的部分F离子以Si-F-Si的形式 停留在薄膜中。对于622、746、1270cm-1所对应的Si-Si、Si-C、Si-CH3均来 源于硅衬底。 另外值得注意的是3330～3750cm-1处并没有观察到OH振动吸收峰，说 明液相沉积生长的薄膜中不含水分子，薄膜生长有序，质量较好。
材料制备方法-功能薄膜
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液相法沉积法制备的二氧化硅薄
膜及其钝化性能
报告人：王志刚 学号： 14722075 2014-10-21
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引言 实验过程 结果与讨论 结论
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晶体硅太阳能电池目前是居主导地位的光伏器 件，在生产和应用总量中占首位，并将向效率更高 、成本更低的方向发展。 晶体硅材料表面的质量对太阳能电池的转化效 率起着至关重要的作用，这是因为晶硅材料的表面 缺陷密度很高，存在大量的悬挂键、杂质和断键等 ，成为载流子的复合中心，导致硅片表面的少子寿 命大大降低，因此需要对硅片进行表面钝化，以减 少载流子复合。一般而言，通过采用热氧化SiO2生 长工艺（≧900℃）可以对晶体硅表面进行有效钝 化，抑制载流子在表面的复合。
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引言 实验过程 结果与讨论 结论
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a. 利用液相沉积方法成功在硅基底上制备了二氧化硅薄膜，薄膜致密平
整，均匀覆盖在硅片表面，成分中含有少量的F元素。
b. 液相沉积二氧化硅薄膜后，硅在300～1100nm波段范围内的反射率由 28.87％降低至10.88％。
c. 研究了退火温度和退火时间对液相沉积二氧化硅薄膜钝化性能的影响
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悬挂键：一般晶体因晶格在表面处突然终止，在表面的 最外层的每个原子将有一个未配对的电子，即有一个未 饱和的键，这个键称为悬挂键。
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引言
少子寿命：太阳能电池光电流是光激发产生非平衡载流 子，并在pn结作用下流动产生的。载流子的复合会使光 电流减少，少子寿命越小光电流越小。同时少子寿命减
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小，增加漏电流从而使开路电压减小。总之，少子寿命
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引言 实验过程
实验过程
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硅片表面预 处理 配置溶液
液相沉积二 氧化硅薄膜
实验过程
实验所用衬底面积为 125cm×125cm厚度为(20±10)µm、电阻率为 1～3Ω·cm的P型单晶硅片。 硅片表面预处理：将硅片在4％HF溶液中浸泡5min，然后去离子水 中浸泡1h，硅表面状态为Si-OH。 配置溶液：量取适量的分析纯氟硅酸（H4SiO4)溶液，其浓度为30
其中τ eff代表有效少子寿命，τ bulk代表体少子寿命，Seff 是表面少子复合速度，W 是硅片厚度。为了更直接反映二氧 化硅的表面钝化效果，我们将通过此公式把有效少子寿命换算 成表面复合速度进行表征。
结果与讨论-薄膜的性能研究
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图6
退火温度与时间对表面 符合速率的影响
退火温度与退火时间对液相沉 积SiO2薄膜钝化性能的影响见图6。 随退火温度的升高，表面复合 速度下降，薄膜钝化效果变好。 高于300℃，继续升高退火温 度反而使钝化特性变差。 退火温度为300℃时，随着退 火时间的增加，表面复合速度先下 降，至退火时间为300s时达到最低， 随后随着退火时间的增加，表面复 合速度又呈增加趋势。与未沉积薄 膜的硅片相比，表面复合速度由 6923cm/s降低至2830cm/s。
越小，电池效率越低。 由于非平衡少子起着很重要的作用，通常所说的非 平衡载流子是指非平衡少数载流子。
引言
• 但是硅片中体少子寿命对高温工艺的敏感性非常高，尤其是对于 多晶硅片，900℃以上的热氧化工艺通常可导致体少子寿命的明显衰 退。 • 等离子体增强化学气相沉积（PECVD)生长SiNx薄膜,具有低温、 低成本等优点，因此 SiNx钝化成为晶硅电池表面的主要钝化工艺， 但是SiNx/Si界面晶格失配严重，其钝化性能不如SiO2/Si。 • 液相沉积具有沉积温度低（30～50℃)、选择性生长、沉积速率 快、无需真空环境、设备简单、薄膜质量好等优点。
其中R(λ)为整体的反射率,N(λ)为标准太阳光谱AM1.5G、 1000W/cm2射光子通量。经过计算得到，300～1000nm波段范 围内,液相沉积二氧化硅薄膜后的加权平均反射率分别为10.88 ％，远低于酸制绒硅片的28.87％。
结果与讨论-薄膜的性能研究
2 0
WT2000测试的少子寿命是硅片的有效少子寿命，衡量的 是体少子复合和表面少子复合速度的综合值。为了提取出表面 少子复合信息，可以通过如下公式进行计算：