氮化硅薄膜制备技术及其在太阳能电池中的应用
低温制备p-nc-Si(H)薄膜及其在太阳电池中的应用
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－９ ・ 中国太阳能光伏进展 １０
温度的Ｐ 层应用于Ｓ／ｉ／ Ｏ结构的电池， Ｓ／ Ｉ ｎ／ Ｔ ｐ 得到带隙为 １ ｅ ． Ｖ左右的Ｐ ８ 层可以获得高的开 压， 而带隙为 １ ｅ ． Ｖ左右的Ｐ ６ 层得到了低的开压。
致． 谢
国家自 然科学基金 （０７０６； ６５６３） ９３计划 （０６０６４；上海市科学技术委员会科技 ‘ ７ ２０２２０） 攻关项目 （５２２） 上海市博士后科研资助计划 （５２４０） ０１００； ０Ｒ １２３０
ａ ｏ ｈｕ ｓｉ ｎ ｐ ｒ ｓ ｏ ｒ ｒ Ｍａｒｌ＆Ｃｌ ９ （０６ ：１９＾１ ４ ｍ ｒ ｏｓ ｏ ｎ －ｓｌ ｃｌ． ｌ Ｅｅ ｙ ｔｉｓ ｅｓ ２０） ０８－１ ｐ ｉ ｌ － ｏ ｅ Ｓ ａ ｎｇ ｃ ｉ ａ ｌ ｅａ ｌ ０ ０
尾态的复合所限制， 也取决于Ｐ 层和ｐ 层界面的情况。 ／ ｉ ’ 宽带隙的Ｐ 层可以提高ｉ 层的内建电
场， 从而提高电 开 本实 绕 得 于ｎ 结构电 池的 压。 验围 获 适用 ｉ ｐ 池的ｐ 纳 硅 型 米 薄膜 （ｎ Ｓ ｐｃ ｉ －－ ：
Ｈ ）这一目 重点研究了 １０Ｃ以 标， ５０ 下的低温段， 温度对 Ｐ 型层的结构和光电 性能的影响， 在低温下获得了ｐ ｃ ｉＨ薄膜， － － ： ｎＳ 并把其应用于不锈钢衬底单结电 池中， 得到了 在单结ｎ－ －ｐ ｉ 结构的非晶硅电池中应用ｐ ｃ ｉ Ｈ可以 － － ： 提高电池开压的结论。 ｎＳ
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究
PECVD氮化硅薄膜是一种广泛应用于微电子学和光电子学中的材料。
本文介绍了PECVD 氮化硅薄膜的性质及其制备工艺。
PECVD氮化硅薄膜具有较高的介电常数、较低的电子漂移率和较好的热稳定性。
它的介电常数通常在3.0左右，适用于微电子学和光电子学中的绝缘层材料。
同时，PECVD氮化硅薄膜具有较好的化学稳定性和生化舒适性，可以用于生物医学器械的涂层。
PECVD氮化硅薄膜的制备工艺通常要求氨气（NH3）和二甲基硅烷（SiH2）作为反应气体。
制备过程中，反应室内的气体被加热至400 ~ 500°C，氨气和二甲基硅烷分别以高纯度的气体形式经过送入反应室，经过一系列的化学反应而形成氮化硅薄膜。
其制备工艺主要有以下几个步骤：
1.清洗基片：将待涂层的基片用乙醇清洗干净，去除其表面的油污和杂质。
2.沉积：将基片放入PECVD反应室中，将室温加热至400 ~ 500°C，并送入氨气和二甲基硅烷等反应气体。
氨气和二甲基硅烷在反应室中发生化学反应，生成氮化硅薄膜。
3.退火：在氮化硅薄膜沉积后，需要进行一定的退火处理，以提高薄膜的结晶度和热稳定性。
退火温度通常在700 ~ 800°C，时间在1 ~ 2小时。
4.检验：对已经制备好的氮化硅膜进行检验，例如测量其膜厚、介电常数和表面形貌等参数，以保证其质量和稳定性。
综上所述，PECVD氮化硅薄膜是一种重要的微电子学和光电子学材料，具有重要的应用价值。
其制备工艺较为简单，但需要精密的操作和严格的工艺条件，以保证其薄膜质量和稳定性。
PECVD法制备氮化硅减反射膜和减反射膜在太阳能电池中的应用
PECVD法制备氮化硅减反射膜和减反射膜在太阳能电池中的应用作者:何万雄班级：光伏材料加工与应用指导老师：冷新莉学号：49 摘要随着不可再生资源的减少，环境污染的加重，世界人民为了生存、为了发展，更为了保护我们的地球。
不得不寻找新的能源、可再生资源，所以取代这些能源的将是风能、核能、太阳能等。
而太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又、爆炸式发展的行业。
利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生直流直接发电。
以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为“光伏产业”,包括太阳电池的生产、相关生产设备的制造等。
随着太阳能电池的大量生产，面对的问题也越来越多，电池效率的转化却很低很低，随之就是成本大，利润小。
人们又不得寻找让电池提高转化效率的材料（减反射膜）。
减反射膜制备技术是太阳能电池生产的关键技术之一，它能减少入射光的反射，增加光的吸收，从而增加光生载流子的数量，提高短路电流，进而提高太阳电池的效率。
由于多晶硅不能像单晶硅太阳电池一样，能在受光面进行完美的结构化，起到减反射的效果，所以减反射膜的作用就显得尤为重要。
如果这层膜不仅能起到减少光损失的作用，也能起到表面钝化和体钝化的效果的话，对太阳电池的效率的提高和成本的降低有很多益处。
虽然热生长的SiO也能起到表面钝化和减反射的作用，但是由于二氧化硅表面钝化是一个高温工艺过程，通常的钝化温度都在800 以上，高温过程易使半导体衬底产生缺陷，少子寿命下降，这对于太阳电池及硅材料尤为突出，并且引起衬底浓度的再分布；另一方面和太阳电池减反射膜要求的最佳折射率相比，二氧化硅的折射率偏低。
近几年的研究说明，用低温（250~450 ）PECVD法沉积SiN做多晶硅太阳电池的光学减反射膜是进一步提高多晶硅太阳电池光电转换效率的关键。
关键字：太阳能电池减反射膜反射膜材料 PECVD一薄膜的生长过程概述薄膜的生长过程直接影响到薄膜的结构以及它最终的性能。
Nano-SiC薄膜在太阳能电池窗口表面的应用
Nano-SiC薄膜在太阳能电池窗口表面的应用王二垒;张秀霞;张丽霞;陈旭涛;杨小聪【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2013(013)017【摘要】由于环境的污染使空气中有泥土,太阳能电池在户外使用一段时间后,其窗口表面就会附着一些灰尘颗粒影响其进光量,进而影响太阳能电池的光电转换效率.采用溶胶凝胶法制备并通过热烧结过程,将Nano-SiC透明薄膜制备在太阳能电池窗口表面.通过实验测试了表面制备不同厚度的Nano-SiC薄膜对太阳能电池Ⅰ-Ⅴ特性的影响.实验结果表明Nano-SiC薄膜具有很好的光子透过性和自洁能力,能够提高太阳能电池的光电转换效率.%The windows of solar cells were easy to be covered by outdoor mud,the mud will affect the absorption of sunlight and the photoelectric conversion efficiency of solar cells.Nano-SiC film was fabricated on the surface of solar cell window by using sol-gel method.Through experiments,the Ⅰ-Ⅴ characteristics of solar cell with different Nano-SiC layers on its surface were tested.The test result indicates that the Nano-SiC films possess self-cleaning properties,the photoelectric conversion efficiency improves by fabricating Nano-SiC films on the surface of solar cells.【总页数】4页(P4878-4880,4889)【作者】王二垒;张秀霞;张丽霞;陈旭涛;杨小聪【作者单位】北方民族大学电信学院,银川750021;北方民族大学电信学院,银川750021;北方民族大学电信学院,银川750021;北方民族大学电信学院,银川750021;北方民族大学电信学院,银川750021【正文语种】中文【中图分类】O484.4【相关文献】1.表面等离子体-微腔激元对顶入射有机薄膜太阳能电池光吸收效率的增强 [J], 金玉;王康;邹道华;吴志军;相春平2.基于XRD技术太阳能电池TiO2-La(NO3)3r薄膜表面性能研究 [J], 申一歌3.电子束蒸发太阳能电池窗口层ZnO薄膜 [J], 阮文农;黄碧华;黄赐昌4.用于薄膜太阳能电池的在线TCO玻璃表面织构化的研究 [J], 刘起英5.基于AAO纳米光栅的薄膜硅太阳能电池表面减反结构设计与仿真 [J], 秦飞飞;张海明;王彩霞;王旭;杨金梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
PECVD沉积氮化硅薄膜在退火过程中的特性变化及在太阳电池中的应用
3北京市科技新星计划资助项目(H020*********)收稿日期:2003211206PECV D 沉积氮化硅薄膜在退火过程中的特性变化及在太阳电池中的应用3叶小琴1) 许 颖2) 李 艳1) 顾雅华1) 周宏余1) 王文静2)(1)北京师范大学低能核物理研究所,100875,北京;2)北京市太阳能研究所,100083,北京∥第一作者25岁,女,硕士生)摘要 采用等离子体增强化学气相沉积(PEC VD ),在单晶硅衬底上生长氮化硅(S iN )薄膜,再对薄膜进行快速热退火处理,研究了在不同温度下S iN 薄膜的退火特性.通过椭圆偏振光仪测量了薄膜厚度和薄膜的折射率,发现退火后薄膜的厚度下降,折射率升高;采用准稳态光电导衰减QSSPC D 测少数载流子寿命,发现少子寿命有很大程度的下降.还研究了S iN 薄膜对多晶硅电池性能的影响,发现它能较大幅度地提高电池效率.关键词 氮化硅薄膜;等离子增强化学气相沉积;太阳电池分类号 M 914.4+2氮化硅(SiN )薄膜作为一种重要的薄膜材料,具有优良的光电性能、钝化性能和机械性能,在微电子、光电和材料表面改性领域都有广泛的应用前景.等离子增强化学气相沉积(PEC VD )的SiN 薄膜由于其优良的特性而在太阳电池的研究与产业化领域得到越来越广泛的关注.PEC VD 法沉积温度低(<400℃),沉积速度快,质量较好,工艺较为简单.而且,PEC VD 制备的SiN 膜不仅是优良的太阳电池减反射膜,还有很好的表面和体钝化作用.SiN 之所以被广泛应用是因为它具有独特的无可比拟的优点[1]:1)介电常数高,其值为8F ・m -1,而二氧化硅或二氧化钛的均为3.9F ・m -1;2)碱离子(如Na +)的阻挡能力强,并具有捕获Na +的作用;3)SiN 质硬耐磨,疏水性好,针孔密度低,气体和水汽极难穿透;4)减反射效果好,SiN 薄膜的折射率接近2.0,比二氧化硅(n =1.46)、二氧化钛(n =2.4)更接近太阳电池所需的最佳折射率1.96,是所有已应用的介质膜中最符合太阳电池减反射层要求的;5)PEC VD 法制备的SiN 薄膜同时为太阳电池提供较为理想的表面和体钝化.二氧化硅只有表面钝化作用,二氧化钛没有钝化作用,SiN 薄膜有相当好的表面和体钝化作用,可使硅表面复合速度SRV 降至10cm ・s -1[2],改善电池性能.能有效地提高电池效率,对多晶硅电池等低效率电池作用尤其明显[226].本文主要研究SiN 薄膜经过不同的退火温度t 后特性的变化及SiN 薄膜对太阳能电池效率η等特性的影响.1 实验实验选取了P 型(100)抛光单晶硅片,PEC VD 射频频率13.56MH z ,电压1080V ,真空度100Pa ,以氮气稀释的硅烷(2.2～2.5L ・min -1,体积分数2.5%)和纯氨气(0.4～0.5L ・min -1)2004年 4月第40卷 第2期北京师范大学学报(自然科学版)Journal of Beijing N ormal University (Natural Science )Apr.2004V ol.40 N o.2为反应气体.1)为观察薄膜在不同温度退火后的特性变化,把样品放在N 2气氛中快速热退火30s.t 分别为600,750,900℃,研究退火后的样品厚度d 、折射率n 、少数载流子寿命τ随t 的变化.2)将SiN 薄膜运用到成品多晶硅太阳电池上,研究其对电池效率η及光谱响应的影响.实验中采用椭圆偏振光仪测量了d 和n ;准稳态光电导衰减QSSPC D 测τ.2 结果与讨论2.1 SiN 薄膜退火后特性的变化 图1为不同温度退火后SiN 薄膜的d 和n 的变化.随着t 的提高,d 随之下降,同时,n 有所提高.这些说明在退火过程中,薄膜越来越致密.表1是不同沉积温度t d 和不同退火温度t 下薄膜τ(单位为μs )的变化.退火采用快速热退火,时间都为30s.其中340℃沉积的薄膜是富硅膜.由表1数据可知,在260,300,380℃3个温度下沉积的SiN 薄膜在高温退火后,τ都有很大程度的下降.估计是N 2气氛高温退火后,SiN 膜中的氢大量溢出,氢含量急剧减小,使钝化效果消失.富硅膜则有所不同.退火以后其τ变化较小.而且,较高的t 反而获得高的τ.可能是富硅质密度较高的缘故.图1 不同温度退火后薄膜厚度和折射率的变化表1 不同条件下的少子寿命μst t d 260℃300℃340℃380℃退火前41.572.4135.6197.3700℃11.4 6.951.133.0750℃7.2 4.655.221.9800℃ 3.57.164.9 6.6850℃3.4 5.999.18.92.2 SiN 膜对多晶硅太阳能电池特性的影响 实验使用的多晶硅电池面积为1cm 2,上电极是T i/Pd/Ag ,背面是Al 背场.表2是PEC VD 沉积SiN 薄膜对多晶硅体电池性能的改善情况:对电池短路电流I SC 的提高作用非常大,可达50%.开路电压U OC 和填充因子F f 稍有提高.而电池的转换效图2 多晶硅体电池沉积SiN膜前后的I 2U 曲线率η平均增幅在40%以上,最高可达73.8%.这说明SiN薄膜的减反射和氢钝化效应对多晶硅体电池的效果非常明显.表2 S iN 薄膜对多晶硅体电池性能的改善沉积情况I SC /m A U OC /m V F f /%η/%前21.72566.10.5506 6.77后33.3583.80.605711.77提高/%53.33.110.073.8 图2是多晶硅体电池沉积SiN 膜前后的I 2U 曲线,沉积薄膜以后曲线“方”了许多,性能有很大提高.3 结论本文研究了在不同温度下SiN 薄膜的退火特性.发现随着退火温度的增加,薄膜的厚度减小,折射率增加,这主要是因为薄膜越来越致密.同时,少 222 北京师范大学学报(自然科学版)第40卷 子寿命有很大程度的下降,而在340℃类似富硅的情况下退火以后其少子寿命下降较小.本文还研究了SiN 薄膜对多晶硅电池性能的影响,由于SiN 膜的氢钝化作用,电流增幅很大,在50%左右.而电池的转换效率平均增幅在40%以上,最好的可达73.8%.所以,对于太阳电池,SiN 薄膜是优良的减反射膜和钝化膜,能较大幅度的提高电池效率.4 参考文献[1] 管绍茂,王迅.半导体表面钝化技术及其应用[M].北京:国防工业出版社,1981[2] Schmidt J ,K err M.Highest 2quality sur face passivation of low 2resistivity p 2type silicon using stoichiometric PEC VDsilicon nitride [J ].S olar Energy Materials &S olar Cells ,2001,65:585[3] Jeong J W ,R ohatgi A ,R osenblum M D ,et al.Lifetime enhancement in EFG multicrystalline silicon[C].//28thIEEE photov oltaic specialists con ference ,2000:83[4] Y elundur V ,R ohatgi A ,Jeong J W ,et al.PEC VD S iN x induced hydrogen passivation in string ribbon silicon[C]//28th IEEE photov oltaic specialists con ference ,2000:91[5] Nagel H ,Schmidt J ,Aberle A G,et al.Exceptionally high bulk minority 2carrier lifetimes in block 2castmulticrystalline silicon[C]//14th European photov oltaic s olar energy con ference ,1997:762[6] Hahn G,G eiger P ,Fath P ,et al.Hydrogen passivation of ribbon silicon electronic properties and s olar cell results[C]//28th IEEE photov oltaic specialists con ference ,2000:95ANNEALING CHARACTERISTIC AN D APPLICATIONOF SI LICON NITRIDE FI LMS DEPOSITED BY PECV DY e X iaoqin 1) Xu Y ing 2) Li Y an 1)G u Y ahua 1) Zhou H ongyu 1) Wang Wenjing 2)(1)Institute of Low Energy Nuclear Physics ,Beijng N ormal University ,100875,Beijing ,China ;2)Beijing S olar Energy Research Institute ,100083,Beijing ,China )Abstract Silicon nitride (SiN )thin films deposited by PEC VD were annealed by rapid thermal processing (RTP )on different conditions.The characteristics of annealed films in different tem peratures were studied .The thickness and the refractive index of the films were measured by means of spectral ellips ometry.Quasi 2steady state photoconductance (QSSPC )measurement was used to determine the effective minority carrier lifetimes of the sam ples.The study indicated that the thickness and the minority carrier lifetimes of the SiN films decreased and the refractive index increased after annealing.The effect of SiN films on the characteristic of polycrystalline silicon s olar cells was als o investigated.It showed that the conversion efficiency of s olar cells rised sharply by using SiN film as an antireflection coating.K ey w ords silicon nitride ;PEC VD ;s olar cell 第2期叶小琴等:PEC VD 沉积氮化硅薄膜在退火过程中特性变化及在太阳电池中的应用223 。
多层氮化硅膜对太阳电池的影响
多层氮化硅膜对太阳电池的影响摘要：氮化硅膜层在晶体硅太阳电池中起到钝化和减反射的作用，对太阳电池的转换效率有着重要的影响。
实验采用P型多晶硅片，经制绒、扩散和湿法刻蚀等工艺后，在温度460℃，NH3:SiH4气体比例3:1-10:1，射频功率5300-6100W，压强为1500mTorr等工艺参数下，沉积了不同厚度组合的多层氮化硅膜。
利用少子寿命测试仪和反射率测试仪对PECVD沉积氮化硅膜前后硅片的少子寿命和沉积氮化硅膜后的反射率进行了测量。
实验结果表明，第一、第二层厚度为33nm，而顶层厚度为15nm时，钝化效果最好较沉积氮化硅膜之前提高了54.5%，而反射率则是在第一层厚度为45nm、第二层厚度为22nm、顶层为15nm时，反射率最低值为4.51%。
关键词：管式PECVD；钝化效果；减反射；多层氮化硅膜一、引言SiNx薄膜具有良好的绝缘性、化学稳定性和致密性等特点，被广泛地用于半导体的绝缘介质层或钝化层。
等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）制备的SiNx膜具有沉积温度低，沉积速度快、薄膜质量好、工艺简单易于工人操作等优点被大量应用于晶体硅太阳电池产业中[1-4]。
管式PECVD参数主要包括：温度、气体流量、压强、功率、频率开关比和沉积时间等。
影响氮化硅膜质量的工艺参数较多，采用传统实验方法研究各工艺参数对氮化硅膜的减反射和钝化效果的影响，需要进行的实验数量是非常大的，同时各工艺参数具有交互性，所以获得优化的工艺参数组合是非常复杂困难的。
二、实验方法采用p型多晶硅片（15.6cm×15.6cm），方块电阻为50Ω/□的扩散层，利用管式PECVD设备在温度460℃，NH3:SiH4气体比例3:1-10:1，射频功率5300-6100W，压强为1500mTorr等工艺参数下沉积不同厚度的多层氮化硅膜作为多晶太阳电池的减反射膜层。
利用少子寿命测试仪和反射率测试仪对PECVD 制备的氮化硅膜前后的硅片少子寿命以及反射率进行了测量。
氮化硅薄膜的钝化作用对太阳能电池片性能的影响分析和研究
KEYWORDS:siliconnitride film;PECVD;ACR;passivation;silicon solar cells
第一章
§1
§
随着人类社会的高速发展，环境恶化与能源短缺己成为全世界最为突出的问题。目前，全球总能耗的70％以上都来自石油、天然气、煤等化石能源。但是这些常规能源都是不可再生能源，图1-1给出了世界和中国主要常规能源储量预测，全球已探明的石油储量只能用到2040年，天然气也只能延续到2060年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持两百年左右[1]。无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，因此开发利用可再生能源、实现能源工业可持续发展的任务更加迫切，更具深远的意义。
氮化硅薄膜的钝化作用对太阳能电池片
性能的影响分析和研究
摘要
作为一种器件表面介质膜，SiNx薄膜已被广泛应用于IC以及太阳能光伏器件的制造中。在高效太阳能电池研究中，发射结表面钝化和减反射一直是其研究的主题。电池正面发射结不仅要求表面钝化层有优良的钝化性能，同时也要求介质层能够与表面层减反射膜一起产生很好的减反射效果，从而进一步提高太阳电池器件的光生电流、开路电压以及电池效率。
氮化硅薄膜材料的PECVD制备及其光学性质研究
目录1引言-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------错误！未定义书签。
1.1氮化硅的特性-----------------------------------------------------------11.2氮化硅的制备方法----------------------------------------------------------------------------------------21.2.1常压化学气相沉积(APCVD)--------------------------------------------------------------------21.2.2低压化学气相沉积(LPCVD)--------------------------------------------------------------------21.2.3等离子体增强化学气相沉积(PECVD)------------------------------------------------------31.3氮化硅薄膜PECVD制备的特点-----------------------------------------------------------------------4 2实验-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------42.1实验仪器的介绍-------------------------------------------------------------------------------------------42.2PECVD法制备氮化硅薄膜的原理----------------------------------------52.3实验方法------------------------------------------------------------53 实验结果与讨论-------------------------------------------------------------------------------------------------5 参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------------------10氮化硅薄膜材料的PECVD制备及其光学性质研究摘要：等离子增强型化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition , PECVD)是目前较为理想和重要的氮化硅薄膜制备方法，本文详细探讨了对氮化硅薄膜PECVD制备的方法、原理以及制备过程,成功生长了质量较好的氮化硅薄膜,并用紫外-可见光光谱仪研究了沉积薄膜的表面形貌及其光学带隙,得出氮化硅薄膜相关的光学特性,结果表明,氮气流量对薄膜的光学带隙影响较大,制备的薄膜主要为富硅氮化硅薄膜。
多晶电池制备氮化硅薄膜的研究
多晶电池制备氮化硅薄膜的研究【摘要】对于硅片厚度较薄和较高电池效率的多晶电池领域，一种主要的趋势是减少硅片表面反射和降低多晶硅片表面的复合中心。
本文提到的PECVD 技术沉积的氮化硅膜被证实是一种非常有效的增强硅片表面钝化、降低多晶硅片表面反射的方法。
氮化硅膜还具有良好的绝缘性、致密性、稳定性和对杂质离子的掩蔽能力, 氮化硅薄膜作为多晶硅太阳电池的减反射膜已被广泛应用。
PECVD，等离子体增强化学气相沉积, 以硅烷、氨气和氮气为气源在多晶硅片上制备了具有减反射作用的氮化硅薄膜。
在生产中，利用椭偏仪测量该薄膜的厚度和折射率。
本文主要研究在多晶硅片上不同的工艺气体流量对氮化硅膜的膜厚和折射率的影响。
【关键词】钝化;折射率;氮化硅;减反射0.前言在光伏领域，提高电池效率的重要途径是降低硅片表面反射率、钝化硅片表面和内部的复合中心。
在硅片表面沉积一层减反射膜成为业内越来越多的方法。
沉积减反射膜的方法有很多种，例如大气压化学气相沉积（APCVD）、低压化学气相沉积（LPCVD），本文研究的等离子增强化学气相沉积（PECVD）也是一种；它们各有优缺点，应用领域也各有不同。
PECVD具有沉积温度低、沉积速率高、步阶覆盖性好等优点，缺点是存在粒子和化学污染，常用于低温绝缘体和钝化层。
近几年来，PECVD技术在设备上、工艺参数上都有了很大的改进，对电池效率提升起到了很大的作用。
从薄膜的结构上来分，有单层膜、双层膜及多层膜。
这里仅介绍双层膜概念，第一层膜也就是基膜，这层膜主要作用是用来钝化硅片表面，因此在镀这层膜时要适当加大硅烷的流量，来提高基膜的折射率及致密性以达到很好的钝化效果。
第二层膜是硅片表面直接接收光子的一层膜, 适当降低折射率，可以降低这层膜反射率,同时增强了对光的吸收效果。
PECVD以硅烷、氨气和氮气为气源在多晶硅片上制备了具有减反射和钝化硅片表面、内部作用的氮化硅薄膜。
薄膜的生长主要包含以下三个基本过程：首先，在非平衡等离子体中，电子与反应气体发生初级反应，使得反应气体发生分解，形成离子和活性基团的混合物；其二，各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反应；最后，到达生长表面的各种初级反应和次级反应产物被吸附并与表面发生反应，同时伴随有气相分子物的再放出。
氮化硅薄膜制备技术
氮化硅薄膜的制备技术摘要氮化硅薄膜是一种重要的精细陶瓷薄膜材料,具有优秀的光电性能、钝化性能、稳定性能和机械性能,在微电子、光电和材料表面改性等领域有着广阔的应用前景。
关键词氮化硅，薄膜，制备1 氮化硅薄膜的性质氮化硅薄膜具有高的化学稳定性、高电阻率、绝缘性好、硬度高、光学性能良好等特性，在半导体器件、化工、微电子工业、光电子工业、太阳能电池等方面具有广泛的应用。
近年来，氮化硅薄膜作为太阳能电池的减反射膜越来越引起人们的关注。
利用氮化硅薄膜作为减反射膜、绝缘层以及钝化层等已取得了较好的效果。
作为减反射膜，氮化硅薄膜具有良好的光学性能(其折射率在2.0左右，比传统的二氧化硅减反膜具有更好的减反效果。
同时，氮化硅薄膜还具有良好的钝化效果，对质量较差的硅片能起到表面和体内的钝化作用，并且由于其良好的表面钝化和体内钝化作用还可以进氮化硅薄膜制备及其相关特性研究一步提高太阳能电池的短路电流。
因此，近年来采用氮化硅薄膜作为太阳能电池的减反射膜己经成为光伏界研究的热点。
氮化硅薄膜是一种重要的薄膜光学材料，它不仅具有透光率高、透光谱宽、折射率变化范围大等优良的光学性质，还具有耐磨损、耐腐蚀、应力小等优良的力学、化学性质，因而在薄膜光学器件以及光学器件的表面保护膜方面，有着广阔的应用前景。
此外，氮化硅薄膜还有着卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽水蒸气和金属扩散的能力。
2 氮化硅薄膜的制备方法2.1 物理气相沉积(PVD)法PVD主要的方法有真空蒸镀（V acuum evaporation）、溅射镀膜（V acuum sputterng）、离子镀（Ton plating）2.1.1 真空蒸镀真空蒸镀是将镀料在真空中加热、蒸发，使蒸发的原子或原子团在温度较低的基板上析出，形成薄膜。
这与水壶煮开水时，冒出的水蒸气使玻璃窗蒙上一层模糊的水汽相似。
它是利用电阻加热，高频感应的加热或高能束（电子束、激光束、离子束等）轰击使镀膜材料转化为气相而沉积到基体表面的一种成熟技术。
氮化硅薄膜光学性质的研究
氮化硅薄膜光学性质的研究摘要：氮化硅薄膜具有优良的光学性能，常用作太阳能电池表面的减反射材料。
采用传统的退火炉和快速热退火炉进行了不同时间和温度下的退火比较，并研究了退火对薄膜光学性能的影响。
研究发现：氮化硅薄膜经热处理后厚度降低，折射率先升高后降低。
关键词：太阳能电池；氮化硅薄膜；热处理引言由于有着良好的绝缘性，致密性，稳定性和对杂质离子的掩蔽能力，氮化硅薄膜作为一种高效器件表面的钝化层已被广泛应用在半导体工艺中。
人们同时发现，在多晶硅太阳电池表面生长高质量氮化硅薄膜不仅可以十分显著地提高多晶硅太阳电池的转换效率，而且还可以降低生产成本。
作为一种减反射膜，氮化硅不仅有着极好的光学性能(λ =6 3 2 ． 8 n m时折射率在 1 . 8 ～2． 5之间，而最理想的封装太阳电池减反射膜折射率在 2 ． 1 ～2． 2 5 之间) 和化学性能，还能对质量较差的硅片起到表面和体内钝化作用，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经成为光伏界的研究热点。
1 . 氮化硅薄膜的光学性质1 .1实验本实验采用2cm×2cm×400um的单面抛光的P型<100>Cz硅片，在沈阳科仪中心PECVD400型真空薄膜生长系统中生长氮化硅薄膜。
氮化硅薄膜制备过程如下：实验前使用乙醇和丙酮超声清洗样品15min以去除油污，然后用1号液(H20：H202：NH3·H20=5：1：1)和2号液(H20：H2O2：HCl=5：1：1)清洗，最后再使用5％稀氢氟酸(HF)漂洗5min以去除氧化层，去离子水洗净烘干后放人反应室。
采用硅烷(10％氮气稀释)和高纯氨气作为反应气体沉积氮化硅薄膜，其中沉积薄膜的生长参数如下：气体流量为硅烷30sccm、氨气60sccm、工作气压30Pa、射频频率 13．5MHz、沉积时间10min。
沉积薄膜后，采用传统的退火炉和新兴的快速热退火炉进行了氩气保护下不同时间和温度下的退火比较，并测试了薄膜退火前后的厚度、折射率。
背表面氮化硅薄膜与氧化铝薄膜制备工艺对单晶硅双面太阳电池EL 的影响
a. 退火温度为400 ℃时b. 退火温度为430 ℃时c. 退火温度为460 ℃时d. 退火温度为490 ℃时e. 退火温度为520 ℃时其他条件保持不变的情况下，管式PECVD 不同退火温度对单晶硅双面太阳电池ELther conditions remain unchanged，image of mono-Si bifacial solar cells with different annealing temperature in tubular PECVD equipment可以看出，在氧化铝薄膜的厚度均为的前提下，当管式PECVD设备的退火时间时，管式PECVD设备的退火温度小于℃时所制备的单晶硅双面太阳电池的图像会出现大面积或边缘条状发黑的情况。
PECVD设备的退火时间对单晶硅双面图像的影响实验采用ALD设备制备的氧化铝薄膜的厚a. 退火时间为100 s时b. 退火时间为200 s时c. 退火时间为300 s时d. 退火时间为400 s时其他条件保持不变的情况下，管式PECVD不同退火时间对单晶硅双面太阳电池EL图像的影响Fig. 2 Other conditions remain unchanged，image of mono-Si bifacial solar cells with different annealing times in tubular PECVD equipment可以看出，在氧化铝薄膜的厚度均为的前提下，当管式PECVD设备的退火温度℃时，管式PECVD设备的退火时间a. 氧化铝薄膜的厚度为3.0 nm时b. 氧化铝薄膜的厚度为3.5 nm时c. 氧化铝薄膜的厚度为4.0 nm时d. 氧化铝薄膜的厚度为4.5 nm时PECVD设备的退火工艺保持不变的情况下同氧化铝薄膜厚度对单晶硅双面太阳电池ELFig. 3 Effect on EL image of mono-Si bifacial solar cells with different thickness of AlO film when annealing process of tubular PECVD equipment remains unchanged图像均正常，无发黑情况。
氮化硅纳米线在光伏器件中的应用及其制备方法探讨
氮化硅纳米线在光伏器件中的应用及其制备方法探讨氮化硅（Si3N4）纳米线是一种具有很大应用潜力的纳米材料，在光伏器件领域具有重要的应用价值。
本文将探讨氮化硅纳米线在光伏器件中的应用以及制备方法。
首先，氮化硅纳米线在光伏器件中的应用主要表现在以下几个方面：1. 提高光吸收：氮化硅纳米线具有显著的光吸收能力，能够在宽波长范围内吸收光线，尤其对于红外光的吸收率较高。
将氮化硅纳米线应用于光伏器件表面可以增加器件对太阳光的吸收，提高太阳能的利用效率。
2. 提高光电转化效率：氮化硅纳米线是一种优良的导电材料，具有高载流子迁移率和较高的导电性能。
利用氮化硅纳米线作为电极材料可以降低器件的内电阻和电子传输损失，从而提高光电转化效率。
3. 提高器件稳定性：氮化硅纳米线具有优异的热稳定性和化学稳定性，能够有效抵抗光腐蚀和氧化等因素的侵蚀。
因此，在光伏器件中应用氮化硅纳米线可以提高器件的稳定性和寿命。
其次，氮化硅纳米线的制备方法主要有以下几种：1. 碳源法：利用碳源和硅源的反应生成氮化碳前驱体，再通过高温热解得到氮化硅纳米线。
该方法简单易行，成本较低，适用于大规模制备。
2. 化学气相沉积法：通过高温反应使气相中的硅源和氨气反应生成氮化硅纳米线。
该方法制备的纳米线尺寸均匀，纯度高，适用于制备高质量的纳米线。
3. 水热法：将硅源和氨水在高温高压条件下反应生成氮化硅纳米线。
该方法操作简单，成本较低，适用于制备形貌和尺寸可控的氮化硅纳米线。
4. 模板法：利用金属导电板或多孔氧化硅模板作为模板，通过溶胶凝胶法或电沉积法在模板孔道中填充氮化硅前驱体，再通过热解或溶剂去除模板制备氮化硅纳米线。
该方法制备的纳米线形貌可控性较高，适用于制备特定形状和结构的纳米线。
综上所述，氮化硅纳米线作为一种具有潜在应用价值的纳米材料，在光伏器件中具有重要的应用前景。
在未来的研究中，需要进一步探索氮化硅纳米线的光电性能、稳定性和制备方法，以提高光伏器件的效率和寿命，推动光伏技术的发展。
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e、离子束增强沉积（IBED）法
BED法是在同一真空系统中以电子束蒸发或离 子束溅射薄膜材料（Si靶）的同时，用一定能 量的离子束（如氮离子束）进行轰击，在常温 下合成薄膜的方法。此法具有以下优点：沉积 过程在高真空中进行，氧化程度低；在界面区 存在混合层，使得膜与基体的结合强度明显提 高；薄膜组分分别来自不同的组分源，可以对 其化学组成进行单独调控，易于沉积不同类型 的薄膜；沉积温度低。由于此法把离子轰击、 离子注入和真空镀膜三者结合起来，为材料表 面改性和优化提供了一条新途径，对它的研究 也越来越多。
采用型号为FP-6500、以氙灯作为激发源 且发波长为325nm的荧光光谱仪（Fluorescence spectrometer）测量薄膜样品的光致发光光谱 （PL），测量范围为350nm-850nm。
下面是在不同退火温度处理下氮化硅薄膜 样品的各PL光谱图
各退火温度下薄膜PL光谱图
各发光峰的峰值强度随退火温度的变化关系图
1、氮化硅薄膜制备技术介绍
本文主要介绍了下面几种氮化硅薄膜制备方法 a、等离子体化学气相沉积(PECVD)法； b、高温热化学气相沉积(HTCVD)法； c、常压热化学气相沉积（APCVD）法； d、低压热化学气相沉积（LPCVD）法； e、离子束增强体积（IBED）法。
a、等离子体化学气相沉积 (PECVD)法
1.电阻率随x增加而降低 2.折射率n随x增加而增加 3.腐蚀速率随密度增加而降低
PECVD法由于其灵活性、沉积温度低和 重复性好而扩大了CVD法的应用范围， 特别是提供了在不同基体上制备各种薄 膜的可能性。由于它适应了当前大规模 集成电路生产工艺向低温工艺方向发展 的趋势，越来越引起学术界的重视，成 为制备氮化硅薄膜最常用的方法。
结
束 ！
c、氮化硅薄膜的制备及高温退火处 理实验。
利用PECVD法制备氮化硅薄膜样品； 氮化硅薄膜制备完成后，将所得样品 切割为七块，除一块作对比之外，其余 六块均作高温退火处理，退火温度分别 为350℃，500℃，650℃，800℃，950℃， 1100℃。整个退火处理过程均是在N2 气 氛下完成的，且所有样品均采用随炉升 温和随炉降温的加热及冷却方式，并在 所设定的最高温下保温10分钟。
2、氮化硅薄膜在太阳能电池上的作用
氮化硅薄膜在太阳能电池上的作用有两种：
a、减反射作用； b、钝化作用 。
a、减反射作用
太阳电池的减反射膜（ARC， antireflection coating）的作用是，光照射 在硅片表面时，因为反射会使光损失约 三分之一。如果在硅表面有一层或多层 合适的薄膜，利用薄膜干涉原理，可以 使光的反射大为减少，电池的短路电流 和输出就有很大增加，效率也有相当的 提高。
d、低压化学气相沉积(LPCVD)
人们在APCVD 的基础上研制出了 LPCVD。LPCVD克服了APCVD沉积速 率小、膜层污染严重等缺点，因而所制 备氮化硅薄膜的均匀性好，缺陷少，质 量高，并可同时在大批量的基板上沉积 薄膜，易于实现自动化，效率高，现已 成为半导体工业中制备氮化硅薄膜的主 要方法之一。
在太阳电池表面沉 积 深蓝色减反膜SiN膜。减少光的反 射，增加电池对光 线的吸收。 对电池的正表面进 行H钝化 对电池正表面进行 保护，防止氧化 SiNx:H
p n+ +
finger
"inverted" pyramids
+ p n psilicon p + oxide + p
rear contact
氮化硅薄膜
----制备技术及其在太阳能电池中的应
用介绍 姓 名：张小龙 学 号：2011156112 指导教师：姜礼华
氮化硅薄膜应用介绍
氮化硅薄膜是一种重要的精细陶瓷薄膜材料， 它既是优良的高温结构材料，具有良好的抗冲 击、抗氧化和高强度等特点；又是新型的功能 材料，在许多方面已获得广泛应用。氮化硅薄 膜具有很多优良的性能，如硬度高、抗腐蚀、 耐高温、化学惰性与绝缘性好、光电性能优良 等特点，所以被广泛的应用于微电子领域、微 机械制造、光电子工业、太阳能电池、陶瓷切 削加工工具、材料表面改性以及航天航空等领 域。
c、常压化学气相沉积(APCVD)
常压化学气相沉积就是在常压环境下， 反应气体受热后被N2或Ar等惰性气体输 运到加热的高温基片上，经化合反应或 热分解生成固态薄膜。由于这种沉积是 在常压下进行的，且仅仅依靠热量来激 活反应气体实现薄膜的沉积，所以与其 它CVD相比，其设备非常简单，操作方 便，是早期制备氮化硅薄膜的主要方法。
钝化太阳电池的体内
在SiN减反射膜中存在大 量的H，在烧结过程中会 钝化晶体内部悬挂键。
3、退火温度对太阳能电池中氮化硅薄膜 的光致发光影响实验
实验过程主要有如下步骤： a、简述实验原因； b、光致发光光谱(PL)作用介绍； c、氮化硅薄膜的制备及高温退火处理实验； d、实验结论。
a、简述实验原因
d、实验结论
薄膜样品在退火温度小于800℃时，样品内存 在的大量N、O等缺陷，影响了薄膜结构的稳 定性；当退火温度高于800℃时，高退火温度 下，薄膜结构的稳定性得到了提高。即发现高 温热处理可以增强薄膜的稳定性并改善薄膜的 表面情况。
4、总结
本文介绍了氮化硅薄膜的一些优秀性能、在各领域中的 应用。氮化硅薄膜作为一种人工合成材料，有下列几种 氮化硅薄膜的制备方法，等离子体增强化学气相沉积 （ PECVD） 法、高温热化学气相沉积(HTCVD)法、常 压化学气相沉积(APCVD) 法、离子束增强沉积（IBED） 法等，文章中讲述了这些制备方法的制备过程和优缺点 等。介绍了氮化硅在太阳能电池上主要有两种左右，一 是减反射作用，另一个是钝化作用，讲述了两种作用的 原理、材料选取和各种技术等。做了退火温度对氮化硅 薄膜结构特性的影响实验，发现高温热处理可以增强薄 膜的稳定性并改善薄膜的表面情况。
b、钝化作用
由于太阳电池级硅材料中不可避免的含 有大量的杂质和缺陷，导致硅中少子寿 命及扩散长度降低从而影响电池的转换 效率。 H的钝化机理:
主要原因是:H能与硅中的缺陷或杂质进行 反应，从而将禁带中的能带转入价带或者 导带。
钝化太阳电池的受光面
薄膜的主要作用是保护半 导体器件表面不受污染物 质的影响，半导体表面钝 化可降低半导体表面态密 度。
PECVD的介绍
PECVD:
Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 等离子增强化学气相沉积
等离子体：
由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就 会使气体分子产生电离，这样物质就会变成 自由运动并由相互作用的正离子、电子和中 性粒子组成的混合物。
PECVD的目的
采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD） 制备氮化硅薄膜，而通过PECVD法直接沉积的 氮化硅薄膜，由于离子轰击会影响薄膜的表面 质量，因此通常需要后续的高温热处理薄膜， 故本文做了退火温度对氮化硅薄膜结构特性的 影响实验，实验中利用光致发光光谱（PL）可 以检测出各发光峰的结构和强度，从而对薄膜 的缺陷进行检测，发现高温热处理可以增强薄 膜的稳定性并改善薄膜的表面情况。
b、高温热化学气相沉积(HTCVD)法
这种方法通过给反应气体加热，利用热 分解或化合反应在基板表面形成固态膜 层。由于以热量作为气体活化方式，因 而设备简单。低压沉积过程一般不需要 运载气体，可同时在大批基板上沉积， 工作效率高，比较经济，制得的薄膜有 较好的重复性，厚度方向上分散性好。 目前，低压沉积是半导体工业上的一种 标准方法。
oxide
SiNx:H介绍
正常的SiNx的Si/N之比为0.75，即Si3N4。但是 PECVD沉积氮化硅的化学计量比会随工艺不同而变 化，Si/N变化的范围在0.75-2左右。除了Si和N， PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子，即 SixNyHz或SiNx:H Si/N比对SiNx薄膜性质的影响
b、光致发光光谱(ຫໍສະໝຸດ L)作用介绍PL光谱是一种探测材料电子结构的常用 方法，其优点在于灵敏度高、数据采集 简单、与样品无接触且不损坏样品。通 过检测PL光谱的光谱结构和强度，可将 其应用于带隙检测、杂质能级和缺陷检 测、复合机制研究等。在本文的研究中， 薄膜中缺陷态及完整性可通过PL光谱检 测出来。
5、致谢
本论文是在姜礼华老师的悉心指导和殷切关怀下完成 的，感谢姜老师提供了太阳能电池的研究平台。 感谢大学四年来辛苦教育我的李德莹老师、田毅红老 师、刘杨老师等，你们端正的工作态度和平易近人的生 活方式深深的感染了我。 感谢和我一起生活四年的室友，赵胜飞、江志华、周 志行，一直以来他们对我照顾有加，包容我的缺点，陪 伴我一起成长，给我留下了太多太多美好的回忆，让我 印象深刻无法忘怀。 感谢所有帮助、关心过我的人。谢谢。