晶硅太阳能电池加工工艺课件.pptx
合集下载
太阳能电池生产工艺
可编辑ppt
18
洗磷
目的：去除硅片表面氧化层及扩散时形成的磷硅
玻璃(磷硅玻璃是指P2O5与SiO2的混合物）。 原理：P2O5溶于HF酸 SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O H2SiF6可溶于水 条件：HF浓度8％-10％ 洗磷后需用去离子水将硅片冲洗干净并甩干。
可气相沉 积）
单晶硅太阳能电池生 产工艺
工艺流程及各环节工艺目的和原理
可编辑ppt
1
工艺流程
清洗制绒（超声波清洗→减薄→喷淋→绒面） →（喷淋→酸洗→喷淋→漂洗→喷淋→甩干）→扩
散（合片→扩散→卸片）
→刻蚀（叠片→上夹具→刻蚀→插片)→洗磷（去磷
硅玻璃→喷淋→甩干）→PECVD
→丝网印刷 [丝印1（背极）→丝印2（背场）→丝
印3（栅极）]→烧结（试烧→批量烧结）
可编辑ppt
2
可编辑ppt
3
超声波清洗
机械切片以后会在硅片表面形成10—40微米 的损伤层，且表面有油脂、松香、石蜡、 金属离子等杂质。
工艺目的；主要是去除油脂、松香、石蜡 等杂质。
工艺原理；超声振动使油珠滚落，物理去 油。
条件；去离子水一定量，温度60—90℃，时 间10—40min。
16
刻蚀过程的主要反应
放电过程
e-+CF4→CF3++F+2e
e-+CF3→CF2+F+e腐蚀过程
e-+CF4→CF3+F+eO2+e-→2O+e-
Si+4F→SiF4↑
3Si+4CF3→4C+3SiF4↑
2C+3O→CO↑+CO2↑
《晶硅太阳电池工艺》课件
性能测试
对成品电池进行性能测试，如开路电压、短路电流等，确保电池质量合格。
04
晶硅太阳电池的性能优化
提高光电转换效率的方法
选用高质量硅片
背表面场设计
采用高纯度、低缺陷的硅片，减少光 吸收和载流子复合，提高光生电流的 收集效率。
在硅片的背面引入场钝化结构，提高 载流子的分离和收集效率，从而提高 光电转换效率。
晶硅太阳电池的结构
晶硅太阳电池通常由P型硅片和N型 硅片组成，通过扩散或离子注入的方 法形成PN结。
在硅片表面印刷金属电极，收集光生 电流并导出。
在PN结两侧通过腐蚀或抛光形成减 反射膜，减少光的反射损失。
晶硅太阳电池的结构简单、可靠性高 、寿命长，是目前商业化应用最广泛 的太阳电池类型之一。
03
优化表面结构
通过化学气相沉积、物理气相沉积等 方法，在硅片表面形成减反射层和钝 化层，减少反射损失和表面态对载流 子的俘获。
降低制造成本的技术
01
02
03
优化生产流程
简化生产流程，降低生产 过程中的能耗和物耗，提 高生产效率。
降低硅片厚度
通过改进切片工艺，降低 硅片的厚度，减少材料消 耗，同时提高光电转换效 率。
05
晶硅太阳电池的应用与市 场前景
光伏电站建设
集中式光伏电站
利用大面积荒地、沙漠等建立的大型光伏电站，接入高压输电系统，为远距离供电提供清洁能源。
分布式光伏电站
在屋顶、空地等场所建立的小型光伏电站，就地接入配电网，为周边用户提供电力。
分布式光伏发电系统
家庭光伏发电系统
利用家庭屋顶、阳台等空间安装光伏板 ，将太阳能转化为电能供家庭使用。
去磷硅玻璃
去除扩散过程中形成的磷硅玻璃，避免对电池性能产生影响。
对成品电池进行性能测试，如开路电压、短路电流等，确保电池质量合格。
04
晶硅太阳电池的性能优化
提高光电转换效率的方法
选用高质量硅片
背表面场设计
采用高纯度、低缺陷的硅片，减少光 吸收和载流子复合，提高光生电流的 收集效率。
在硅片的背面引入场钝化结构，提高 载流子的分离和收集效率，从而提高 光电转换效率。
晶硅太阳电池的结构
晶硅太阳电池通常由P型硅片和N型 硅片组成，通过扩散或离子注入的方 法形成PN结。
在硅片表面印刷金属电极，收集光生 电流并导出。
在PN结两侧通过腐蚀或抛光形成减 反射膜，减少光的反射损失。
晶硅太阳电池的结构简单、可靠性高 、寿命长，是目前商业化应用最广泛 的太阳电池类型之一。
03
优化表面结构
通过化学气相沉积、物理气相沉积等 方法，在硅片表面形成减反射层和钝 化层，减少反射损失和表面态对载流 子的俘获。
降低制造成本的技术
01
02
03
优化生产流程
简化生产流程，降低生产 过程中的能耗和物耗，提 高生产效率。
降低硅片厚度
通过改进切片工艺，降低 硅片的厚度，减少材料消 耗，同时提高光电转换效 率。
05
晶硅太阳电池的应用与市 场前景
光伏电站建设
集中式光伏电站
利用大面积荒地、沙漠等建立的大型光伏电站，接入高压输电系统，为远距离供电提供清洁能源。
分布式光伏电站
在屋顶、空地等场所建立的小型光伏电站，就地接入配电网，为周边用户提供电力。
分布式光伏发电系统
家庭光伏发电系统
利用家庭屋顶、阳台等空间安装光伏板 ，将太阳能转化为电能供家庭使用。
去磷硅玻璃
去除扩散过程中形成的磷硅玻璃，避免对电池性能产生影响。
晶硅太阳能电池制造工艺流程及工序简介
17
ser刻蚀工序
❖ Laser刻蚀的目ห้องสมุดไป่ตู้、作用： 用激光切出绝缘沟道，可以使电池短路，减少电流泄漏。
硅片经Laser刻蚀后的示意图
18
7. 测试分选工序
❖ 主要是测量电池片的短路电流（JSC）、开路电压（VOC）、 填充因子（FF），经计算得出电池的光电转换效率（η） 。
❖ 根据电池的光电转换效率（η）对电池片进行分类。
2PO 5Si 5SiO 4P
25
2
这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。
去除磷硅玻璃的目的、作用：
1. 磷硅玻璃的厚度在扩散中工艺难控制，且其工艺窗口太小，不稳 定。
2. 磷硅玻璃的折射率在1.5左右，比氮化硅折射率（2.07左右）小， 若磷硅玻璃较厚会降低减反射效果。
3. 磷硅玻璃中含有高浓度的磷杂质，会增加少子表面复合，使电池 效率下降。
13
2. 扩散（POCl3液态扩散）
❖ 扩散的目的：制造太阳能电池的PN结。
❖ PN结是太阳能电池的“心脏” 。 ❖ 制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质在半导体晶体内的一个
区域中占优势（P型），而使施主杂质在半导体内的另外一个区域 中占优势（N型），这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型 和N型半导体的接触。
2
单晶硅太阳电池
3
多晶硅太阳电池
4
非晶硅太阳电池
5
2. 硅太阳电池的制造工艺流程
❖ 下面我们就硅太阳电池的制造工艺流程以及各工序进行简 单的介绍。
❖ 晶体硅太阳能电池制造的常规工艺流程主要包括：硅片清 洗、绒面制备、扩散制结、（等离子周边刻蚀）、去 PSG(磷硅玻璃) 、PECVD 减反射膜制备、电极(背面电极、 铝背场和正电极) 印刷及烘干、烧结、Laser和分选测试等。 同时,在各工序之间还有检测项目,主要有抽样检测制绒效果、 抽样 测方块电阻、抽样测氮化硅减反射膜厚度和折射率等 项目。
ser刻蚀工序
❖ Laser刻蚀的目ห้องสมุดไป่ตู้、作用： 用激光切出绝缘沟道，可以使电池短路，减少电流泄漏。
硅片经Laser刻蚀后的示意图
18
7. 测试分选工序
❖ 主要是测量电池片的短路电流（JSC）、开路电压（VOC）、 填充因子（FF），经计算得出电池的光电转换效率（η） 。
❖ 根据电池的光电转换效率（η）对电池片进行分类。
2PO 5Si 5SiO 4P
25
2
这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。
去除磷硅玻璃的目的、作用：
1. 磷硅玻璃的厚度在扩散中工艺难控制，且其工艺窗口太小，不稳 定。
2. 磷硅玻璃的折射率在1.5左右，比氮化硅折射率（2.07左右）小， 若磷硅玻璃较厚会降低减反射效果。
3. 磷硅玻璃中含有高浓度的磷杂质，会增加少子表面复合，使电池 效率下降。
13
2. 扩散（POCl3液态扩散）
❖ 扩散的目的：制造太阳能电池的PN结。
❖ PN结是太阳能电池的“心脏” 。 ❖ 制造PN结，实质上就是想办法使受主杂质在半导体晶体内的一个
区域中占优势（P型），而使施主杂质在半导体内的另外一个区域 中占优势（N型），这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型 和N型半导体的接触。
2
单晶硅太阳电池
3
多晶硅太阳电池
4
非晶硅太阳电池
5
2. 硅太阳电池的制造工艺流程
❖ 下面我们就硅太阳电池的制造工艺流程以及各工序进行简 单的介绍。
❖ 晶体硅太阳能电池制造的常规工艺流程主要包括：硅片清 洗、绒面制备、扩散制结、（等离子周边刻蚀）、去 PSG(磷硅玻璃) 、PECVD 减反射膜制备、电极(背面电极、 铝背场和正电极) 印刷及烘干、烧结、Laser和分选测试等。 同时,在各工序之间还有检测项目,主要有抽样检测制绒效果、 抽样 测方块电阻、抽样测氮化硅减反射膜厚度和折射率等 项目。
《太阳能电池工艺》PPT课件
等离子体刻蚀原理
等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反响，使反响气体激 活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻 蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进展反响，形成挥发性生成 物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好 的物理形貌 。〔这是各向同性反响〕
这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。
首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下 分解成多种
中性C 基 团F e或 离C 子,。C F,C FF FC ,以 , 它 及们的离
4
3
2
其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到 达SiO2表
面，并在外表上发生化学反响。
《太阳能电池工艺》PPT 课件
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
晶体硅太阳电池的根本工作原理
太阳电池是以光生伏特效应为根底制备 的。所谓光生伏特效应就是某种材料吸收了 光能之后产生电动势的效应。尤其是在半导 体内，光能转换为电能的效率特别高。
太阳电池工作原理可概括为以下几个过程： 1.光的照射，如单色光，太阳光等。 2.光子注入到半导体内部后，激发电子-空穴
半导体光照后的变化
3.必须有一个静电场。绝大局部太阳电池利 用P-N结势垒区的静电场实现别离电子-空穴 对的目的。 4.被别离的电子和空穴，经由电极收集输出 到电池体外，形成电流。
25
2
由上面反响式可以看出，POCl3热分解时，如果没有外来 的氧〔O2〕参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分 解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的外表状态。但 在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放 出氯气〔Cl2〕其反响式如下：
太阳能电池工艺培训资料PPT课件
2P O 5Si 5SiO 4P
25
2
17
POCl3磷扩散原理
在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：
4POCl3 5O2 2P2O5 6Cl2
POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反 应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散 。
方块电阻也是标志进入半导体中的杂质 总量的一个重要参数。
21
方块电阻的定义
考虑一块长为l、宽 为a、厚为t的薄层
如右图。如果该薄 层材料的电阻率为ρ， 则该整个薄层的电
阻为
R l ( )( l )
ta t a
当l=a（即为一个方块） 时，R=ρ/t。可见，（ρ/t） 代表一个方块的电阻，故称
为方块电阻，特记为R□= ρ/t (Ω/□)
22
刻蚀
湿法刻蚀原理:
利用HNO3和HF的混合液体对硅片 表面进行腐蚀,去除边缘的N型硅,使得 硅片的上下表面相互绝缘。
24
1）工序步骤 刻边→碱洗 →酸洗（去PSG）→吹干
2）用到药品：HNO3， HF， KOH 3） SPC:硅片各边的绝缘电阻>1000欧姆 刻蚀宽度：0.5-1.5um 滚轮速度范围 0.5~1.5m/min
Reflectance
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
Wavelength (nm)
smooth texture
单晶硅片表面反射率
《太阳能电池制造工艺工艺流程以及工序简介》PPT模板课件
(b). 多晶制绒---RENA InTex
3 S i 2 H N O 3 1 8 H F 3 H 2 S i F 6 0 . 4 5 N O 1 . 3 5 N O 2 0 . 1 N 2 O 4 . 2 5 H 2 2 . 7 5 H 2 O
目的与作用：
（1）去除单晶硅片表面的机械损 伤层和氧化层。 （2）有效增加硅片对入射太阳光的 吸收,从而提高光生电流密度，提高单 晶硅太阳能电池的光电转换效率。
去除磷硅玻璃的目的、作用：
1. 磷硅玻璃的厚度在扩散中工艺难控制，且其工艺窗口太小，不稳 定。
2. 磷硅玻璃的折射率在1.5左右，比氮化硅折射率（2.07左右）小， 若磷硅玻璃较厚会降低减反射效果。
3. 磷硅玻璃中含有高浓度的磷杂质，会增加少子表面复合，使电池 效率下降。
2. 扩散（POCl3液态扩散）
(c). 去磷硅玻璃---PSG
在扩散过程中发生如下反应：
4 P C l3 5 O 2 2 P 2 O 5 6 C l2
POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面， P2O5与Si反应生成SiO2和 磷原子：
2 P O 5 S i5 Si 4 O P
25
2
这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。
2 P 2 O 5 5 S 9 i 0 C 以 0 5 上 S2 i 4 O P
4 P5 C 5 O 2 l 2 P 2 O 5 1C 0 2 l
3.沉积减反射膜（PECVD）工 序
❖ 沉积减反射膜的作用、目的：
1. 沉积减反射膜实际上就是对电池进行 钝化。钝化可以去掉硅电池表面的悬 空键和降低表面态，从而降低表面复 合损失，提高太阳电池的光电转换效 率。
晶体硅太阳电池制造工艺课件PPT
不能与硅 片和片盒 接触
垫海绵
插片
三、单晶硅片的制绒
（三）单晶制绒工艺流程
2、上料
（1）硅片插完后，取出片盒
底部的海绵，扣好压条。化学
药剂称重上料
（2）将已插好硅片的片盒整
齐、有序的装入包塑的不锈钢
花篮中，片盒之间有适当的间 隔。
上料
三、单晶硅片的制绒
（三）单晶制绒工艺流程
3、参数设置 加热制绒液体到设定温度以后，根
三、单晶硅片的制绒
（四）影响单晶制绒的因素
（1）印背电极：用银-铝浆，起导通作用，进行组件组装时方便焊接 3、硅片清洗完未及时甩干，会有水纹印产生。 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O （易挥发的四氟化硅气体 ） 任务四 减反射膜的制备
3、掌握材料的光2学、特性腐。 蚀速率快慢影响因子
制绒与减反射膜是两个不同的工艺，都是高效电池工艺的一部分。 任务一 硅片的清洗制绒
项目一 晶体硅太阳电池制造工艺 项目导入 知识目标 技能目标
项目导入
通过前面的学习，我们掌握了半导体的一 些理论知识，了解了由石英砂到硅片的加工过 程。但是，硅片的制备目的是什么呢？主要是 为了下一步晶体硅电池片的制备。晶体硅太阳 电池的制备工艺有哪些呢？从今天开始我们就 进行这些方面的学习。
知识目标
盐酸 HCl
三、单晶硅片的制绒
（三）单晶制绒工艺流程
一共有10个槽，5、6、8、10槽中是去离子水 异丙醇（Isopropanol IPA）(CH3)2CHOH 表面湿润作用 Na2SiO3·9 H2O作用：表面活性剂，以加快硅的腐蚀。 氢氟酸作用：去除硅表面的硅酸钠以及氧化物。主要反应 方程式为：
1、掌握所用硫酸、硝酸、氢氟酸、氢氧 化钠、三氯氧磷等药液的特性，所发生的 化学方程式。 2、掌握晶体缺陷的类型。 3、掌握材料的光学特性。 4、了解半导体的欧姆接触特性。
单晶硅太阳电池工艺PPT演示文稿
目前大多数厂商采用中电48所和北京七星华创的国产扩散炉，国产炉扩散的均
匀性不好，气流量大，炉口密封性不好，常有绿色的偏磷酸生成。国外
Centrotherm公司生产的扩散炉也有少数公司采用，效果很好，缺点是编辑新扩散
工艺不方便，要求工艺人员会计算机编程语言才能编写工艺程序。
以下是我编写的一个扩散工艺recipe,采用了小气流量扩散工艺。
溶液中。
这里顺便提一下，国外的公司进行边缘刻蚀采用了激光刻蚀，用激光将
硅片边缘切除达到去N型区的目的，这一步在做成成品电池后进行，激光器
加在了烧结炉和Berger测试仪之间（后面会提及）。国内也尝试过这种办法，
但是激光刻蚀国内公司使用总是不稳定，所以很少有公司添加了这种设备，
拥有这种设备的公司一般只是在等离子刻蚀不完全时加上激光刻蚀，防止反
向漏电大现象。
10
Edge isolation and remove PSG
11
PECVD
镀膜的原理相信大家都很清楚，单晶硅电池 镀膜的主要作用是减反射和钝化硅片表面悬 挂键。国内厂商所用的镀膜设备主要有两种， Roth&Rau公司的板式镀膜机和Centrotherm 的管式镀膜机。此外，中电48所采用自主制 造的管式镀膜机，南京中电采用了ATON 的 PVD镀膜。后面附上了板式PECVD设备的 一些图片，很遗憾没有管式设备的全貌图,右 边小角是管式设备镀膜装硅片所用的石墨舟。 商业化生产单晶硅电池镀膜主要是镀单层氮 化硅，厚度控制在75-80nm,折射率在2.0-2.1
验的工艺人员在场控制。
制绒工艺所用的化学辅料现在普遍是NaOH,异丙醇和硅酸钠。有个别公司不用硅酸钠。
5
扩散前清洗
制绒后会进行扩散制结，在扩散前要进行 酸洗，洗去硅片表面附着的金属离子。主 要采用盐酸溶液，清洗机一般采用捷佳创 和北京七星华创的。清洗作业还要用到HF 溶液，洗去硅片表面上的薄氧化层。硅片 经过两种酸液的清洗顺序没有严格要求， 一般是先经过HCl，再经过HF。
《晶硅太阳电池工艺》幻灯片
joe
11
PECVD
镀膜的原理相信大家都很清楚，单晶硅电池 镀膜的主要作用是减反射和钝化硅片表面悬 挂键。国内厂商所用的镀膜设备主要有两种，
Roth&Rau公司的板式镀膜机和 Centrotherm的管式镀膜机。此外，中电48 所采用自主制造的管式镀膜机，南京中电采
用了ATON 的PVD镀膜。后面附上了板式 PECVD设备的一些图片，很遗憾没有管式设 备的全貌图,右边小角是管式设备镀膜装硅片
下外表用夹具挡住，只留出侧边放入等离子刻蚀机进展干 刻，刻蚀气体为CF4和O2,比例10:1即可。刻蚀后，用冷 热探针接触硅片边缘，显示“P〞即可，或用万用表的触 笔测试边缘，电阻大于5000欧亦可。现今一些大公司引 进了德国的RENA湿法刻蚀设备，使硅片在滚轮上漂浮通
过硝酸、硫酸、氢氟酸的混合溶液，利用“虹吸原理〞使 硅片边缘吸入酸液腐蚀掉N型区，同时硅片反面的绒面构 造被腐蚀平整。大规模生产后证明，湿法刻蚀相对于干法 刻蚀，将电池效率提高了0.15-0.2%。
《晶硅太阳电池工艺》幻 灯片
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
目录
Test wafers Texturing Cleaning before diffusion Diffusion Edge isolation and remove PSG PECVD Screen printing and firing SE solar cells introduce
左图为四探针测方阻，
右图为少子寿命测试仪
晶硅太阳能电池工艺简介
扩散设备及扩散间设备操作
扩散管路原理图
扩散根本步骤
扩散工序检测内容
• 方块电阻〔四探针测试仪〕 • 少子寿命〔semilab WT1000)
方块电阻的意义及测量
• 扩散层的薄层电阻也称方块电阻，即外表为正方形的半导体薄层在 电流方向〔电流方向平行于正方形的边〕所呈现的电阻。用Rs和 R□表示，sheet resistance。一般用四探针法测量。
为什么有一 面没有结？
扩散制结根底〔diffusion〕
• 制结过程是在一块半导体基体材料上生成导电类型不同的半导体层。 制结方法有热扩散，离子注入，外延，激光及高频电注入法等。
• 扩散是物质分子或原子运动引起的一种自然现象，热扩散制p—n结 法为用加热方法使V族杂质掺入P型或Ⅲ族杂质掺入N型硅而制成。硅 太阳电池中最常用的V族杂质元素为磷，Ⅲ族杂质元素为硼。制结方 法为使磷元素在扩散进硼掺杂的半导体，在两种掺杂的半导体交界处 形成PN结。
硅片
机械损伤 层（4~10 微米）
硅表面损伤层去除
单晶硅绒面减反射示意图
单晶制绒原理：
<100>面晶体硅在碱性溶液中由于各向异性腐蚀，形成金字塔构造：
Si 6OH- SiO32- 3H2O 4e 4H 4e 2H2 总反响方程式为： Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+ 2H2
• Rs=ρ/t (其中ρ为块材的电阻率,t为块材厚度〕方块电阻的大小直 接反映了扩散入硅内部的净杂质总量
• 对于太阳能电池扩散工艺，可以认为硅片周围的杂质浓度是恒定的， 不随时间而改变，硅片的外表浓度Ns保持不变。杂质在硅中的分 布近似为余误差分布。
N(x,t) Ns erfc(x / Dt )
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
PECVD工艺
（一） 在辉光放电条件下，由于硅烷等离子体中的电子具有几个ev 以
上的能量，因此H2和SiH4受电子的碰撞会发生分解，此类反应 属于初级反应。若不考虑分解时的中间激发态，可以得到如下 一些生成SiHm（m=0,1,2,3）与原子H 的离解反应：
PECVD工艺
e+SiH4→SiH2+H2+e (2.1) e+SiH4→SiH3+H+e (2.2) e+SiH4→Si+2H2+e (2.3) e+SiH4→SiH+H2+H+e (2.4) e+H2→2H+e (2.5) 按照基态分子的标准生产热计算，上述各离 解过程(2.1)~(2.5)所需的能量依次为2.1、4.1、4.4、 5.9eV 和4.5eV。
N-Si
空气或玻璃 n0=1 or 1.5；
硅 n2=3.87；
SiN减反膜的最佳折射率n1为 1.9或
2.3；
PECVD工艺
一般说来,采用PECVD 技术制备薄膜材料时，薄膜的生长主要包含以下三 个基本过程： （一）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； （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； （三）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。
PECVD工艺
➢ 钝化作用 PECVD沉积SiN膜时，反应产生的气体中含氢，因此沉积的薄膜中有较高的氢含 量，氢会从SiN薄膜中释放，扩散到界面和硅中，最终与悬挂键结合，起到钝化 作用。
PECVD沉积SiN薄膜会有一定程度的表面损伤，形成较多空位。空位能增强氢的 扩散，和氢形成氢－空位对{V、H}＋。使氢更容易与缺陷及晶界处的悬挂键结 合，从而减小界面态密度和复合中心。
PECVD工艺
近代科学研究的结果表明，物质除了具有固态、液态和气态的这三种 早为人们熟悉形态之外，在一定的条件下，还可能具有更高能量的第四种 形态——等离子体状态。普通气体由电中性的分子或原子组成，而等离子 体则是带电粒子和中性粒子的集合体。等离子体和普通气体在性质上更是 存在本质的区别，首先，等离子体是一种导电流体，但是又能在与气体体 积相比拟的宏观尺度内维持电中性；其次，气体分子间不存在净电磁力， 而等离子体中的带电粒子之间存在库仑力；再者，作为一个带电粒子体系， 等离子体的运动行为会受到电磁场的影响和支配。因此，等离子体是完全 不同于普通气体的一种新的物质聚集态。
31 PECVD相关定义
➢ PECVD --等离子增强的化学气相沉积 Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
➢ 等离子体--气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电 子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态， 这种形态就称为等离子态。
对于多晶硅和其它低质量的硅片（如硅带），因为体内具有大量的空位、缺陷 和晶界等，沉积SiN膜后能获得很好的表面和体内钝化效果。因此，SiN膜在低 质量硅片制作的电池上的钝化效果更为明显。
PECVD工艺
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。
PECVD工艺
PECVD工艺
32 PECVD减反射膜的作用
为什么要做减反射膜
➢ 硅片经扩散到腐蚀周边工序后，已具备光电转换能力。但是，由于光在硅 表面的反射使光损失约1/3，即使经绒面处理的硅表面，损失仍约为11%。 为减少反射损失，根据薄膜干涉原理，在电池表面制作一层减反射膜，使 电池短路电流和输出增加。
PECVD工艺
Reflectance(0-1)
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Wavelength(nm)
化学清洗后硅片反射率 沉积SiN膜后的反射率Biblioteka ECVD工艺SiN膜的作用
➢ 减反射作用
照射到硅片上的光有相当一部分会被反射掉。如果在硅表面制备一 层或多层薄膜，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，这 种膜称为太阳电池的减反射膜ARC(antireflection coating)。制备减反 射膜后，电池的短路电流会有很大增加，转换效率相应也有很大提 高。
PECVD工艺
此外，随反应过程(2.1)~(2.5)生成的SiHm也会发生下列的次 级反应而电离，例如 ➢SiH+e→SiH++2e (2.10) ➢SiH2+e→SiH2++2e (2.11) ➢SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
3 PECVD的原理
硅基光伏电池有不 同的光谱响应灵敏度，能 够产生光伏效应的太阳辐 射波长范围一般在0.41.2um左右，从图中可以 看出硅基光伏电池光谱响 应最大灵敏度在0.80.95um之间。
硅基光伏电池的相对光谱响应曲线
一次反射R1
n0
n1
d1
ns
PECVD工艺
二次反射R2 SiN
通过调整薄膜厚度及折射率，使得 两次反射产生相消干涉，反射光相 位相差180度即光程差为1/2波长。 薄膜的厚度应该是1/4波长的光程， 即光程差n1d1=λ/4。
PECVD工艺
等离子体内的高能量电子还能够发生如下的电离反应： – e+SiH4→SiH2++H2+2e (2.6) – e+SiH4→SiH3++ H+2e (2.7) – e+SiH4→Si++2H2+2e (2.8) – e+SiH4→SiH++H2+H+2e (2.9)
• 以上各电离反应(2.6)~(2.9)需要的能量分别为11.9，12.3， 13.6和15.3eV，由于反应能量的差异，因此(2.1)~(2.9)各反应 发生的几率是极不均匀的。
晶硅太阳能电池加工工艺
1
硅片检测
6
丝网印刷
7
烧结
2
清洗制绒
5 PECVD
8
检测分选
3
磷扩散
4 洗磷刻蚀
晶硅电池生产工艺流程
目录
1
工艺原理
2
设备介绍
3
工艺控制
4
过程检验
PECVD工艺
1
工艺原理
12PECVD相关定义 2 PECVD减反射膜的作用 3 PECVD原理 4 减反射膜的种类及特点
PECVD工艺