晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究讲解
太阳能电池片镀减反射膜
抛光硅表面的反射率为35%,为了减少表面反射,提高电池的转换效率,需要沉积一层氮化硅减反射膜。
现在工业生产中常采用PECVD设备制备减反射膜。
PECVD即等离子增强型化学气相沉积。
它的技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。
一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在70nm左右。
这样厚度的薄膜具有光学的功能性。
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。
太阳能电池PECVD-工作工艺原理
江西瑞晶太阳能高科技有限公司
目录
PECVD的作用 PECVD的原理 PECVD工艺参数的调整 安全
定义
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：Microwave Remote Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 微波间接等离子增强化学气相沉积
颜色 硅本色
氮化硅颜色与厚度的对照表
厚度（nm）
颜色
厚度 （nm）
颜色
厚度（nm）
0-20
很淡蓝色 100-110 蓝 色 210-230
褐色
20-40
硅 本 色 110-120 蓝绿色 230-250
黄褐色
40-50
淡 黄 色 120-130 浅绿色 250-280
红色
55-73
黄 色 130-150 橙黄色 280-300
Wavelength(nm)
化学清洗后硅片反射率 沉积SiN膜后的反射率
PECVD的作用
PECVD的作用
钝化太阳电池的受光面
钝化膜(介质) 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的作用
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。
参数
范围
对SiN膜的作用
备注
沉积腔压力
总气体流量
工作气体比 （QNH3/QSiH4) 承载框传输速度
反应温度
微波功率 （对一个微波源）
太阳电池PECVD培训讲义
&1 PECVD:(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 等离子增强的化学气相沉积 &1.1工艺目的介绍：在太阳电池表面沉积深蓝色减反膜-SiN 膜。
其作用如下：*在电池片正表面镀一层减反增透膜，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。
除Si 3N 4膜外，TiO2，SiO2也可作为减反膜。
&1.1.1减反射膜：f v •=λ211221sin sin v v n n ==θθ21λλ= v c n v c n n =⇒=0n cv =⇒ 如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好为 π ，即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。
适当选择膜层折射率，这时光学表面的反射光可以完全消除。
标志氮化硅膜的两个参数：膜厚、折射率减反射膜的测量对于一个顶角为θ、折射率为n 待测的棱镜,将它放在空气中(n1=n2=1)。
当棱镜第一表面的入射(2)角i1等于在第二表面的折射角折射率测量时，偏向角达到最小值δmin ，则 (2) 用测角仪测定 δmin(图1)和θ，便可算出n 。
&1.1.2氢钝化：钝化硅体内的悬挂键等缺陷。
在晶体生长中受应力等影响造成缺陷越多的硅材料，氢钝化的效果越好。
氢钝化可采用离子注入或等离子体处理，在多晶硅太阳电池表面采用PECVD 法镀上一层氮化硅减反射膜，由于反应物分解时产生氢离子，对多晶硅可产生氢钝化的效果。
应用PECVD ，Si 3N 4可使表面复合速度小于20cm/s&1.1.2表面保护：SiN 膜具有卓越的抗氧化和绝缘性能，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力；它的化学稳定性也很好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，其它酸与它基本不起作用。
&1.2 PECVD 的原理：等离子体：↑+→+24335034H 12N i 43S NH SiH ℃等离子体+---+++→H SiH Si S SiH ℃6H iH 332233504等离子体+--++→H N N NH ℃3H H 2223503等离子体PECVD 技术原理是利用强电场或者磁场使所需的气体源分子电离产生等离子体，等离子体中含有很多活性很高的化学基团，这些集团经一系列化学和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。
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。
PECVD技术制备光学减反射膜工艺探索
0引言
等离子体增强化学气相沉积技术 （ PECVD） 技 术具有沉积温度低，设备简单、工件变形小、绕镀性 能好、涂层均匀、调制成分方便等优点，在半导体集 成电路研 究、生 产 中 已 得 到 十 分 广 泛 地 应 用［1，2］。 而在光学薄膜的制作工艺方面，多年来绝大多采用 的仍 是 物 理 气 象 沉 积 的 方 法 （ PVD ） 方 法。 而 PECVD 技术可以在沉积薄膜的过程中加入间隙元 素，以过渡元素置换部分键位形成三元、四元甚至更 多元复合薄膜，大大地提高了光学薄膜的可调控性 和光谱特性［3］。因此，PECVD 方法在光学薄膜，尤 其是梯度光学薄膜研制中的应用是一个崭新的课 题。
1 实验方法及装置
采用日本 SAMCO 公司生产的 PD-220 型等离 子体增强化学气相沉积系统作为薄膜沉积设备。它 采用两圆型铝制平行平板作为上下电极，通过配网 耦合到上下极板上，射频电源频率为 13． 56 MHz。 样品采用电阻式加热，最高加热温度 400℃ ，均匀性 较好； 为了获得更均匀的气场，上极板采用淋浴头型 多孔结构（ 单个孔径 0． 5mm） ，原理图如图 1 所示。
n / （ 550nm） 1． 85 1． 76 1． 65 1． 57 1． 47
2 光学减反射膜样片的试制与误差分析
2． 1 G | 2HL | A 样片试制
基底： K9 玻璃； 试制中心波长 λ0 = 550nm； 高折
射率材料
n H
= 1．
85，低折射率材料
n L
=
1．
47；
400nm
pecvd淀积sio2薄膜工艺研究
pecvd淀积sio2薄膜工艺研究PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种常用的薄膜制备技术，其在半导体、光电子和微电子领域有广泛应用。
本文将以PECVD淀积SiO2薄膜工艺为研究对象，探讨其工艺原理、参数对薄膜性能的影响以及优化方法等方面内容。
一、工艺原理PECVD是一种在低压和高频电源激励下进行的化学气相沉积技术。
其原理是通过电离的等离子体将前驱体气体分解成活性物种，然后在衬底表面发生化学反应，最终形成所需的薄膜。
二、工艺参数1. 前驱体气体：常用的SiO2前驱体气体有TEOS（四乙氧基硅烷）和SiH4（硅烷）等。
不同的前驱体气体会影响薄膜的化学组成和物理性质。
2. 气体流量：控制前驱体气体的流量可以调节沉积速率和薄膜厚度。
3. 气体比例：混合气体中各种气体的比例会对薄膜的化学组成和性质产生影响。
4. 沉积温度：温度对薄膜的致密性、结晶度和附着力等性能有重要影响。
5. 沉积压力：沉积压力是控制沉积速率和薄膜致密性的重要参数。
三、薄膜性能1. 厚度均匀性：PECVD技术可以实现较好的均匀性，通过调节沉积参数可以进一步改善薄膜的均匀性。
2. 化学组成：前驱体气体的选择和混合比例会影响薄膜的化学组成，从而影响其介电性能、光学性质等。
3. 结晶度：沉积温度和沉积压力对薄膜结晶度有重要影响，高温和高压可以提高薄膜的结晶度。
4. 压电性能：SiO2薄膜具有压电效应，可以应用于传感器、压电驱动器等领域。
四、优化方法1. 参数优化：通过调节沉积温度、沉积压力、气体流量等参数，可以获得理想的薄膜性能。
2. 前处理：在沉积前对衬底进行清洗和表面处理，可以提高薄膜的附着力和致密性。
3. 薄膜后处理：对沉积后的薄膜进行退火、氧化等处理，可以改善薄膜的性能和稳定性。
PECVD淀积SiO2薄膜工艺是一种重要的薄膜制备技术，其工艺参数和薄膜性能之间存在着密切的关系。
[能源化工]太阳电池PECVD工艺
![[能源化工]太阳电池PECVD工艺](https://img.taocdn.com/s3/m/58bc0f78dcccda38376baf1ffc4ffe473368fde6.png)
--- 是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形 成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在硅片上沉积出 所期望的薄膜。
所用的活性气体为SiH4和NH3。这些气体经解离后反应，在硅片上 长出氮化硅膜。可以根据改变硅烷对氨的比率，来得到不同的折射指数。 在沉积工艺中，伴有大量的氢原子和氢离子的产生，使得晶片的氢钝化性 十分良好。
池响应峰值在0.8-0.9um，减反射最好
效果在0.6um左右(0.5um~0.9um)。
当光学厚度等于四分之一波长时，反射
率接近于零，即：
d1
1 4
'
n1
8
SiNx减反射机理：
9
Si3N4膜的认识
Si3N4膜的颜色随着它的厚度的变化而变化，其理想的厚度是 73—77nm之间，表面呈现的颜色是深蓝色，Si3N4膜的折射率在 1.9—2.1之间为最佳，与酒精的折射率相乎，通常用酒精来测其折 射率。
20
反应过程
21
Tube内反应
Plasma : 40kHz 脉冲 RF generator 峰值 RF 功率密度
300W/l (10kW) or 150W/l (5kW) RF 电场强度：30-40kV/m 电极区域：5 m2 Power flux < 1kW/m2
22
PECVD设备结构示意图
H
15 H
Si
Si Si
Si
Si
Si
多晶硅电池片生产流程
原始硅片 前清洗-制绒
包装 分类检测
扩散
后清洗-去磷硅玻璃
PECVD
丝网印刷
PECVD工艺流程
石墨舟及硅片准备 管内充氮气 进舟
抽真空，压力测试 NH3预清理和检查
晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究讲解
毕业论文题目晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究目录摘要 (1)绪论 (3)第一章 PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理 (6)1.1化学气相淀积技术 (6)1.2 PECVD原理和结构 (6)1.3 PECVD薄膜淀积的微观过程 (8)1.4 PECVD淀积氮化硅的性质 (9)1.5表面钝化与体钝化 (9)第二章实验 (11)2.1 PECVD设备简介 (11)2.2 PECVD设备操作流程 (13)2.3 SiN 减反射膜PECVD淀积工艺流程 (13)2.4最佳薄膜厚度和折射率的理论计算 (13)2.5 理论实验总结 (15)结束语 (16)参考文献 (17)晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究摘要等离子增强化学气相淀积氮化硅减反射薄膜已经普遍应用于光伏工业中，其目的是在晶体硅太阳能电池表面形成减反射薄膜，同时达到了良好的钝化作用。
氮化硅膜的厚度和折射率对电池性能都有重要的影响。
探索最佳的工艺条件来制备最佳的薄膜具有重要意义。
本课题是利用Roth&Rau的SiNA设备进行淀积氮化硅薄膜的实验，介绍了几种工艺参数对薄膜生长的影响，获得了生长氮化硅薄膜的最佳工艺条件，制作出了高质量的氮化硅薄膜。
实验中使用了椭偏仪对样品进行膜厚以及折射率的测量。
关键词：等离子增强化学气相淀积，氮化硅薄膜，太阳能电池，光伏效应，钝化ABSTRACTSiN Film plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment.Key words:PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, passivation第一章绪论从2003年开始，全球化石能源的缺乏引发了能源价格不断攀升，可再生能源也因此得到了更多的重视，太阳能光伏行业迎来了发展的春天。
pecvd淀积sio2薄膜工艺研究
pecvd淀积sio2薄膜工艺研究PECVD是一种常用的薄膜制备技术，被广泛应用于微电子设备、光电器件和传感器等领域。
其中，PECVD淀积SiO2薄膜是一项重要的研究课题。
本文将探讨PECVD淀积SiO2薄膜的工艺研究。
介绍PECVD的原理和工艺。
PECVD是基于等离子体化学气相沉积技术，通过高频电场激发工作气体形成等离子体，在等离子体的作用下，将气相中的前驱体分解并沉积在基底上形成薄膜。
在PECVD 淀积SiO2薄膜的工艺中，常用的前驱体有硅源（如SiH4）和氧源（如O2或N2O），同时还可添加掺杂源来控制薄膜的性质。
讨论SiO2薄膜的制备参数对薄膜性质的影响。
在PECVD淀积SiO2薄膜的过程中，各种制备参数包括沉积温度、前驱体浓度、气体流量、沉积时间等都会对薄膜的性质产生影响。
例如，提高沉积温度可以增加薄膜的致密性和抗热膨胀性，但也会降低薄膜的介电常数。
通过调节这些参数，可以实现对SiO2薄膜性质的精确控制。
然后，探讨PECVD淀积SiO2薄膜在微电子器件中的应用。
SiO2薄膜具有优良的绝缘性能和化学稳定性，因此广泛应用于微电子器件中的绝缘层和介电层。
例如，在MOSFET器件中，SiO2薄膜用作栅氧化物，起到隔离栅极和衬底的作用。
此外，SiO2薄膜还可用于制备光波导、薄膜电容器等器件。
讨论PECVD淀积SiO2薄膜工艺的发展趋势和挑战。
随着微电子器件的不断发展，对SiO2薄膜的要求也越来越高。
例如，需要更薄的薄膜、更高的介电常数和更低的漏电流。
因此，研究人员正在积极探索新的前驱体、改进工艺参数和引入新的淀积技术，以满足微电子器件对SiO2薄膜的不断需求。
PECVD淀积SiO2薄膜工艺的研究对于微电子器件的制备和应用具有重要意义。
通过对制备参数的优化和工艺的改进，可以实现对SiO2薄膜性质的精确控制，满足微电子器件对薄膜的要求。
未来，随着技术的不断进步，相信PECVD淀积SiO2薄膜工艺将在微电子领域发挥更加重要的作用。
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氮化硅薄膜是一种具有优异性能和广泛应用的材料。
在集成电路、太阳能电池和液晶显示器等领域，PECVD氮化硅薄膜被广泛应用作为绝缘层、阻隔层和抗反射层等。
本文通过对PECVD氮化硅薄膜的性质及其制备工艺的研究，以期提高氮化硅薄膜的性能和优化其制备工艺。
1.1 物理性质PECVD氮化硅薄膜的密度在2.0~2.25 g/cm^3之间，硬度在8~12 GPa之间。
它的折射率范围在1.9~2.2之间，其红外吸收波长范围在800~1200 cm^-1之间。
PECVD氮化硅薄膜的电容率介于6~10之间，导电率非常低（10^-10~10^-12 S/cm），具有优异的绝缘性能。
此外，它还具有优异的热稳定性和低介电损耗。
PECVD氮化硅薄膜的折射率与波长有关，在400~700 nm范围内，其折射率略高于SiO2（1.45），在700~1100 nm范围内，其折射率略低于SiO2（1.45）。
由于其折射率与波长有一定关联，因此可以通过控制PECVD过程参数来调节其光学性能。
2. 制备工艺2.1 基质清洗在PECVD过程中，基质表面的污染物会降低薄膜的质量和性能，因此基质必须进行彻底的清洗。
常见的基质清洗方法包括化学方法和物理方法，比如超声波清洗和高温退火等。
在基质清洗过程中，应该避免使用含氢氧化物的清洗剂，因为其可能引起基质表面的氧化。
2.2 气氛控制PECVD过程需要在惰性气氛下进行，以避免氧化反应的发生。
此外，通过控制反应器内的压力控制反应速率和薄膜的厚度。
在一定程度上，反应器内气氛的化学组成对薄膜的性质也有影响。
2.3 元素掺杂通过将杂质元素引入PECVD反应中，可以改变氮化硅薄膜的性能和特性，比如提高其导电性和光学透过率等。
元素掺杂的方法包括共淀积和后修饰等。
PECVD过程中的工艺参数包括沉积时间、温度、功率、压力等。
这些参数的变化都会对薄膜的性质和质量产生影响。
通过优化工艺参数，可以改善PECVD氮化硅薄膜的性质。
PECVD法制备硅太阳电池SiN薄膜工艺研究进展
G. Santana 等 人 研 究 发 现 , 用 二 氯 甲 硅 烷 ( SiC l2 H2 ) 和氨气沉积 SiN 薄膜 , 射频功率在 30 W 时 , NH3 / Sicl2 H2 的比例从 10减小到 215的过程 中 , Si- H 键依然可以形成 , 而 N - H 键浓度却在 降低 , 当比例降到 1 时 , N - H 键浓度 、折射系数 和沉积速率都增加 。而射频功率大于 60 W 时 , Si - H 键 、N - H 键都随能量的增加而减少 [ 13 ] 。因此 用此方法制备 SiN 薄膜时 , 射频功率最好在 30 到 60W 之间 。用硅烷 ( SiH4 ) 的氨气制备 SiN 薄膜 时 , 射频功率因设备而异 , 在 30 W 到 315 kW 的 范围都有应用, 并都能制备高质量的薄 膜 , [ 7 ] [ 9 ] [ 14 - 16 ] 但总的来说 , 射频的功率不宜过低 , 太低影响反应气体的充分分解 , 过高又会对衬底和 薄膜表面造成轰击损伤 , 影响薄膜的质量 。 213 NH3 和 S iH4 的流速
2009年 6月 第 38卷第 3期
(总第
216期
)
云南冶金
YUNNAN METALLURGY
Vo l138.
Jun. 2009 No13 ( Sum
216)
PECVD法制备硅太阳电池 SiN薄膜工艺研究进展 3
冯炜光 1, 2 , 刘 翔 1 , 储清梅 2, 1 , 张鹏翔 1
FENG W ei - guang, L IU Xiang, CHU Q ing - mei, ZHANG Peng - xiang (1. Institute of Advanced M aterials for Photoelectronics, KMUST, Kunm ing, Yunnan 650031, China; 2. Research Institute of Vacuum M etallurgy and M aterials of KMUST,
单晶硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究
南通大学毕业设计（论文）立题卡2、课题来源是指：1.科研，2.社会生产实际，3. 其他。
3、课题类别是指：1.毕业论文，2.毕业设计。
4、教研室意见：在组织专业指导委员会审核后，就该课题的工作量大小，难易程度及是否符合专业培养目标和要求等内容提出具体的意见和建议。
5、学院可根据专业特点，可对该表格进行适当的修改。
摘要等离子增强化学气相淀积氮化硅减反射薄膜已经普遍应用于光伏工业中，其目的是在晶体硅太阳能电池表面形成减反射薄膜，同时达到了良好的钝化作用。
氮化硅膜的厚度和折射率对电池性能都有重要的影响。
探索最佳的工艺条件来制备最佳的薄膜具有重要意义。
本课题是利用Roth&Rau的SiNA设备进行淀积氮化硅薄膜的实验，介绍了几种工艺参数对薄膜生长的影响，获得了生长氮化硅薄膜的最佳工艺条件，制作出了高质量的氮化硅薄膜。
实验中使用了椭偏仪对样品进行膜厚以及折射率的测量。
关键词：等离子增强化学气相淀积，氮化硅薄膜，太阳能电池，光伏效应，钝化ABSTRACTSiN from plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment.Key words:PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, passivation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 太阳能光伏产业发展现状和未来 (1)1.2 晶体硅太阳能电池技术的发展 (1)1.3 本课题的主要内容 (2)第二章单晶硅太阳能电池的原理与工艺 (3)2.1 p-n结电池的基本结构 (3)2.2 p-n结电池的基本原理 (3)2.3 单晶硅太阳能电池工艺流程 (5)第三章PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理 (8)3.1 化学气相淀积技术 (8)3.2 PECVD的原理和结构 (9)3.3 PECVD薄膜淀积的微观过程 (10)3.4 PECVD淀积氮化硅的性质 (11)3.5 表面钝化与体钝化 (11)第四章实验 (13)4.1 PECVD设备简介 (13)4.2 PECVD 设备操作流程 (14)4.3 SiN减反射膜PECVD镀制工艺流程 (15)4.4 最佳薄膜厚度和折射率的理论计算 (16)4.5 实验数据及分析 (17)4.6 实验总结 (19)第五章结束语 (20)参考文献 (22)致谢 (23)第一章绪论从2003年开始，全球化石能源的缺乏引发了能源价格不断攀升，可再生能源也因此得到了更多的重视，太阳能光伏行业迎来了发展的春天。
SiNxH减反射膜和PECVD技术
PECVD ——等离子体定义
地球上，物质有三态，即：固，液，气。 其共同点是由原子或分子组成，即基本单元是 原子和分子，且为电中性。 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，即第四态。 等离子体从宏观来说也是电中性，但是在局部 可以为非电中性。
21
二氧化硅膜和氮化硅膜的比较
热氧化二氧化硅和PECVD氮化硅钝化效果的比较
22
二氧化硅膜和氮化硅膜的比较
从比较图中看出：二氧化硅膜的表面复合速率 明显高于氮化硅膜，也就是说氮化硅膜的钝化 效果比二氧化硅膜好。若表面氧钝化采用在氢 气氛围中退火，钝化效果会有所改善。
23
钝化技术
24
钝化技术
25
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钝化技术
氢钝化：钝化硅体内的悬挂键等缺陷。在晶体 生长中受应力等影响造成缺陷越多的硅材料， 氢钝化的效果越好。氢钝化可采用离子注入或 等离子体处理。在多晶硅太阳电池表面采用 PECVD法镀上一层氮化硅减反射膜，由于硅烷 分解时产生氢离子，对多晶硅可产生氢钝化的 效果。 应用PECVD Si3N4可使表面复合速度小 于20cm/s。
13
PECVD种类
PECVD的种类： 直接式—基片位于一个电极上，直接接触等离 子体（低频放电10-500kHz或高频13.56MHz） 10-500kHz 13.56MHz 间接式—基片不接触激发电极（如2.45GHz微 波激发等离子）
14
PECVD种类
直接式的PECVD
15
PECVD种类
16
11
CVD各工艺条件的比较
其它方法的沉积温度： APCVD常压化学汽相淀积 — —常压CVD，700-1000℃ LPCVD低压化学汽相淀积 —低压CVD， 750℃，0.1mbar 对比 PECVD等离子增强化学气象沉积 — 300-450 ℃，0.1mbar
PECVD
PECVD——等离子体增强化学气相沉积法浅论半导体材料学中，硅材料可谓材料之王，而硅材料的一项重要应用就是制作单晶硅太阳能电池。
在单晶硅太阳能太阳能电池制造中，最重要的工艺之一是在太阳能电池的表面沉积上一层减反射膜。
以达到减反射和钝化作用。
相比较在低温条件下沉积SiNx薄膜的PECVD 工艺，是沉积这层减反射膜的最佳工艺方法，这样能起到表面钝化还有体内钝化以及减反射的效果。
PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）技术原理利用低温等离子体做能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体,气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。
在研究PECVD之前要先了解CVD技术，CVD核心是一种利用化学反应方式,将反应物(气体)生成固态的产物,并沉积在基片表面的薄膜沉积技术。
如可生成：导体，W(钨)等;半导体，Poly-Si(多晶硅), 非晶硅等;绝缘体(介电材质)，SiO2, Si3N4等.而为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD).当在低压气体施加一个射频电场或者微波时，其中少量的自由电子就可以在两次碰撞之间被电场加速而获得一定量的能量。
加速电子与气体分子或原子SiH4、氧气、氮气等碰撞，可使之发生电离而产生二次电子，离子以及受激态的原子、分子。
新生电子又可碰撞生长更多的电子。
离子等。
这种雪崩电离最终使气体成为等离子体。
这些充满能量的反应物就会彼此在极板表面吸附。
在被吸收后又很高的黏附系数，而且也很容易在基板表面上迁移，这两个因素使得沉积出来的薄膜有很好的一致性。
这些被吸附在基板表面的激发原子团受到离子、电子的撞击，重新排列，并且和其他被吸附的反应物反应，形成新的键节，从而生成薄膜。
晶体硅太阳电池减反射膜的研究
晶体硅太阳电池减反射膜的研究赵萍;麻晓园;邹美玲【摘要】在太阳电池表面形成一层减反射薄膜是提高太阳电池的光电转换效率比较可行且降低成本的方法.应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)系统,采用SiH4和NH3气源以制备氮化硅薄膜.研究探索了PECVD生长氮化硅薄膜的基本物化性质以及在沉积过程中反应压强、反应温度、硅烷氨气流量比和微波功率对薄膜性质的影响.通过大量实验,分析了氮化硅薄膜的相对最佳沉积参数,并得出制作减反射膜的优化工艺.%Depositing antireflection films on solar cells is the most doable way to improve conversion efficiency of solar cells, which can also debase the cost of solar cells. The PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) system and the reactants of silane and ammonia are applied to fabricating SiN thin film. The effects of reaction temperature, the flow ratio of silane over ammoma and the microwave power on the film character are researched. The effects of post deposition annealing on solar cell materials are also discussed primarily. The optimal relative deposition parameters are investigated and the optimized processes of antireflection fabrication are attained with plenty of experienments.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)012【总页数】4页(P145-147,151)【关键词】太阳电池;PECVD;减反射;氮化硅薄膜【作者】赵萍;麻晓园;邹美玲【作者单位】西安邮电学院,电子工程学院,陕西西安710121;江阴浚鑫科技有限公司,江苏江阴214400;江阴浚鑫科技有限公司,江苏江阴214400【正文语种】中文【中图分类】TN919-340 引言太阳能光伏技术是将太阳能转化为电力的技术，其核心是半导体物质的光电效应。
晶体硅太阳能电池PECVD工艺培训
PECVD工艺培训
PECVD原理
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)
PECVD工艺培训PECV返工分析PECVD工艺培训
PECVD返工分析
异常 类型 原因分析
解决方法
硅片颜色异常
色差
1.石墨舟异常 2.气体流量不均匀 3.PSG未完全去除 4.插片位置不正确
1.检查石墨舟，包括舟片、定位销、螺杆和 螺母
2.检查特气管路，压力计，流量计 3.镀膜前检查硅片是否干净 4.插片作业要规范，严格按照要求作业
PECVD工艺培训
PECVD返工分析
PECVD工艺培训
PECVD返工分析
异常 类型 原因分析
解决方法
硅片颜色异常
色斑
1.石墨舟异常造成 2.前道清洗未吹干或未清洗干净
1.检查石墨舟，包括舟片、定位销、螺杆 和螺母
2.按照石墨舟清洗使用作业指导书规定定 期进行清洗作业
3.联系清洗检查后清洗工艺是否有异常
PECVD工艺培训
PECVD原理
硅烷等离子体中的离化基团只是在低气压（<5×10-3Torr）高 电离的等离子体条件下才对薄膜沉积有显著的贡献，在一般硅 薄膜的沉积条件下，各种中性基团的含量远远大于离化基团， SiH4分解产生的中性基团是薄膜生长过程中最重要的活性物质。
太阳能电池片PECVD
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PECVD特气的性质（2）
• 硅烷(SiH4): 是一种无色、与空气反应并会引起窒息的气体。 • 硅烷与空气接触会引起燃烧。它的首要危害是引起严重的热灼伤。严重时会致命。 如没有自燃会非常危险，不要靠近，不要试图在切断气源之前灭火。 • 硅烷会刺激眼睛，硅烷分解产生的无定型二氧化硅颗粒会引起眼睛刺激。 • 吸入高浓度的硅烷会引起头痛、恶心、头晕并刺激上呼吸道。过度吸入会引起肺炎 和肾病。硅烷会刺激皮肤、硅烷分解产生无定型二氧化硅颗粒会引起皮肤刺激。
PECVD的影响因素
• 1．频率
• 射频PECVD系统大都采用50kHz~13.56 MHz的工业频段射频电源。较高 频率（>4MHz）沉积的氮化硅薄膜具有更好的钝化效果和稳定性。
• 2．射频功率
• 增加RF功率通常会改善SiN膜的质量。但是，功率密度不宜过大，超过 1W/cm2时器件会造成严重的射频损伤。
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PECVD控制系统
• Setup: 舟的资料的更改，工艺内容的更改，使用权限 • 的更改，LIFT位置的更改，CMS安区系统 （安装的感应器将监控重要系统的运
行情况，而一旦不受管的计算机的控制，CMS将会发生作用，所有的错误信息也都 会在CIM上得以简洁的文本方式显示出来）的更改等。 • Alarms：警报内容 • Help:简要的说了一下解除警报以及其他方面的方法 • CESAR:控制电脑，每一个系统都安装了CESAR控制电脑及CESAR 控制软件，此控 制电脑独立于主电脑系统中。
晶硅太阳能电池的减反射膜沉积方法[发明专利]
![晶硅太阳能电池的减反射膜沉积方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/66fd4c050a4c2e3f5727a5e9856a561253d32147.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910614574.0(22)申请日 2019.07.09(71)申请人 理想晶延半导体设备（上海）有限公司地址 201620 上海市松江区思贤路3255号3号楼B栋四楼(72)发明人 戴虹 奚明 汤亮才 刘奎 王传博 (74)专利代理机构 上海恒锐佳知识产权代理事务所(普通合伙) 31286代理人 黄海霞(51)Int.Cl.H01L 31/0216(2014.01)(54)发明名称晶硅太阳能电池的减反射膜沉积方法(57)摘要本发明提供了一种减反射膜沉积方法，包括：将放置有所述待处理硅片的所述载片装置进入所述等离子体化学气相沉积设备的单一沉积腔，对所述第一待处理表面进行所述第一减反射处理后，通过所述单一沉积腔内的所述翻转装置使所述第一待处理表面与所述载片装置或所述机械装置的致密结构件紧密贴合，然后继续在所述单一沉积腔内对所述待处理硅片的第二待处理表面继续进行所述第二减反射处理。
所述减反射膜沉积方法使所述载片装置无需进出所述单一沉积腔进行翻面或上下片操作就能够实现双面镀减反射膜，避免了由于工艺流程繁琐造成的产能下降以及产品良率不高的问题。
权利要求书2页 说明书10页 附图4页CN 110299420 A 2019.10.01C N 110299420A1.一种晶硅太阳能电池的减反射膜沉积方法，其特征在于，包括：S1：提供待处理硅片、载片装置和管式等离子体化学气相沉积设备，所述待处理硅片具有相互平行的第一待处理表面和第二待处理表面，所述管式等离子体化学气相沉积设备具有单一沉积腔；S2：将所述待处理硅片放入所述载片装置中，通过所述载片装置或移动所述单一沉积腔内的机械装置，以使所述第二待处理表面与所述载片装置的致密结构件或所述机械装置的致密结构件紧密贴合，所述第一待处理表面处于待镀状态；S3：在所述单一沉积腔内对所述第一待处理表面进行第一减反射处理；S4：所述第一减反射处理完毕后，通过所述单一沉积腔内的机械装置对所述载片装置进行机械操作，以使所述第二待处理表面处于待镀状态，且所述第一待处理表面与所述载片装置的致密结构件或所述机械装置的致密结构件紧密贴合；S5：在所述单一沉积腔内对所述第二待处理表面进行第二减反射处理；所述步骤S4中，所述机械操作包括翻转操作、机械推动操作或移动操作。
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毕业论文题目晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究目录摘要 (1)绪论 (3)第一章 PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理 (6)1.1化学气相淀积技术 (6)1.2 PECVD原理和结构 (6)1.3 PECVD薄膜淀积的微观过程 (8)1.4 PECVD淀积氮化硅的性质 (9)1.5表面钝化与体钝化 (9)第二章实验 (11)2.1 PECVD设备简介 (11)2.2 PECVD设备操作流程 (13)2.3 SiN 减反射膜PECVD淀积工艺流程 (13)2.4最佳薄膜厚度和折射率的理论计算 (13)2.5 理论实验总结 (15)结束语 (16)参考文献 (17)晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究摘要等离子增强化学气相淀积氮化硅减反射薄膜已经普遍应用于光伏工业中，其目的是在晶体硅太阳能电池表面形成减反射薄膜，同时达到了良好的钝化作用。
氮化硅膜的厚度和折射率对电池性能都有重要的影响。
探索最佳的工艺条件来制备最佳的薄膜具有重要意义。
本课题是利用Roth&Rau的SiNA设备进行淀积氮化硅薄膜的实验，介绍了几种工艺参数对薄膜生长的影响，获得了生长氮化硅薄膜的最佳工艺条件，制作出了高质量的氮化硅薄膜。
实验中使用了椭偏仪对样品进行膜厚以及折射率的测量。
关键词：等离子增强化学气相淀积，氮化硅薄膜，太阳能电池，光伏效应，钝化ABSTRACTSiN Film plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment.Key words:PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, passivation第一章绪论从2003年开始，全球化石能源的缺乏引发了能源价格不断攀升，可再生能源也因此得到了更多的重视，太阳能光伏行业迎来了发展的春天。
1.1 太阳能光伏产业发展现状和未来人类历史上从未有如2009年底哥本哈根会议那样的事件，会使“节能减排”、“低碳”等字眼如此深入人心，全球经济的发展方向和导航标也已然转向了低碳经济。
太阳能作为一种清洁的可再生能源，是未来低碳社会的理想能源之一，当下正越来越受到世界各国的重视。
CSIA最新研究报告称[1]，目前太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。
单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，但其生产成本较高，技术要求高；多晶硅电池成本相对较低，技术成熟，但光电转换效率相对较低；而薄膜电池成本低，发光效率高，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。
随着技术的进步，未来薄膜电池会有更好的发展前景在各国政府的大力支持下，太阳能光伏产业得到了快速的发展。
2006年至2009年，太阳能光伏电池产量的年均增长率为60%。
由于受到2008年金融危机的影响，2009年前两个季度光伏电池产量的增长速度有所放缓，但随着2009年下半年市场需求的复苏，2009年全年的太阳能电池产量达到了10431MW，比2008年增长42.5%。
目前太阳能光伏发电的成本大约是燃煤成本的11—18倍，因此目前各国光伏产业的发展大多依赖政府的补贴，政府的补贴规模决定着本国的光伏产业的发展规模。
目前在政府的补贴力度上，以德国、西班牙、法国、美国、日本等发达国家的支持力度最大。
2008年，西班牙推出了优厚的光伏产业补贴政策，使其国内光伏产业出现了爆发式发展的态势，一度占据了世界光伏电池产量的三分之一强。
2009年德国光伏组件安装量高达3200MW，占全球安装量的50.4%。
目前，中国已形成了完整的太阳能光伏产业链。
从产业布局上来看，国内的长三角、黄渤海、珠三角及中西部地区已形成各具特色的区域产业集群，并涌现出了无锡尚德、江西赛维、天威英利等一批知名企业。
截止到2009年年底,全球太阳能电池累计安装量已达到24.5GWp，而中国太阳能电池产量为9300MW，占全球总产量的40%以上，已成为为全球太阳能电池生产第一大国。
1.2 晶体硅太阳能电池技术的发展晶体硅太阳电池是光伏行业的主导产品[2]，占市场份额的90%，尤其是多晶硅太阳电池的市场份额已远超过单晶硅电池的市场份额，自从六十年代太阳能电池作为能源应用于宇航技术以来，太阳能电池的技术得到非常迅速的发展，单晶硅太阳能电池的转换效率已接近25%（单晶硅电池理论上极限转换效率为27%），多晶硅太阳能电池的转换效已接近近20%。
由于太阳能光伏电池的高制造成本使得它的发展和应用受到了一定的影响[3]。
而如果太阳能光发电的成本能够下降到10美分/千瓦时，将有巨大的经济效益！所以现在所有的光伏企业以及研究机构都在努力研究更加先进的太阳能电池制作工艺和寻找更好更加廉价的电池材料，以达到提高转化效率，降低成本的目的。
对晶体硅电池的研究应遵循以下工艺原则，即低成本、大批量和高效化。
薄片化具有双重目的。
薄片化可以降低成本，同时薄片电池可以降低载流子的体内复合从而提高光电转化效率。
目前硅片厚度已普遍地从370μm降到240μm，很多厂家已减薄到220μm，仍能保持较高的成品率。
现在已开始试制200μm的薄硅片产品。
所以不断减薄硅片厚度，同时又保持高的成品率、产率和转化效率可以大幅降低成本。
预计到不久的将来薄片电池可以做到100μm[4]。
大片化符合大批量的原则，目前多数光伏企业已能批量生产六英寸和八英寸晶圆硅片。
而根据预测，中国有可能在未来156×156（mm）单晶硅片生产上，占有让国际光伏圈内不可小视的一席之地。
因为中国有批量生产8吋单晶炉设备的厂家，很多硅片厂家也在上8吋单晶生产线，这些都将大大促进中国光伏产业的发展。
然而，在次展望中国光伏产业发展的未来，道路坎坷但前景不可估量。
通过设计优化太阳电池生产工艺和电池结构，已经研制出了许多高效电池。
其中包括PESC电池（发射结钝化太阳电池）、表面刻槽绒面PESC电池、背面点接触电池（前后表面钝化电池）和PERL电池（发射结钝化和背面点接触电池）。
由这些电池设计和工艺制造出的电池的转换效率均高于20%，其中保持世界记录（24.7%）的单晶硅和多晶硅电池（19.8%）的转换效率均是由著名的澳大利亚新南威尔斯大学设计的PERL电池实现的。
但由于工艺复杂，应用于工业生产成本过高。
以硅片为载体的光伏电池制造技术，其理论极限效率为29％。
近年来由于一系列新技术的突破，硅太阳能电池转换效率产业化水平单晶16%～18％、多晶15%～17％，按目前的晶体硅电池效率路线图与电池技术，提升效率的难度已经非常大。
因此有人预言硅电池的市场生命周期，但产品市场生命力的决定因素是其性价比，就如半导体集成电路一样近一个世纪了仍然离不开硅基，晶体硅太阳能电池作为光伏发电主要材料的现状不会改变，市场主导地位将继续延续！其特征将会是向着高效率、大尺寸、超薄化、长寿命方向发展。
随着我们对半导体材料与光伏技术研究的不断深入，必将会不断诞生一些突破性的技术来巅覆传统、提升太阳能电池的效率、降低系统发电成本，实现光伏发电从补充能源向主流能源的跃进！只是以前这些技术都由国外企业与机构产生。
可以预见通过中国广大“光伏人”的努力，今后这些革命性的技术突破将会在我们中国本土企业与科研机构中产生！1.3 本课题的主要内容目前众多光伏企业都采用PECVD的方法在太阳能电池表面淀积一层氮化硅减反射薄膜。
这除了可以大大减少光线的反射率外，它还起到了良好的表面钝化和体钝化效果，达到了提高电池的光电转换效率和短路电流的目的。
而氮化硅稳定的化学性质起到了抗腐蚀和阻挡金属离子的目的，能够为电池提供长期的保护。
所以，高质量的氮化硅薄膜对提高电池性能和质量都有重要作用。
本课题主要讨论其中的PECVD淀积氮化硅减反射薄膜工艺。
然后通过实验的方法对淀积薄膜的工艺条件进行研究，根据实验结果对工艺条件进行分析比较，从而获得最佳的工艺参数。
第一章 PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理用PECVD的方法在晶体硅太阳能电池表面淀积氮化硅减反射薄膜因为具有良好的减反射作用，同时达到了良好的表面及体钝化效果。
其低温工艺又有效的控制了生产成本，而且保证了较高的产率（15000片/12h）。
这些优点使得它受到了大多数光伏企业的青睐。
1.1 化学气相淀积技术半导体工艺中要使用到许多薄膜淀积技术[5]。
根据不同的用途，需要使用不同的方法来淀积薄膜。
如栅极氧化膜和场氧化膜均需要用热氧化的方式，因为只有通过热氧化的方式才能提供具有最低界面陷阱密度的高品质氧化膜。
介电薄膜主要用来做分立器件或集成电路中金属层绝缘隔离和保护层。
用化学气相淀积的二氧化硅或氮化硅可以用来做介质膜。
CVD(Chemical Vapor Deposition)技术是使用加热、等离子体或紫外线等各种能源，使气态物质经化学反应（热解或化学合成）形成固态物质淀积在衬底上的方法。