12冯鑫-晶体硅电池的氧化硅-氮化硅双层薄膜特性研究

• SiO2膜的场效应钝化效果不如SiN，但是生长完SiO2的硅 片表面缺陷密度较低
所以采用SiO2/SiN 叠层膜结构可以有效综合两种膜的优点得到较好的 钝化效果！
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冯鑫
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随着太阳电池采用的硅片厚度越来越薄，硅片的比表 面积也越来越大，对硅片表面的钝化效果的要求也越来越 高，为了降低硅片表面的复合损失，有两种主要的钝化方 法： • 化学钝化：如用H原子饱和表面的悬挂键、在表面生长一 层SiO2的方法降低表面缺陷密度 • 场效应钝化（ field-effect passivation ）：通过钝化膜内 的固定电荷在硅片表面形成内建电场，降低表面的电子或 空穴的浓度，从而降低载流子复合速率 采用SiO2/SiN 叠层膜可以有效综合这两种钝化方法
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二、实验论证
通过在扩散炉中用湿氧在900度左右高温下热生长了 一系列厚度在20nm 左右的SiO2膜，在SiO2膜表面再 PECVD沉积SiN（65nm）,各步骤的少子寿命比较如下图 所示：
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SiO2膜的优缺点
优点： SiO2/Si界面的界面 缺陷密度较低。 SiO2在硅片表面的生长模 型如左图所示， 氧气在硅 片表面发生反应生成SiO2
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从图中可以看到通过SiO2/SiN 叠层膜的沉积硅片的少子寿命 得到较大幅度的提升
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由于在硅片表面处晶格不 连续通过在硅片表面热生 长一层SiO2,可以有效饱和 Si 硅片表面的Si3 ≡ Si• 键， 从而降低硅片表面的表面 缺陷密度（见下图Qit）
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谢谢
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EGING PV FOR THE WORLD 缺点：场效应钝化效果不 如SiN 左图为SiO2 /Si 界面示意图 （固定正电荷主要来自悬 挂键，诸如O3≡Si•），由 于SiO2中固定正电荷的密 度低于SiN,场效应钝化效 果相对较弱。
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一、SiO2/SiN 叠层膜钝化效果好的原因
• 由于SiN膜具有很高的正电荷密度，场效应钝化效果较好 ，且内含丰富的H原子，但其沉积在硅片表面后，界面缺 陷密度较高
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SiN膜中的固定正电荷可与硅片内的载流子相互作用形成场 效应钝化，（固定正电荷可排斥空穴，从而在界面处形成内 建电场，最终将电子和空穴分离） 优点二: SiN膜含有大量氢原子，可在在烧结过程中释放至硅片内饱 和悬挂键，从而降低表面复合速率，提高载流子寿命。 缺点：相对于SiO2 其与硅片的界面态密度较大。
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SiN膜的优缺点
优点一：场效应钝化效果 好。 左图为SiN/Si 界面示意图 ，(氮化硅膜内的固定正电 荷主要来自反应过程中生 成的悬挂键，如 N3 ≡Si• ， Si3≡Si•，Si2N≡Si• 等)
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所以采用SiO2/SiN 叠层膜既可以利用SiO2降低界面 态密度，又可以利用SiN中的正电荷形成良好的场效应钝 化(SiN中的固定正电荷密度大于SiO2)，同时利用SiN中的 氢钝化硅片表面，是一种优良的钝化膜。
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晶体硅太阳电池的氧化硅-氮化硅 双层膜钝化特性研究