40-背面氮化硅钝化膜厚度对单晶硅太阳能电池的影响

晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究
晶体硅太阳电池作为一种新兴的太阳能发电技术，其外表面应具有良好的表面活性性能，以保证电池的高效发电性能。

但晶体硅表面的活性性能往往受到空气中的污染物的影响，为了改善这一现象，研究人员开展了对晶体硅太阳电池表面的氮化硅钝化研究。

氮化硅钝化研究是指在高温下，将蒸气中的氮源添加到晶体硅表面，形成一层厚薄的氮化硅膜，以钝化晶体硅表面，减少表面污染，改善电池的稳定性。

首先，在实验中，研究人员使用电弧气体溅射机对晶体硅表面进行氮化硅钝化处理。

在氮化硅钝化处理过程中，将电弧气体添加到晶体硅表面，在高温环境下产生自熔合效应，形成一层薄的氮化硅膜。

氮化硅膜的厚度一般在1~3微米之间，具有良好的耐磨性能，能够有效阻止污染物的吸附，改善晶体硅表面的稳定性。

其次，在试验中，研究人员还将晶体硅表面的氮化硅膜进行了多种改性处理，包括气相添加、物相添加和加热处理等。

通过改性处理，可以提高氮化硅膜的耐磨性能，改善晶体硅表面的表面活性性能，有效阻止污染物的吸附，以保证电池的高效发电效果。

最后，通过对晶体硅表面的氮化硅钝化处理，可以有效抑制污染物的吸附，降低表面活性能，抑制电池表面的电池浪涌现象，保证电池的可靠性。

此外，氮化硅膜也具有良好的耐热和耐腐蚀性能，可以有效保护晶体硅太阳电池免受外界空气环境和污染物的损害，以便提高太阳电池的发电效率和使用寿命。

综上所述，晶体硅太阳电池表面的氮化硅钝化处理，可以有效抑制污染物的吸附，改善电池的稳定性，降低太阳电池的耗能，保证其高效发电性能。

由此，氮化硅钝化技术将成为太阳能发电领域的一项重要技术，对于提高太阳电池的发电性能具有重要意义。

研究表面纳米级钝化的太阳能电池摘要：纳米级太阳能电池有着其独特的属性，但也有一些缺点，尤其是在制造工艺上有着一定难度。

纳米结构的晶体硅太阳能电池基于银催化的化学腐蚀法已经被可控制合成。

这样，只有电池的前表面是刻蚀的后表面保护，这是发现通过新方法比通过传统的HF/AgNO3腐蚀能得到更好的光学性能。

电池的开路电压和短路电流分别增加了百分之六和百分之十一。

然后通过双层的(SiO 2 & SiN x )钝化和传统的氮化硅的钝化对比。

它也被发现新的工艺钝化的太阳能电池的开路电压和短路电流提高了百分之四和百分之二十五。

这样的结果会使得人们对纳米级晶体硅太阳能电池更加感兴趣。

介绍：近年来，研究光伏吸引了关注。

基于晶体太阳能电池硅（Si）的纳米结构（N阵列已经充当为下一代光伏候选人，由于其超低的反射率和优良的增强在捕获。

相比于金字塔纹理太阳能电池，采用NS阵列的平面细胞组织—NG的报道有更好的光捕获能力，这表明更好的入射光吸收特性当入射光的反射和传输的结构太阳能电池的能量转换效率，最终造成相当大的损失，NS阵列表现出一种很有前途的在提高晶体硅太阳能电池性能的前景。

NS阵列已通过实证的方法，包括气-液-固（VLS）的各种技术论证生长的方法，面罩辅助深反应离子蚀刻（RIE）的干蚀刻[ 10，11 ]，和化学蚀刻使用银（Ag）作为催化剂[ 12，13 ]。

在这些，银催化化学刻蚀技术已报道到目前为止产生具有超低垂直对齐NS阵列反射率小于3% [ 14 ]。

这种技术可以制造大型NS阵列迅速在室温和大气。

因此，它是非常简单的和较低的成本比其他技术，标签本身作为最幸运的工业化的适用技术。

然而，直到现在，最终的能量转换NS阵列纹理单晶硅太阳能电池的效率没有相当满意。

这个结果是由各种问题包括以下两个方面造成的。

首先，银催化化学蚀刻是非选择性的和它所产生的NS阵列在Si晶片的两侧。

作为一个结果，所制造的太阳能电池的背表面粗糙的铝（Al）的背表面场（BSF）剥离。

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。

碳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概述本文旨在分析和研究碳化硅薄膜在太阳能电池片中的钝化作用对性能的影响。

太阳能电池是一种常见的可再生能源装置，其转换太阳能为电能。

碳化硅薄膜作为一种广泛应用于电子设备的材料，其在太阳能电池片中的应用也逐渐受到关注。

本文将通过对现有研究成果的分析和实验数据的比较，探讨碳化硅薄膜的钝化作用在太阳能电池片性能方面的影响。

影响因素碳化硅薄膜的钝化作用对太阳能电池片性能的影响受多个因素的影响。

首先，钝化膜的厚度对性能有显著影响。

较薄的钝化膜可以提高电池片的光吸收和电子传输效率。

然而，过薄的膜可能导致损耗和脱层等问题。

其次，钝化膜的结构和结晶性也会影响性能。

优化的结构和高质量的结晶确保了较低的电阻和较好的电子输运特性。

此外，钝化膜的表面平整度和界面接触质量也对性能有重要影响。

平整的表面和良好的界面接触可以减少损耗和阻抗。

性能影响与分析钝化作用可以改善太阳能电池片的性能。

首先，钝化膜可以提高太阳能电池片的表面反射率。

减小反射率可以增加光的吸收量，提高光能转化效率。

其次，钝化膜还可以降低表面缺陷密度和电子复合速率，从而减少电子损耗。

此外，钝化膜的抗氧化特性可以延长太阳能电池片的寿命。

研究方法为了研究碳化硅薄膜的钝化作用对太阳能电池片性能的影响，可以采用以下研究方法：首先，通过制备具有不同厚度和结构的碳化硅薄膜，可以研究厚度和结构对性能的影响。

其次，使用光谱分析和电学测量等实验方法，可以评估钝化膜对光吸收和电子传输的影响。

最后，通过实际太阳能电池片的制作和测试，可以验证钝化膜的效果和性能提升。

结论本文分析和研究了碳化硅薄膜的钝化作用对太阳能电池片性能的影响。

结论显示，钝化膜可以提高太阳能电池片的光吸收和电子传输效率，减少能量损失和电子损耗，延长电池片的寿命。

建议进一步深入研究不同厚度、结构和制备方法的碳化硅钝化薄膜，并进行更多实验验证和性能评估。

参考文献1. Smith, A. B., & Johnson, C. D. (2018). Impact of Silicon Carbide Passivation on Solar Cell Performance. Journal of Solar Energy Engineering, 140(1), .3. Zhang, S., et al. (2020). Effects of Silicon Carbide Passivation Layer on the Performance of Crystalline Silicon Solar Cells. Renewable Energy, 150, 276-284.。

• 40•晶体硅太阳能电池表面钝化技术研究进展尹雨欣文章综述了晶体硅太阳能电池表面钝化技术的研究进展，主要包括SiN x 钝化、SiO 2钝化、SiO 2/SiN x 叠层钝化，Al 2O 3钝化以及TOP-Con 钝化接触，介绍了各钝化膜层的生长工艺、钝化原理及应用现状，讨论了各钝化膜层的优势与不足，并分析了太阳能电池表面钝化技术下一步发展的方向。

引言：高效率、低成本是太阳能电池研究最重要的两个方向。

对于晶体硅太阳能电池来说，随着晶体硅制造技术的提升，基体硅片的体载流子寿命不断提高，已经不再是制约电池效率提升的关键因素。

而电池表面的钝化对转换效率的影响越来越明显。

太阳能电池的生产过程中，基体硅片的成本占整个生产成本的比例最高，为降低生产成本，尽快实现光伏电价“平价上网”，提高市场竞争力，硅片薄化是必然的趋势，随之产生的问题就是电池表面复合严重。

这就为太阳能电池表面钝化技术提出了挑战，为了在硅片薄化的过程中仍然保持电池的高转化效率，对晶体硅太阳电池表面钝化技术的研究是必不可少的。

因此，无论是提高太阳能电池的转换效率，还是降低太阳能电池的生产成本，对于晶体硅太阳能电池表面钝化技术的研究都必不可少。

图1 晶体硅片表面状态示意图1.硅片表面特性表面复合是指在硅片表面发生的复合过程，硅片中的少数载流子寿命在很大程度上受到硅片表面状态的影响，因为硅片表面有以下3个特点：（1）从硅晶体内延伸到表面的晶格结构在表面中断，表面原子出现悬挂键，排列到边缘的硅原子的电子不能组成共价键，因此出现了成为表面态的表面能级，表面态中靠近禁带中心的能级是有效的表面复合中心；（2）硅片在切片过程中表面留下的切割损伤，造成很多缺陷和晶格畸变，增加了更多的复合中心；（3）硅片表面吸附的带正、负电荷的外来杂质，也会成为复合中心（见图1）。

2.表面钝化介质薄膜研究2.1 SiN x 薄膜钝化研究SiN x 薄膜的制备方法有多种，从工艺效果和工业化生产来考虑，目前应用于太阳能电池生产的制备方法主要是等离子增强化学气相沉积（PECVD ）法，PECVD 方法的过程是在较低气压下，利用低温等离子体在工艺腔体的阴极上产生辉光放电，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的工艺气体，这些气体经一系列化学反应和等离子体反应，最终在样品表面形成固态薄膜。

硅片背面粗糙度对N型铝背发射极太阳电池性能的影响【摘要】?F今的大规模太阳电池生产领域，P型衬底占了绝大部分的市场份额，而N型硅衬底由于其高少子寿命和无光致衰减越来越受关注。

本论文以N型的铝背发射极电池为基础，分析了在丝网印刷前硅片背面粗糙程度对电池性能的影响。

经过研究发现，当硅片背面仍然保持绒面状态时，即粗糙度比较大的情况下，对于铝背结的均匀性影响非常大。

对于铝背发射极N型太阳电池而言，铝硅合金层厚度越均匀器件性能越好。

因此背面绒面状态不利于器件性能的提高。

另外如果背面采用“镜面”状态，也不利于器件性能的提高。

原因是背面光线反射严重。

故在铝背发射极N型太阳电池中，硅片背面应该采用比较平整的状态，但并非“镜面”状态。

【关键词】太阳电池；N型；铝背发射极；背面粗糙度引言在太阳电池领域，目前基于P型硅基底的器件占据了绝大部分的市场份额。

然而，由于具有更高的少数载流子寿命以及没有“硼-氧”复合体构成的缺陷，基于N型硅基底的太阳电池应该更具有优势[1-3]。

为了在N型基底上形成PN 结，硼扩散一般是首先考虑到的。

但是不同于磷的扩散，硼扩散需要极高的温度和较长的工艺时间。

另外，对于硼发射极的钝化问题也是需要进行仔细考虑的。

目前对于硼发射极较好的钝化方式是高温热氧化，但是其稳定性还是值得研究的[4]。

至于氮化硅已经研究证明了对硼发射极没有实际的钝化作用[5，6]。

还有，在使用硼发射极后，对于正反两面的边缘隔离问题还是要进行详细的摸索与优化。

但是这些问题都可以通过制备铝背发射极的N型太阳电池所解决，并且这种具有磷扩散形成的前面场合铝掺杂构成的背结太阳电池与现有的P型硅太阳电池的制备工艺完全相同。

由于在N型铝背发射极太阳电池中铝背结的质量对于整个器件的性能有非常大的影响[7]，因此本论文将重点对这方面开展研究。

一、实验本论文的实验是基于5英寸（148.58 cm2）的单晶Cz N 型硅片的。

硅片的电阻率大约是7 ??cm。

太　阳　能第1期　总第333期2022年1月No.1　Total No.333Jan., 2022SOLAR ENERGY0 引言利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法沉积的氮氧化硅(SiO x N y，下文简写为“SiON”)薄膜在带隙宽度、折射率、应力方面均可调整[1]。

SiON薄膜的制备方式为：在常规的PECVD工序中，引入反应气体N2O，与NH3和SiH4发生反应，从而生成SiON薄膜。

通过改变反应气体N2O、NH3和SiH4的流量配比及沉积时间，即可改变SiON薄膜的膜层组分及膜厚[2]。

在太阳电池钝化层制备过程中，氮化硅(Si y N x，下文简写为“SiN”)薄膜与SiON薄膜的膜层设置较为关键，二者有多种搭配组合方式，除了需要与实际产线相匹配之外，还需要考虑将太阳电池的电性能与光伏组件的CTM(用于表征因封装造成的光伏组件输出功率损失程度)均达到最优状态，从而确定最佳的SiN薄膜与SiON薄膜的膜层设置方案。

本文采用管式PECVD法，以SiH4、NH3、N2O作为反应气体制备SiON薄膜，利用椭偏仪测试薄膜的膜厚及折射率，从中找出最优膜厚及折射率控制标准；然后结合SiN薄膜已有的制备工艺，制备出SiN/SiON叠层膜，并对SiN薄膜与SiN/SiON叠层膜的光学性能，以及分别采用这2种薄膜的太阳电池的电性能进行了分析，以期可以通过采用此叠层膜大幅改善太阳电池钝化膜的特性，从而提升太阳电池的光电转换效率和抗电势诱导衰减(PID)性能。

1 实验准备1.1 实验材料及仪器采用尺寸为158.75 mm×158.75 mm 的p型直拉单晶硅片，厚度为180 μm，电阻率为0.4～1.1 Ω•cm。

利用管式PECVD设备在硅片上分别沉积SiN薄膜与SiN/SiON叠层膜。

利用EMPro-PV椭偏仪测试薄膜的膜厚和折射率；利用RC反射仪测试薄膜的反射率；利用WAVELABS-SINUS-200设备检测成品太阳电池的电性能；利用WCT120测试成品太阳电池的反向饱和电流密度J0；利用QEX10测试成品太阳电池的量子效率QE。

摘要利用太阳能电池发电是解决能源问题和环境问题的重要途径之一。

目前，80%以上的太阳电池是由晶体硅材料制备而成的，制备高效率低成本的晶体硅太阳能电池对于大规模利用太阳能发电有着十分重要的意义。

减反射膜的制备和氢钝化是制备高效率的晶体硅太阳电池的非常重要工序之一。

减反射膜的对光的吸收又与那些因素有关呢？本实验将就镀膜功率、镀膜温度、镀膜时间等对氮化硅减反射膜的影响进行测试。

实验表明氮化硅薄膜的沉积速率随硅烷/氨气流量比增大而增大，随温度升高而略有降低,随沉积功率增大而明显增加，氮化硅薄膜的折射率随硅烷/氨气流量比增大而增大，随温度升高而略有增加,随沉积功率增大而略为降低。

关键词：太阳能；晶体硅；减反射膜；氮化硅AbstractThe use of solar power generation is one of the important ways to solve the energy and environmental problems. At present, more than 80% solar cells are made from crystalline silicon material prepared by the preparation of crystalline silicon solar cells, high efficiency and low cost is very important for the large-scale use of solar power generation has a meaning. Preparation and hydrogen passivation of antireflection films is one of the very important process of crystalline silicon solar cell fabrication of high efficiency. The absorption of light by antireflection coating is related to those factors? The experiments were tested on coating, coating temperature, coating time power such as antireflection coatings on silicon nitride. Experiments show that the silicon nitride film deposition rate increases with the silane / NH3 flow rate increases, and decreases slightly with the increase of temperature, while increases with the increase of deposition power, refractive index of silicon nitride film rate with silane / NH3 flow rate increases, and slightly increase with the increase of temperature, the power increases slightly with deposition reduce.Keywords: solar energy; crystal silicon; antireflection coating; silicon nitride目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................... I I 1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 太阳能电池发展历史和现状 (2)1.3 中电投西安太阳能有限公司简介 (3)1.4 本论文的研究目的与意义 (3)2 硅太阳电池的减反射膜 (5)2.1太阳能电池的制造工艺 (5)2.2 氮化硅薄膜的性质与制备方法 (9)2.2.1 氮化硅薄膜的稳定性 (9)2.2.2碳化硅薄膜的优势 (11)2.2.3氮化硅薄膜的制备方法 (12)2.2.4工业制备氮化硅薄膜的方法 (14)2.2.5影响氮化硅薄膜性质的因素 (14)2.3 太阳电池氢钝化的机理和方法 (15)2.4 太阳电池氢钝化存在的问题 (18)2.5氮化硅薄膜对单晶硅的钝化 (19)2.6 氮化硅薄膜对多晶硅的钝化 (20)3 实验设备与过程 (22)3.1 PECVD设备 (22)3.2 RTP设备 (24)3.3 实验材料 (24)3.4 测试设备 (25)3.4.1 金相显微镜 (25)3.4.2 原子力显微镜(AFM) (25)3.4.3 扫描电子显微镜(SEM) (25)3.4.4 薄膜测试系统 (26)3.5 实验过程 (26)3.5.1 正交实验 (26)3.5.2 氢等离子体的钝化实验 (29)4 不同沉积参数对薄膜性质的影响 (30)4.1不同射频功率与薄膜沉积速率的关系 (31)4.2不同硅烷/氨气流量比与薄膜沉积速率和折射率的关系 (32)4.3热处理对氮化硅减反射膜的影响 (35)4.4热处理对少子寿命的影响 (38)总结 (41)致谢 (42)参考文献 (43)1 绪论1.1 引言自1954年美国贝尔实验室的Chapin等人研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发利用的新篇章。

晶硅太阳电池 ( 以下简称“太阳电池”) 制备过 下降趋势，这可能与硅片厚度减薄后其重量变小
程中湿法刻蚀工艺后硅片的减重、硅片背面抛光 有关。当相同重量的水膜覆盖在硅片正面时，由
效果，以及管式 PECVD 工艺后 SiNx 薄膜的膜厚 的影响进行分析。
于刻蚀槽内的滚轮运动时不是绝对的水平，较薄 的硅片因重量较轻，导致其在运行时的平稳性较
第 07 期 总第 327 期 2021 年 07 月
DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20201208.01
太 阳 能
SOLAR ENERGY
文章编号：1003-0417(2021)07-71-04
No.7 Total No.327 Jul., 2021
硅片厚度对 SE-PERC 单晶硅太阳电池 制备过程的影响分析
硅片厚度 /μm 减重 /g
光电转换 效率 Eta/%
开路电压 短路电流 填充因子 串联电阻 并联电阻 反向漏电流
Voc/ V
Isc/A
FF/%
Rs/Ω
Rsh/Ω
Irev2/A
180
0.30
0
0
0
0
0
00165源自0.27-0.03
-0.0022 -0.006
0.2
-0.0002
-19.3
0.0084
理论上，当硅片厚度减薄后，太阳光入射硅 基体后，被激发的载流子扩散到空间电荷区的路 径变短，少子被复合的概率降低，从而能有效减 小载流子的复合速率，对太阳电池的 Voc 提升有 积极作用。但由于晶体硅对入射光的吸收系数较 低，当硅片厚度减薄后，硅片对太阳光的吸收会 变少，从而会造成 Isc 的减小；而且每当光线穿 过硅片时，就会有部分光线从硅片的下表面透出 去，这是因为完全吸收入射光所需的路径往往大 于硅片的实际厚度 [3]，而 Isc 的降低又容易导致 Voc 的下降。因此，综合上述因素后认为，硅片 厚度减薄后太阳电池的 Voc 和 Isc 均会出现下降。 由于薄硅片在湿法刻蚀工艺时的减重不足，可能 会导致其背面扩散层去除不完全，从而使其背面 复合率较高，这可能也是太阳电池的 Voc 降低的 另一个影响因素。

背钝化高效晶硅电池的研究摘要：背场钝化技术作为高效电池技术中的一种，在降低背表面复合速率，提高太阳电池长波响应，修复背表面态方面具有明显优势。

本文采用SiNx/SiO2双层钝化层制备背场钝化电池片（BSP），并对其电学性能进行探讨，SiNx/SiO2双层钝化层电池与常规工艺电池相比在Isc、V oc和Eff都会有一定提高。

通过电池片IQE分析发现，该电池在长波区域的IQE 响应比正常电池片有明显提升。

关键词：背场钝化SiNx/SiO2双层钝化层IQE 响应随着光伏市场的回暖，晶硅电池的性能也越来越受到人们的关注。

背钝化技术作为一种能够有效降低背表面复合速率，提高太阳能晶硅电池在长波的响应，修复背表面态等诸多优势的新技术，逐步成为量产化电池提高效率和降低成本的一个主要方向。

本文采用背钝化技术，在原传统的全铝背场结构基础上，在铝背场和硅材料之间增加一层SiNx/SiO2双层钝化层，从而形成背场钝化层。

背钝化电池能够形成背面点接触和良好的背面反射。

其主要作用表现在以下几点[1]：1.钝化层与Al 层相比，有较高的反射率，因此可以有效增加长波光的背反射效果，从而增加光生载流子的数量，提高开路电流。

2.由于Al- Si 合金为高复合层，采用局部Al- Si 合金接触层的太阳电池可以有效降低光生载流子在背表面的复合速率。

微观上，则表现为有效提升长波区域的IQE 响应，Isc和V oc都会有一定提高，并最终提高转换效率。

一、实验取用两组CZ 的单晶硅实验片（公司自产），A组常规工艺，B组使用热氧化在硅片背面生长SiNx/SiO2，然后清洗再进行常规的后段印刷工艺，最后进行光照测试，比较电性参数的差别。

B组具体工艺流程如下：抛光（Saw Damege Etching）→背面绝缘保护膜（PECVD SiOx/SiNx）→单面制绒（Texture）→扩散（Diffusion）→背面激光刻槽（Laser）→去磷硅玻璃（PSG removal）→正面镀膜（PECVD SiNx ）→丝网印刷、烧结（Screen Printing、FFF）→测试（IV-measurement）二、结果分析1.实验数据对比表1 电池电学性能对比实验数据如表1所示，从中可看出，SiNx/SiO2钝化背场后电池的电性能比正常Al背场电池的电性能要提高很多，SiNx/SiO2钝化背场表现出较好的性能。

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。

本⽂阐述了⾼效太阳电池研究中正⾯发射结上的钝化与减反射⼯艺与原理，重点对PECVD法制备SiNx的钝化机制，H 钝化进⾏了详细的分析。

主要对⽣产中常使⽤的管式PECVD和板式PECVD 制备的薄膜，通过少⼦寿命测试仪(WT2000）检测少⼦寿命，椭偏仪测试膜厚和折射率，积分反射仪测试反射率以及利⽤HF腐蚀来检验薄膜致密性等⼿段对薄膜性能进⾏了分析和⽐较。

⼜对板式PECVD 制备薄膜条件进⾏了优化。

研究发现，氮化硅最佳的沉积条件是：温度370℃，SiH4:NH3=500:1600，时间3min；获得了沉积氮化硅后硅⽚少⼦寿命⾼钝化效果好、膜厚与折射率搭配好反射率低的⼯艺条件。

关键词：氮化硅薄膜；PECVD；减反膜；钝化；太阳能电池THE PASSIVATION OF SILICON NITRIDEFILM ON SOLAR CELLS ANALYSIS ANDRESEARCHABSTRACTAs a dielectric thin film of device, SiNx has been widely used in IC and Solar cells manufacturing . In the research and investigation of high efficiency silicon solar cell, the passivation of front emitter and anti reflection has been their focus. Because，for the front emitter, we need it have excellent passivation quality and good antireflection property, in this way to improve the Isc an d Uoc, further more to get much high efficiency.In this thesis we describe the passivation & Antireflection of high efficient Silicon Solar cells on the front emmiter and then we focus on PECVD analysising the Mechanism of hydrogen passivation. In the experiments I used the tubular and plate PECVD preparing silicon nitride thin film.Then,I texted minority carrier lifetime by minority carrier lifetime tester(WT2000),film thickness and refractive index by ellipsometer,reflectivity by D8 integral reflectivity,and using HF solution tested the film density.These were used to ailalyze the properties of silicon nitride films.Another,Improving the condition of the plate PECVD deposition .The results show that the temperature of deposition is 370, SiH4:NH3=500:1600, time:3min.In this condition Silicon have a good passivation quality, film thickness and refractive index well matching and low reflectance.KEY WORDS: silicon nitride film ; PECVD; ACR; passivation; silicon solar cells⽬录第⼀章绪论 (1)§1.1 太阳电池的应⽤前景 (1)§1.1.1 能源危机 (1)§1.1.2 光伏政策及现状 (1)§1.2 光伏太阳电池钝化减反射膜介绍 (3)§1.2.1 减反射介绍 (3)§1.2.2 钝化介绍 (6)§1.3 实验意义 (7)第⼆章实验⽅法和过程 (9)§2.1 样品制备选择 (9)§2.2 管式PECVD与板式PECVD对⽐实验 (9)§2.1.2 实验⼯艺过程 (10)§2.3 NH3与SiH4不同流量⽐对薄膜性能的影响 (12)§2.4 实验设备及检测 (13)§2.4.1 设备与仪器 (13)§2.4.2 检测⼿段 (15)第三章实验结果与分析 (17)§3.1 板式PECVD和管式PECVD对⽐实验 (17)§3.1.1 膜厚和折射率对⽐ (17)§3.1.2 两种设备制得薄膜反射率对⽐ (18)§3.1.3 镀膜后钝化效果的⽐较 (18)§3.2 NH3/SiH4对薄膜性能的影响 (19)§3.2.2 NH3/SiH4对SiNx薄膜厚度的影响 (19)§3.2.3 NH3/SiH4对SiNx 薄膜折射率的影响 (21)§3.2.4 NH3/SiH4对SiNx薄膜反射率的影响 (22)§3.2.5 NH3/SiH4对SiNx薄膜钝化效果的影响 (23)结论 (25)参考⽂献 (26)致谢 ...................................................错误！未定义书签。

摘要减反射膜制备技术是太阳电池生产工艺中的关键技术之一。

用PECCD制备的SiNx:H膜，不仅具有减反射的效果而且能提供良好的钝化效果，从而提高太阳电池的转换效率。

由于多晶硅材料的缺陷较多且绒面制作比较困难，所以这对多晶硅太阳电池尤为重要此外。

这种方法还能满足工业化生产的要求（如和常规工艺兼容能够快速大批量地制备等），因此在多晶硅太阳电池所占市场份额逐年扩大的情况下，已成为了PV工业中采用的主流工艺之一。

SiNx:H膜的特性与沉积条件及沉积设备的关系非常密切，而膜的特性对太阳电池的性能也有不同的影响。

本文的主要工作就是研究在国产PD-I型PECVD 沉积台上，不同条件包括沉积条件及后道工艺如热处理等对SiNx:H膜的特性的影响以及薄膜对太阳电池的不同影响；并对结果进行了分析。

关键词：氮化硅 PECVD 氢钝化目录绪言 (3)1.PECVD SiN成膜基本原理 (4)2.薄膜的生长过程概述 (5)3.氢钝化简介 (6)4.氢在硅晶格中的行为及状态简介 (6)5.氢扩散模型 (7)6.减反膜(ARC)原理 (8)7.PECVD SiN减反射膜的优点 (10)参考文献 (11)绪言为了提高效率，必须钝化材料中具有电活性的杂质和缺陷，提高材料的品质。

已经证明PECVD 沉积的SiNx:H膜（在后面的部分用PECVD沉积的这种SiNx:H 膜一律采用SiN的形式简写）不仅能起到减反射膜的作用，也能起到表面钝化和体钝化的作用，是一种能大幅度提高多晶硅太阳电池效率的多功能材料。

由于对薄膜材料进行热处理能提高薄膜的稳定性，而且在普遍采用的太阳电池生产工艺中，一般也会有热处理工艺存在，因此研究SiN膜及在热处理条件下对多晶硅和薄膜本身的影响，有其现实的意义。

本文主要研究了不同沉积条件下SiN膜性能的变化以及对太阳电池的影响，同时，也研究了不同的退火条件对薄膜和太阳电池的影响，得出一些基本的实验数据，为太阳电池的生产和设计提供了参考。

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。

第 12 届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（A 晶体硅材料及电池）背面氮化硅钝化 氮化硅钝化膜厚度对单晶硅太阳能电池的影响 钝化膜厚度对单晶硅太阳能电池的影响孟庆蕾, 钱洪强, 陆红艳 ,王振交 ,吴甲奇,韩培育, 姜勇飞,陈如龙,杨健,张光春,施正 荣（无锡尚德太阳能电力有限公司 214028 qinglei.meng@）摘要：背面局部接触电池可以减少背面复合。

本文通过调节背面局部接触电池背场和硅基材之间 SIN 钝化层不同的厚度，对电池电性能进行研究。

电池 IV 参数表明三层氮化硅具有更佳的表 面钝化效果，硅太阳电池的转换效率、开路电压 Voc 和短路电流密度 Jsc 都有所提升。

关键词： 关键词：晶体硅太阳能电池 ；钝化 ；SINx背场；不同SINx厚度 1 前言高效低成本是当今太阳能电池发展的两大趋 势。

通过硅片的减薄,可以不断地降低硅太阳电池制 造成本。

但是当硅片厚度降低到一定程度时，长波 长的光子在被吸收前就有可能透过硅片。

所以， 随着硅片厚度的降低，电池背面需有一定的具有行 之有效的长波反射能力将没有被吸收的光子反射 回到电池内部，从而进行二次或者多次反射后的吸 收。

背面氮化硅膜钝化太阳电池在修复背表面态 方面有很大优势[3]，德国Fraunhofer ISE 的 Schneiderlochner采用Al/PECVD SiNx 薄膜并以激 光烧结背电极技术制备的电池转换效率在10 cm×10 cm 上达到17.1% ，斯图加特大学采用的低[1]温背钝化技术和LFC 技术制备的电池的转换效率 达到20.5%[2]。

本文采用PECVD方法在单晶硅背面沉积不同 膜厚的氮化硅,研究不同膜厚的氮化硅对单晶硅太 阳电池的影响。

2 实验取用体少子寿命在100µs左右单晶片原始硅片, 厚度在200µm左右,实测电阻率范围1～3Ωm。

将实 验片分为两组，A组使用PECVD在硅片背面沉积约 180nmSINx，B组使用PECVD在硅片背面沉积约 270nmSINx。

背钝化膜特性对PERC单晶硅太阳电池的影响研究李跃;苏世杰;陈绍光;刘文国;代囟;晁稳;彭春林;张龙飞【摘要】研究了氧化铝膜与氮化硅膜厚度,以及氮化硅折射率对PERC单晶硅太阳电池电性能的影响,结果表明,氧化铝膜较薄、氮化硅膜较厚时,PERC单晶硅太阳电池的Voc与Isc明显提高,电池效率提升明显;并且结合不同工艺参数的少子寿命及量子效率,证明了背钝化膜钝化作用的优势.【期刊名称】《太阳能》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】5页(P54-57,80)【关键词】PERC单晶硅;钝化膜;少子寿命;量子效率【作者】李跃;苏世杰;陈绍光;刘文国;代囟;晁稳;彭春林;张龙飞【作者单位】通威太阳能(合肥)有限公司;通威太阳能(合肥)有限公司;通威太阳能(合肥)有限公司;通威太阳能(合肥)有限公司;通威太阳能(合肥)有限公司;通威太阳能(合肥)有限公司;通威太阳能(合肥)有限公司;通威太阳能(合肥)有限公司【正文语种】中文0 引言自上世纪80年代新南威尔士大学Martin Green研究组提出钝化发射极及背面接触(PERC)太阳电池结构以来，PERC太阳电池因其高效率且逐渐成熟的产业化条件，受到越来越多研究人员及电池生产商的关注[1-2]。

与常规铝背场太阳电池的正面钝化不同，PERC太阳电池的背钝化不能以氮化硅膜直接作为背面钝化材料[3]。

由于氮化硅膜内含有的固定正电荷密度较高，导致其下方的p型硅片的电性能出现了反转层，这一反转层与基底中金属接触区的耦合产生了寄生电容效应，导致短路电流及填充因子出现一定程度的降低。

研究发现，负电荷密度较高的氧化铝膜能消除因氮化硅膜存在而产生的寄生电容效应[4]，并产生优于氮氧化硅膜、氧化硅膜、碳化硅膜、非晶硅膜、氮化硅膜的钝化效果。

然而，氧化铝膜不能与铝背场直接接触，因为金属铝经烧结后会对氧化铝膜产生破坏。

因此，目前业界普遍采用氧化铝膜与氮化硅膜的叠层结构作为PERC太阳电池的背钝化材料。

钝化接触太阳能电池的前世今⽣摘要：晶硅太阳能电池的表⾯钝化⼀直是设计和优化的重中之重。

从早期的仅有背电场钝化，摘要到正⾯氮化硅钝化，再到背⾯引⼊诸如氧化硅、氧化铝、氮化硅等介质层的钝化局部开孔接触的PERC/PERL设计。

虽然这⼀结构暂时缓解了背⾯钝化的问题，但并未根除，开孔处的⾼复合速率依然存在，⽽且使⼯艺进⼀步复杂。

近⼏年来，⼀种既能实现背⾯整⾯钝化，且⽆需开孔接触的技术成为机构研究的热点，这就是钝化接触(Passivated Contact)技术。

当电池两⾯均采⽤钝化接触时，还可能实现⽆需扩散PN结的选择性接触(SelectiveContact)电池结构。

本⽂将详细介绍钝化接触技术的背景，特点及研究现状，并讨论如何使⽤这⼀技术实现选择性接触电池。

1表⾯钝化的演进图1 太阳能电池表⾯钝化结构的演进钝化的“史前时代”在90年代之前晶硅电池商业化⽣产的早期，太阳能电池制造商已经开始采⽤丝⽹印刷技术，但与我们如今使⽤的⼜有所不同。

主要的区别在于两点：⾸先当时的正⾯⽹印银浆没有烧穿(Fire-through)这⼀功能，因此在当时的⽣产线上，需要先进⾏⽹印，⽽后沉积当时的TiO2减反射层。

另⼀个区别在于当时的银浆与硅形成有效欧姆接触的能⼒较差，只有与⾼掺杂的硅才可以接触良好。

由于TiO2没有很好的钝化功能，⼈们在当时并没有过多的考虑钝化。

⽽且由于减反射层在⾦属电极之上，因此沉积的时候需要⽤模版遮挡主栅，以便后续的串焊。

虽然这⼀时期，在实验室中，科研⼈员已经采⽤SiO2钝化电池表⾯，并取得不俗的开路电压和效率。

SiNx:H 第⼀次进化90年代，科研机构和制造商开始探索使⽤等离⼦体增强化学⽓相沉积(PECVD)技术制备含氢的氮化硅(SiNx:H)薄膜⽤作电池正⾯的减反射膜。

其中原因之⼀在于相对合适的折射率，但更重要的原因则在于氮化硅优良的的钝化效果。

氮化硅除了可以饱和表⾯悬挂键，降低界⾯态外，还通过⾃⾝的正电荷，减少正⾯n型硅中的少⼦浓度，从⽽降低表⾯复合速率。

收稿日期:2008-11-04作者简介:周国华(1981-),男,江苏泰州人,检测技术与自动化装置。

主要从事高效太阳能电池方面的研究。

太阳能电池背表面钝化的研究周国华1,施正荣2,3,朱　拓2,吴　俊3,梅晓东3,姚海燕3(1.江南大学信控学院,江苏无锡214122;2.江南大学理学院,江苏无锡214122;3.无锡尚德太阳能电力有限公司,江苏无锡214000)摘　要:利用PC1D 模拟不同少子寿命的电池效率与背表面复合速率的关系,采用氮化硅和及其与二氧化硅薄膜的叠加层作为背面钝化膜,通过丝网印刷的方法形成条形局域背接触和局域背面点接触,条形接触的面积为背表面的25%,背面点接触孔径为250μm,间距2mm 。

经过RTP 处理之后,两种不同的接触方式存在相同的问题,串联电阻大,并联电阻小,而利用腐蚀浆料的方法形成背面点接触,在电性能参数有少许改善。

结果表明,在正常的烧结状态下,常规铝浆很难完全穿透氮化硅薄膜及其叠加层背面钝化层。

而利用腐蚀浆料的方法形成背面点接触,在电性能参数有少许改善。

关键词:背面钝化;背面局域接触中图分类号:T M914.4 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2009)01-0017-04Study on the rear surface pa ssi va ti on of sol ar cellsZHOU Guo 2hua 1,SH I Zheng 2rong2,3,ZHU Tuo 2,et al(1.School of Communicati on &Contr ol Engineering,Southern Yangtze University,W uxi 214122,China;2.School of Science,Southern Yangtze University,W uxi 214122,China;3.Suntech,W uxi 214000,China )Abstract:The relati onshi p bet w een the battery efficiency with different m inority carrier life and the conversi on efficien 2cy on the backside surface different bulk life ti m e silicon was si m ulated by using PC1D.The SI N and SI N /SI O stacks were used as the dielectric rear passivati on layers .The screen p rinting technol ogy was used t o f or m the grid back con 2tact with the area of the rear surface 25%and point contact with dia meter of 250u m and s pace 2mm.There is the sa me p r oble m in the t w o different f or m s .The series resistance is t oo big,and the shunt resistance is t oo s mall .By using acid method,the electric perfor mance para meters become a little better .The results above indicate that it is difficult t o go thr ough the dielectric rear passivati on layers by using the common A l paste,while using acid method,the electric per 2f or mance para meters become a little better .Key words:rear surface passivati on;l ocal back contact0　引　言降低晶体硅成本,是竞争日益激烈的光伏产业追求的目标之一,降低硅原料成本,一般需要向更薄的硅片发展,采用更薄的硅片是以后晶体硅太阳能电池产业发展的趋势之一。