PECVD顏色均勻性的研究

賈彥科，楊飛飛（山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西長治046000）

0 引 言

太陽能電池工藝中，鍍減反射膜是關(guān)鍵的工藝段。減反射膜可以減少光的反射率，增加電池片的少子壽命，從而提高電池轉(zhuǎn)換效率。減反射膜的制作有多種方法，等離子體增強化學氣相沉積法（Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition，簡稱PECVD）制備的氮化硅薄膜具有良好的絕緣性、致密性、穩(wěn)定性，并能有效地阻止 B、P、Na、As、Sb、Ge、A1、Zn等雜質(zhì)的擴散［1］。本文通過調(diào)節(jié)相關(guān)工藝設(shè)備參數(shù)，使氮化硅膜的均勻性得到有效控制，顏色的一致性大大改觀，在實際生產(chǎn)中取得良好的效果。

1 PECVD原理

圖1為管式PECVD的原理圖。工藝氣體通過流量控制器進入爐管，真空泵用來調(diào)節(jié)氣壓，化學氣體在加熱器及等離子體的作用下于硅片表面形成SIN層。

圖2為等離子原理圖。等離子體發(fā)生器的兩電極分別與石墨舟舟片相連，通過舟片給電池片通電，從而在硅片表面產(chǎn)生等離子體。

2 實驗方案

沉積裝置使用CT管式PECVD，樣片使用制絨后p型多晶硅片，等離子體的頻率為40 k Hz，化學氣體為硅烷、氨氣、氮氣。實驗中保持第一層膜工藝參數(shù)不變，調(diào)節(jié)第二層膜氣壓、溫度、等離子體功率等工藝參數(shù)，利用橢偏儀、GPsolar相機測試膜厚，衡量其鍍膜的均勻性；調(diào)整PECVD裝載端設(shè)備參數(shù)，觀察調(diào)整后電池片邊緣顏色情況。

圖1 直接等離子體PECVD

圖2 等離子體特征

3 實驗結(jié)果分析討論

3.1 實驗結(jié)果

3.1.1 工藝參數(shù)調(diào)整

實驗時選取國電硅片，分9組，每組400片，按正常工藝流程送至PECVD工藝段。

（1）保持NH3與SiH4比例不變的情況下，不同的氣體總流量下，觀察氮化硅膜的顏色均勻性，如表1、圖3所示。

表1 流量對顏色偏差的影響

圖3 氣體流量對顏色均勻性的影響

（2）保持NH3與SiH4比例與氣體總流量不變的情況下，調(diào)高各溫區(qū)溫度，觀察氮化硅膜的顏色均勻性，如表2、圖4所示。

表2 爐區(qū)溫度對顏色偏差的影響

圖4 爐區(qū)溫度對顏色均勻性的影響

（3）保持NH3與SiH4比例與氣體總流量、溫度不變的情況下，調(diào)高等離子體功率，觀察氮化硅膜的顏色均勻性，如圖5所示。

圖5 等離子功率對顏色均勻性的影響

3.1.2 設(shè)備參數(shù)調(diào)整

實驗時選取國電硅片，分4組，每組400片，按正常工藝流程送至PECVD工藝段。

（1）更換石墨舟卡點，由原來間距0.35 cm調(diào)整為0.25 cm，跟蹤查看調(diào)整前后顏色均勻性的變化，如表3所示。

表3 卡點間距對邊緣色差的影響

（2）修改加載端機械手位置，使硅片位置更貼近卡點處，如表4所示。

表4 機械手位置對邊緣偏差的影響

3.2 實驗分析與討論

由圖2、圖3可以看出，顏色偏差隨溫度、流量的升高而降低，顏色均勻性得到改善。溫度升高、流量增大，氣體分子的擴散速度增大，爐管內(nèi)各處氣體的濃度一致性變好，有利于整舟顏色均勻性，同時襯底溫度的升高，提高了原子的活性，硅片表面原子的遷移率增大，有利于單片鍍膜的均勻性。由圖5可以看出，功率增大，顏色的均勻性變好，功率變大，舟片之間的電場隨之變強，等離子體的運動速率增大，硅片表面的離子、中性分子、原子相互撞擊頻率變大，有利于鍍膜的均勻性。

由表3看出，卡點直徑的調(diào)整能夠在很大程度上減少邊緣色差，其主要原因為卡點直徑變小后，硅片與舟之間的貼合更緊，不會影響舟邊緣的導電性；機械手位置的調(diào)整對顏色影響不大，可能機械手位置調(diào)整范圍有限，無法達到理想效果。

4 結(jié) 論

通過以上實驗分析，可以看出，氣體流量、溫度、等離子功率都對顏色均勻性有影響，但是在實際生產(chǎn)中，參數(shù)之間存在相互影響，綜合優(yōu)化各個參數(shù)，可以使電池片性能達到最好。

［1］ 趙 慧，徐 征.氮化硅薄膜的性能研究以及在多晶硅太陽電池上的應用［J］.太陽能學報，2004，25（2）：142-143.

［2］ 李中華.晶硅太陽電池雙層減反膜的研究［D］.北京：北京交通大學，2011：14-15.