课程设计报告书薄膜太阳能电池氢钝化.docVIP

太阳能光电工程学院 《光伏材料加工工艺》 课程设计报告书 题 目：薄膜太阳能电池氢钝化 姓 名： 高煌 专 业： 光伏材料加工与应用技术 班 级： 准考证号： 设计成绩： 指导教师： 薄膜太阳能电池氢钝化 摘 要 本设计主要阐述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。 本文在系统综述当前太阳电池用氮化硅薄膜研究进展、前景和面临的问题的基础上，应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)系统，以硅烷和氨气为气源制备了同时具有钝化作用和减反射作用的氮化硅薄膜；摸索了氮化硅薄膜相对最佳生长参数；研究了PECVD生长的氮化硅薄膜的基本物理化学性质以及在沉积的过程中，衬底温度、硅烷氨气流量比和射频功率对薄膜折射率和生长速率的影响；分别探明了氢等离子体和富氢氮化硅薄膜对太阳电池材料和器件性能的钝化作用，并就沉积薄膜后退火对电池材料和器件的影响做了初步的摸索。 关键词 PECDV 氢钝化 氮化硅薄膜 目 录 绪 言 3 1.太阳能电池用氮化硅薄膜的发展进程 4 1.1氮化硅薄膜的生长机理 4 1.2氮化硅薄膜的制备 4 2.对氮化硅薄膜的研发 5 2.1等离子增强化学汽相沉积(PECVD) 5 2.2低压化学汽相沉积(LPCVD) 5 2.3常压化学汽相沉积(APCVD) 7 2.4其它的沉积法 6 3. PECVD 在多晶硅上沉积氮化硅膜的研究 8 4. 氢钝化 11 5.结论 12 参考文献 14 绪 言 本实验利用PECVD设备，制备了氮化硅薄膜，PECVD 制氮化硅膜做太阳电池的减反射膜,具有许多其它介质薄膜不及的优点, 可使电池的光电转化率增加38 %(AM0, 25℃) , 断路电流增益平均可达42 % , 且可提高电池的抗辐射能力和钝化性能。 氮化硅薄膜SiNx是一种物理、化学性能十分优良的介质膜，具有优良的光电性能、化学稳定性、热稳定性和抗高温氧化性，抗杂质扩散和水汽渗透能力强，硬度高，耐磨损性能好。因此氮化硅不仅是理想的减反射膜，而且还可以同时达到钝化的效果，在硅基太阳能电池中就同时起到表面钝化、体内钝化和减反射的作用，从而提高太阳能电池的转换效率，在光电领域有广泛的应用根据薄膜生长实际条件的不同，它们会有各种晶体结构，基本有3种不同的薄膜，既无定形薄膜、多晶薄膜和单晶薄膜。由于硅的氮化过程较为复杂，现在还没有一个完整的理论能被研究者普遍接受，但是在电子显微镜视场中直接观察薄膜的生长过程，发现可以把薄膜生长分成成核、生长成岛、岛聚连成网络和沟道填充4个阶段通常制备非晶氮化硅薄膜的方法是用化学汽相沉积生长非晶氮化硅薄膜。3种基本的化学汽相沉积工艺为：等离子增强化学汽相沉积(PECVD)，反应压力为1mbar，反应温度为500℃；低压化学汽相沉积(LPCVD)，反应压力为0.1mbar，反应温度为750℃；常压化学汽相沉积(APCVD)，反应压力为1bar，反应温度为700-1000℃。由于等离子增强化学汽相沉积具有沉积温度低等优点，因而在微电子工业中获得了广泛的应用。化学气相沉积技术是利用含有薄膜元素(Si、N)的气体如NH3、SiH4、SiCl4、SiH2Cl2等，供到沉积炉中基质的表面，利用加热、等离子体、紫外光乃至激光等能源，使其相互反应沉积薄膜。它具有以下优点：薄膜形成方向性小，微观均匀性好，具有台阶覆盖性能，更适于复杂形状的基质；薄膜纯度高，残余应力小，延展性强；薄膜受到的辐射损伤较低。所以，CVD法成为人们最常用的制备氮化硅薄膜的方法。等离子体增强化学气相沉积，是利用辉光放电的物理作用来激活粒子的一种化学气相沉积反应，是集等离子体辉光放电与化学气相沉积于一体的薄膜沉积技术。除此之外，近年来有人探索多种合成方法结合使用来合成氮化硅薄膜，例如本文将提到的螺旋波等离子体增强化学气相沉积法(HWP-CVD)、电子回旋共振等离子体化学气相沉积法(ECR-CVD)、射频磁控反应溅射法(RF-MRS)、射频等离子体增强化学气相沉积法(RF-PECVD)和微波等离子体增强磁控溅射法(ECR-PE-MRS)。离子束增强沉积和磁