用于晶體硅太陽電池生產(chǎn)的PECVD技術(shù)進(jìn)展

　　一引言

　　為了降低晶體硅太陽電池的效率，通常需要減少太陽電池正表面的反射，還需要對(duì)晶體硅表面進(jìn)行鈍化處理，以降低表面缺陷對(duì)于少數(shù)載流子的復(fù)合作用。

　　硅的折射率為3.8，如果直接將光滑的硅表面放置在折射率為1.0的空氣中，其對(duì)光的反射率可達(dá)到30%左右。人們使用表面的織構(gòu)化降低了一部分反射，但是還是很難將反射率降得很低，尤其是對(duì)多晶硅，使用各向同性的酸腐蝕液，如果腐蝕過深，會(huì)影響到PN結(jié)的漏電流，因此其對(duì)表面反射降低的效果不明顯。因此，考慮在硅表面與空氣之間插一層折射率適中的透光介質(zhì)膜，以降低表面的反射，在工業(yè)化應(yīng)用中，SiNx膜被選擇作為硅表面的減反射膜，SiNx膜的折射率隨著x值的不同，可以從1.9變到2.3左右，這樣比較適合于在3.8的硅和1.0的空氣中進(jìn)行可見光的減反射設(shè)計(jì)，是一種較為優(yōu)良的減反射膜。

　　另一方面，硅表面有很多懸掛鍵，對(duì)于N型發(fā)射區(qū)的非平衡載流子具有很強(qiáng)的吸引力，使得少數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合作用，從而減少電流。因此需要使用一些原子或分子將這些表面的懸掛鍵飽和。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，含氫的SiNx膜對(duì)于硅表面具有很強(qiáng)的鈍化作用，減少了表面不飽和的懸掛鍵，減少了表面能級(jí)。

　　綜合來看，SiNx膜被制備在硅的表面起到兩個(gè)最用，其一是減少表面對(duì)可見光的反射；其二，表面鈍化作用。

　　二PECVD技術(shù)的分類

　　用來制備SiNx膜的方法有很多種，包括：化學(xué)氣相沉積法（CVD法）、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD法）、低壓化學(xué)氣相沉積法（LPCVD法）。在目前產(chǎn)業(yè)上常用的是PECVD法。

　　PECVD法按沉積腔室等離子源與樣品的關(guān)系上可以分成兩種類型：

　　直接法：樣品直接接觸等離子體，樣品或樣品的支撐體就是電極的一部分。

　　間接法：或稱離域法。待沉積的樣品在等離子區(qū)域之外，等離子體不直接打到樣品表面，樣品或其支撐體也不是電極的一部分。

　　直接法又分成兩種：

　　（1）管式PECVD系統(tǒng)：即使用像擴(kuò)散爐管一樣的石英管作為沉積腔室，使用電阻爐作為加熱體，將一個(gè)可以放置多片硅片的石墨舟插進(jìn)石英管中進(jìn)行沉積。這種設(shè)備的主要制造商為德國(guó)的Centrotherm公司、中國(guó)的第四十八研究所、七星華創(chuàng)公司。

　　（2）板式PECVD系統(tǒng)：即將多片硅片放置在一個(gè)石墨或碳纖維支架上，放入一個(gè)金屬的沉積腔室中，腔室中有平板型的電極，與樣品支架形成一個(gè)放電回路，在腔室中的工藝氣體在兩個(gè)極板之間的交流電場(chǎng)的作用下在空間形成等離子體，分解SiH4中的Si和H，以及NH3種的N形成SiNx沉積到硅表面。這種沉積系統(tǒng)目前主要是日本島津公司在進(jìn)行生產(chǎn)。

　　間接法又分成兩種：

　　（1）微波法：使用微波作為激發(fā)等離子體的頻段。微波源置于樣品區(qū)域之外，先將氨氣離化，再轟擊硅烷氣，產(chǎn)生SiNx分子沉積在樣品表面。這種設(shè)備目前的主要制造商為德國(guó)的Roth&Rau公司。

　　（2）直流法：使用直流源激發(fā)等離子體，進(jìn)一步離化氨氣和硅烷氣。樣品也不與等離子體接觸。這種設(shè)備由荷蘭的OTB公司生產(chǎn)。

　　目前，在中國(guó)微波法PECVD系統(tǒng)占據(jù)市場(chǎng)的主流，而管式PECVD系統(tǒng)也占據(jù)不少份額，而島津的板式系統(tǒng)只有5~6條生產(chǎn)線在使用。直流法PECVD系統(tǒng)還沒有進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。

　　除了上述幾種模式的PECVD系統(tǒng)外，美國(guó)的AppliedMaterial公司還開發(fā)了磁控濺射PECVD系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用磁控濺射源轟擊高純硅靶，在氨氣的氣氛中反應(yīng)濺射，形成SiNx分子沉積到樣品表面。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不使用易爆的硅烷氣，安全性提高很多，另外沉積速率很高.

　　如果按照PECVD系統(tǒng)所使用的頻率范圍，又可將其分成以下幾類：

　　■0Hz：直流間接法——OTB公司

　　■40KHz：Centrotherm公司管式直接法PECVD和AppliedMaterial公司的磁控濺射系統(tǒng)

　　■250kHz：島津公司的板式直接法系統(tǒng)

　　■440kHz：Semco公司的板式直接法

　　■460kHz：Centrotherm公司管式直接法

　　■13.6MHz：Semco公司和MVSystem公司的板式直接法系統(tǒng)

　　■2450MHz：Roth&Rau公司的板式間接法系統(tǒng)。

　　三各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較

　　各種方法都有其有缺點(diǎn)：從大的方面講，直接PECVD法對(duì)樣品表面有損傷，會(huì)增加表面少子的復(fù)合，但是也正是由于其對(duì)表面的轟擊作用，可以去除表面的一些自然氧化層，使得表面的雜質(zhì)原子得到抑制，另外直