热处理对氮化硅薄膜光学和电学性能的影响

使用PECVD在单晶硅硅片表面沉积了非晶氮化硅(a-SiNx∶H)薄膜,采用传统的退火炉和快速热退火炉进行了不同时间和温度下的退火比较,并研究了退火对薄膜光学性能以及材料少子寿命的影响。研究发现:氮化硅薄膜经热处理后厚度降低,折射率先升高后降低;沉积氮化硅薄膜后400℃退火可以促进氢扩散,提高少子寿命,超过400℃后氢开始逸失,衬底少子寿命急剧下降。另外,还发现RTP处理过程中氢的逸失比常规热处理快。     

多孔硅对多晶硅太阳电池中缺陷和杂质的吸除效应

吸杂是减少硅中杂质和缺陷，提高多晶硅太阳电池效率的一种有效手段。本文比较了用三种吸杂方式对多晶硅进行处理的结果和影响：多孔硅吸杂，磷吸杂，多孔硅结合磷吸杂。三种吸杂方式都能明显提高多晶硅的少子寿命。在此基础上研究了多孔硅吸杂的工艺，发现多孔硅吸杂的效果随退火的温度和时间影响比较大，在800℃氮气气氛下退火3h，多晶硅的少子寿命能由原来的1．4μs提高到25．6μs。相比之下，多孔硅吸杂工艺简单，更适合工业生产。     

氮化硅薄膜对硅片背表面的钝化作用

采用等离子体增强化学沉积的方法(PECVD),在低衬体温度下制备不同厚度的双面氮化硅薄膜,通过准稳态电导法(QSSPCD)测试non-diffused和diffused硅片沉积不同厚度双面氮化硅薄膜烧结前后的少子寿命,研究发现,氮化硅薄膜厚度在17 nm左右的时候,背面钝化效果有所下降,超过26 nm的时候,效果基本一致.non-diffused烧结后的少子寿命下降很大,而diffused与之相反.结果表明,采用氮化硅作为背面钝化介质膜,可以改善材料的少子寿命,背面钝化膜可以选择在26～75 nm之间.     

变温磷吸杂对多晶硅性能的影响

用微波光电导衰减仪(μ-PCD)研究了不同温度和时间的恒温和变温磷吸杂处理对铸造多晶硅片电学性能的影响。实验发现:变温吸杂明显优于恒温吸杂,特别是对原生高质量多晶硅;其优化的变温磷吸杂工艺为1000℃/0.5h 700℃/1.5h;而在高温恒温吸杂中,多晶硅少子寿命值反而显著下降。实验现象表明:磷吸杂效果主要是与过渡族金属的溶解、扩散和分凝有关。     

硅中热施主在热过程中的消长研究

研究退火消除直拉单晶硅中热施主的效果以及在后续热过程中热施主的再形成规律。实验结果显示,采用650℃保温40min的退火可有效消除直拉单晶硅锭肩下部形成的热施主,并使其少子寿命恢复到实际值。消除了热施主的硅锭肩下部硅片在后续的900℃/40min加热后以小于11℃/min的速率冷却,硅片的热施主会再次生成,热施主的再生成量随冷却速率增加而减少,当冷却速率达100℃/min时可避免热施主的再次生成。实验结果还显示,采用3℃/min速率慢冷至550℃再以100℃/min的速率快冷至室温的两步冷却也可避免该硅片热施主的再次生成。实验还发现,消除了热施主的硅锭肩下部硅片经900℃/40min加热后的少子寿命随冷却速率的增加而降低;经上述两步冷却与3℃/min速率一步慢冷得到的少子寿命基本相等。     

快速热处理工艺下金属杂质对铸造多晶硅少子寿命的影响

利用离子注入技术在铸造多晶硅中分别引入铜、铁、镍杂质玷污,用微波光电导衰减(μ-PCD)仪测试技术研究了铜、铁、镍杂质对硅片少子寿命的影响.研究发现:原生铸造多晶硅片和离子注入铜、铁、镍杂质的多晶硅片经1000℃常规热处理2h后少子寿命值都会降低,下降幅度基本一致.原生硅片在低中温条件下,少子寿命值呈现先下降后上升的趋势;当硅片经高温RIP后,其少子寿命值得到明显改善.低中温RTP条件下,经铜、镍杂质玷污的硅片随着退火温度的升高,少子寿命变化不大.高温RTP条件下,经铜、铁、镍杂质玷污后硅片的少子寿命迅速下降.实验结果表明高温RTP能够提高杂质含量较低硅片的少子寿命,而对杂质含量较高硅片的少子寿命有负面影响.     

氮化硅薄膜对晶体硅材料和电池的钝化效果研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术,在P型直拉单晶硅硅片和铸造多晶硅片以及太阳电池的表面上 沉积了非晶氮化硅(a-SiNx:H)薄膜,并研究了氮化硅薄膜对材料少子寿命和太阳电池性能的影响。研究发现: 氮化硅薄膜显著地提高了晶体硅材料中少子寿命,同时多晶硅太阳电池的开路电压有少量提高,短路电流普遍 提高了1mA/cm2,电池效率提高了2％。实验结果表明:氮化硅薄膜不仅具有表面钝化作用,也有良好的体钝化 作用。     

PECVD制备太阳电池氮化硅薄膜特性研究

含氢氮化硅薄膜在太阳电池工业生产领域被广泛的用作减反射层和钝化层。使用工业型等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备制备了含氢氮化硅薄膜,使用傅里叶红外光谱(FTIR)测试仪对薄膜成分进行分析,研究反应气体流量、高频电源功率对薄膜成分以及薄膜特性影响,并通过硅片的少子寿命研究氮化硅薄膜成分对硅片钝化效果的影响,明确实际工业生产中的工艺调整方向。     

多晶硅太阳电池预处理及退火工艺研究

在沉积氮化硅薄膜之前采用氨气电离出氢等离子体,先对硅片进行氢等离子体预处理,通过数值分析和实验方法分别研究预处理时间、功率、温度、压力等各参数对钝化效果以及电学性能的影响。在预处理温度450℃,时间200s,射频功率4000W,气体压强200Pa,氨气流量4000sccm/min时,短路电流提高约4%。采用等离子体增强型的化学气相沉积(PECVD)法,在电池表面镀上一层氮化硅膜,实验证实氢等离子体会透过氮化硅进入到硅基体内,从而使少子寿命提高约5μs。低温退火实验表明,430~440℃为最优温度,随时间的增加,短路电流有明显提升。     

低温生长SiO2钝化膜在太阳电池上的应用

主要研究在晶体硅衬底上采用干氧氧化法生长SiO2薄膜,通过改变非晶SiO2薄膜的生长温度、时间以及气体流量等参数优化工艺条件,增强对硅片的钝化作用,提高光生少数载流子寿命.实验发现在840℃下生长的非晶SiO2薄膜对硅片钝化效果最佳,可将硅片少子寿命提高约90%.此外,为优化SiO2/SiNx双层膜的减反射作用,采用Matlab程序计算SiO2/SiNx双层膜的反射谱,从理论上获得最优的膜系组合.实验发现生长有SiO2钝化膜的SiO2/SiNx双层膜太阳电池相对单层SiNx膜太阳电池,短路电流和开路电压分别提高了0.2A和8mV,转换效率提高约9%.     

热退火对太阳电池用多晶硅特性的影响

对多晶硅片进行三步退火处理,用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和准稳态光电导衰减法(QSSPCD)测硅片退火前后氧碳含量及少子寿命,并对单晶硅片做同样处理进行比较。实验发现:经三步退火后,多晶硅比单晶硅氧碳含量下降的幅度大,这表明多晶硅内部形成的氧沉淀多,其体内的高密度缺陷如晶界、位错等对氧沉淀的形成有促进作用。多晶硅与单晶硅少子寿命大大提高,可能是由于高温退火后晶体内部形成氧沉淀及缺陷的络和物可以作为电活性杂质的吸除中心,从而减少了分散的载流子复合中心,提高了硅片的少子寿命。变化趋势的不同与晶体内部结构有关。     

热氧化生长的SiO2钝化膜对晶体硅太阳电池性能的影响

使用干氧热氧化的方法在晶体硅太阳电池表面生长SiO2钝化膜。结果表明:在780℃下生长的氧化薄膜钝化效果较好,实验检测少子寿命提高了8.3μs,以此为基础制备的太阳电池转换效率达到17.38%。实验还对氮气气氛下的氧化进行研究,发现当氮气流量为10L/min时,能强化薄膜的钝化效果,少子寿命可提高9.4μs。     

第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会优秀论文选登(十) PECVD法非晶硅薄膜对太阳能级n型直拉单晶硅片钝化效果的研究

研究了优等化离子体化气相学沉积法(PECVD)在太阳能级n型直拉单晶(Cz)硅衬底上沉积i-a-Si:H薄膜工艺,得到较好的钝化效果。分析了气体流量和温度、气压等工艺参数对薄膜沉积和硅片钝化效果的影响。通过优化参数,钝化后在太阳能级n型Cz硅片(40×40mm)平均少子寿命值在800μs以上,局部在1500μs以上,得到了钝化后平均表面复合速率S<9.4cm/s的优良钝化效果;若硅片τbulk为2ms,则S<5.6cm/s。     

反应离子刻蚀法制绒在单晶硅太阳电池上的应用

研究了在预制绒基片上进行RIE织构化处理,得到的硅片表面具有很好的陷光效果,平均反射率仅为6%左右。通过热氧化法改善表面损伤,发现在温度900℃下,氧化膜厚度为40nm时,可得到较高的有效少子寿命,由此制得电池的内量子效率(IQE)、短路电流密度均有提高。     

多晶硅电池片双面扩散的仿真研究

结合PC1D模拟软件,对减薄至200μm的多晶硅电池片进行双面扩散与背靠背扩散的对比研究。试验表明:双面扩散工艺和背靠背扩散工艺均具有良好的吸杂效果,少子寿命有很大提高,少子扩散长度已大于电池片厚度。双面扩散比背靠背扩散具有更好的吸杂和钝化效果,少子寿命更长。但PC1D软件仿真及试验结果显示,扩散后电池片的转换效率、短路电流、开路电压等电学性能没有显著改善。     

多晶硅太阳电池低温变温扩散工艺的优化

采用少子寿命测试仪对扩散前后的硅片少子寿命进行了分析,当扩散后的方块电阻控制在55～65Ω时,低温变温扩散工艺处理的硅片少子寿命最高达到12.18μs,低温恒温扩散工艺处理的硅片少子寿命为10.67μs,高温恒温扩散工艺处理的硅片少子寿命为8.20μs。低温变温扩散工艺处理的太阳电池分别比传统的低温恒温扩散工艺处理和高温恒温扩散工艺处理的太阳电池转换效率提高0.79%和0.42%。     

铸造多晶硅硅片的磷吸杂研究

主要研究了铸造多晶硅晶锭不同位置的硅片在磷吸杂前后电学性能的变化.结果发现,经过870%磷吸杂40 min后不同位置处硅片的少数载流子寿命都有显著的提高,其中来自硅锭底部硅片的少数载流子寿命的提高程度明显低于来自顶部样品寿命的提高幅度.由于氧的分凝效应,在铸造多晶硅底部材料中含有较高浓度的间隙氧.结果表明,多晶硅磷吸杂的效果不仅与材料中过渡族金属的分布以及形态有关,而且还可能与硅中氧的浓度有关.     

PECVD法非晶硅薄膜对太阳能级n型直拉单晶硅片钝化效果的研究

研究了优等化离子体化气相学沉积法(PECVD)在太阳能级n型直拉单晶(Cz)硅衬底上沉积i-a-Si:H薄膜工艺,得到较好的钝化效果.分析了气体流量和温度、气压等工艺参数对薄膜沉积和硅片钝化效果的影响.通过优化参数,钝化后在太阳能级n型Cz硅片(40×40mm)平均少子寿命值在800μs以上,局部在1500μs以上,得到了钝化后平均表面复合速率S＜9.4cm/s的优良钝化效果;若硅片τbulk为2ms,则S＜5.6cm/s.     

低速率沉积非晶硅薄膜钝化Cz-Si片的研究

采用PECVD法在低沉积速率(1?/s)条件下制备非晶硅,双面钝化n型Cz硅片(40 mm×40 mm),钝化最好的硅片平均少子寿命值为889μs,局部最高近1600μs,用准稳态光电导法测试的平均伪开路电压i Voc达722 m V。对FTIR测试结果分析表明:非晶硅薄膜中的Si H2与Si H键的相对数量对钝化效果具有重要影响。     

n型单晶硅衬底少子寿命对n-PERC电池性能的影响

采用PC1D模拟软件模拟不同少子寿命的硅片条件下电阻率、扩散方块电阻、结深对n-PERC电池性能的影响。结果表明,随着硅片少子寿命的延长,电池效率提高。通过对实际生产中少子寿命和硅片径向不均匀度的研究,得出n-PERC电池使用硅片的最佳少子寿命值。