晶体硅电池的氧化硅氮化硅双层薄膜特性研究

1、晶体硅电池的氧化硅氮化硅双层薄膜特性研究 随着太阳电池采用的硅片厚度越来越薄，硅片的比表面积也越来越大，对硅片表面的钝化效果的要求也越来越高，为了降低硅片表面的复合损失，有两种主要的钝化方法： 化学钝化：如用H原子饱和表面的悬挂键、在表面生长一层SiO2的方法降低表面缺陷密度 场效应钝化（ field-effect passivation ）：通过钝化膜内 的固定电荷在硅片表面形成内建电场，降低表面的电子或空穴的浓度，从而降低载流子复合速率 采用SiO2/SiN 叠层膜可以有效综合这两种钝化方法第1页/共15页一、SiO2/SiN 叠层膜钝化效果好的原因 由于SiN膜具有很高的正电荷密度，场效

2、应钝化效果较好，且内含丰富的H原子，但其沉积在硅片表面后，界面缺陷密度较高 SiO2膜的场效应钝化效果不如SiN，但是生长完SiO2的硅片表面缺陷密度较低 所以采用SiO2/SiN 叠层膜结构可以有效综合两种膜的优点得到较好的钝化效果！第2页/共15页SiN膜的优缺点 优点一：场效应钝化效果好。 左图为SiN/Si 界面示意图，(氮化硅膜内的固定正电荷主要来自反应过程中生成的悬挂键，如 N3 Si ， Si3Si，Si2NSi 等)第3页/共15页 SiN膜中的固定正电荷可与硅片内的载流子相互作用形成场效应钝化，（固定正电荷可排斥空穴，从而在界面处形成内建电场，最终将电子和空穴分离） 优点二:

3、 SiN膜含有大量氢原子，可在在烧结过程中释放至硅片内饱和悬挂键，从而降低表面复合速率，提高载流子寿命。 缺点：相对于SiO2 其与硅片的界面态密度较大。第4页/共15页SiO2膜的优缺点 优点： SiO2/Si界面的界面缺陷密度较低。 SiO2在硅片表面的生长模型如左图所示， 氧气在硅片表面发生反应生成SiO2第5页/共15页 由于在硅片表面处晶格不连续通过在硅片表面热生长一层SiO2,可以有效饱和硅片表面的Si3 Si 键，从而降低硅片表面的表面缺陷密度（见下图Qit）第6页/共15页 缺点：场效应钝化效果不如SiN 左图为SiO2 /Si 界面示意图（固定正电荷主要来自悬挂键，诸如O3S

4、i），由于SiO2中固定正电荷的密度低于SiN,场效应钝化效果相对较弱。第7页/共15页 所以采用SiO2/SiN 叠层膜既可以利用SiO2降低界面态密度，又可以利用SiN中的正电荷形成良好的场效应钝化(SiN中的固定正电荷密度大于SiO2)，同时利用SiN中的氢钝化硅片表面，是一种优良的钝化膜。第8页/共15页二、实验论证 通过在扩散炉中用湿氧在900度左右高温下热生长了一系列厚度在20nm 左右的SiO2膜，在SiO2膜表面再PECVD沉积SiN（65nm）,各步骤的少子寿命比较如下图所示：第9页/共15页 从图中可以看到通过SiO2/SiN 叠层膜的沉积硅片的少子寿命得到较大幅度的提升第10页/共15页谢谢第11页/共15页 SiN膜中的固定正电荷可与硅片内的载流子相互作用形成场效应钝化，（固定正电荷可排斥空穴，从而在界面处形成内建电场，最终将电子和空穴分离） 优点二: SiN膜含有大量氢原子，可在在烧结过程中释放至硅片内饱和悬挂键，从而降低表面复合速率，提高载流子寿命。 缺点：相对于SiO2 其与硅片的界面态密度较大。第12页/共15页 由于在硅片表面处晶格不连续通过在硅片表面热生长一层SiO2,可以有效饱和硅片表面的Si3 Si 键，从而降低硅片表面的表面缺陷密度（见下图Qit）第13页/共15页 所以采用SiO2/SiN 叠层膜既可以利用SiO2降低界面态密度，又可