非晶硅薄膜太阳能电池工艺-PECVD
PECVD原理及设备结构
真空度检测器
用于实时监测PECVD腔室的真空度 ，一般采用电离规或电容规等源
为PECVD设备提供高电压，一般采用直流 电源，输出电压范围为几千伏至几十千伏。
为PECVD设备提供射频能量，一般采用大 功率射频放大器，输出频率为13.56 MHz 。
偏压电源
电源控制系统
pecvd原理及设备结构
2023-11-06
目录
• 引言 • pecvd原理 • pecvd设备结构 • pecvd工艺控制 • pecvd应用领域 • 结论
01
引言
目的和背景
目的
PECVD是一种用于制备薄膜材料的方法，具有较高的质量和 均匀性，同时具有较低的成本和更广泛的适用范围。
背景
随着科技的发展，对于薄膜材料的需求不断增加，而PECVD 作为一种制备薄膜材料的有效方法，得到了广泛的应用和推 广。
薄膜的结构对它的性能也有重要影响。例如，多晶硅薄膜具有较高的导电性能和机械强度，而单晶硅薄膜则具 有较高的光学性能和电子迁移率。
工艺流程优化
工艺流程设计
为了获得高质量、高性能的薄膜，需要对PECVD工艺流程进行精心设计。这包括前处理、沉积过程、 后处理等各个环节的优化和控制。
设备维护与保养
为了保持设备稳定性和生产效率，需要定期对设备进行维护和保养。例如，清洗反应室、更换电极等 。
06
结论
研究成果总结
01
PECVD原理的发现
PECVD是一种基于等离子体放电的化学气相沉积技术，其原理是利用
辉光放电产生的高能等离子体对薄膜进行沉积。
02 03
PECVD设备结构的研究
PECVD设备通常由反应室、电源、进气系统、排灰系统等组成。反应 室是设备的主要组成部分，其内部结构包括电极、放电空间和沉积表 面。
太阳能电池PECVD-工作工艺原理
江西瑞晶太阳能高科技有限公司
目录
PECVD的作用 PECVD的原理 PECVD工艺参数的调整 安全
定义
等离子体：由于物质分子热运动加剧，相互间 的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就 会变成自由运动并由相互作用的正离子、电子 和中性粒子组成的混合物。
PECVD：Microwave Remote Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition 微波间接等离子增强化学气相沉积
颜色 硅本色
氮化硅颜色与厚度的对照表
厚度（nm）
颜色
厚度 （nm）
颜色
厚度（nm）
0-20
很淡蓝色 100-110 蓝 色 210-230
褐色
20-40
硅 本 色 110-120 蓝绿色 230-250
黄褐色
40-50
淡 黄 色 120-130 浅绿色 250-280
红色
55-73
黄 色 130-150 橙黄色 280-300
Wavelength(nm)
化学清洗后硅片反射率 沉积SiN膜后的反射率
PECVD的作用
PECVD的作用
钝化太阳电池的受光面
钝化膜(介质) 的主要作用是 保护半导体器 件表面不受污 染物质的影响， 半导体表面钝 化可降低半导 体表面态密度。
PECVD的作用
钝化太阳电池的体内
在SiN减反射膜 中存在大量的 H，在烧结过 程中会钝化晶 体内部悬挂键。
参数
范围
对SiN膜的作用
备注
沉积腔压力
总气体流量
工作气体比 （QNH3/QSiH4) 承载框传输速度
反应温度
微波功率 （对一个微波源）
太阳电池阶段工艺总结PECVD
2. SiNx的折射率与膜厚研究
2.1 实验设计 2.2 试验结果与分析 2.3 薄膜厚度对反光率及电池片光电性能的影响
n大 钝化好，透光性差
n小 钝化差，透光性好
n小 n大
Si基体
3.4.2实验三测试结果
实验三钝化效果对比
3.4.3 实验三结论
从测试的结果来看，实验三的设计思想是正确的，充分发挥了SiNx 膜的钝化和减反射作用。随着底层SiNx膜Si/N比例的提高，其钝化效 果逐步增强，这从镀膜后的少子寿命和电池片短路电流的变化规律可以 证明。此外，实验三充分结合设备特点，工艺切换简单，只需要修改个 别参数，同时SiNx膜性能的提高不会牺牲产量，更不会增加成本。
先用管式PECVD对捷佳创扩散的硅片进行不同时间的短暂预镀，其 目的是发挥管式优越的体钝化，之后再进行板式镀膜，目的是发挥其 较好的表面钝化及优越的均匀性，实验模型见图3.2.1。预镀的时间分 别为150s和300s，印刷在2号线进行，分三批印刷，用新的正银浆料 。
实验一模型与测试结果
板式PECVD 管式PECVD Si基体
2.1 实验设计
实验已经表明薄膜厚度及折射率的主要影响因素分别是载板速 度和气流量比，但是别的因素的影响规律尚不清楚，因此实验主要 考查温度、硅氮比、压力和微波功率对折射率和膜厚的影响。实验 设计采用DOE正交法，详见表2-1。实验为4因子2水平，按照DOE 设计原理，需要做2^N-1组实验，也就是8组，考虑到实验的重复性 及需要加入的中心点个数，实验总计要进行18组。
PECVD实现大面积均匀沉膜的关键工艺-模板
PECVD 实现大面积薄膜均匀沉的关键工艺余冬冬作者简介：余冬冬（1985-），男， 工程师，主要研究方向：非晶硅薄膜材料和器件. E-mail: yudongdong0911@（上海建冶环保科技股份有限公司）5 摘要：等离子体增强型化学气相沉积（PECVD ）是当前薄膜太阳能电池的关键制备技术之一，如何实现大面积沉膜的均匀性，提高薄膜电池的效率及稳定性，是PECVD 未来发展的重要方向。
本文以大面积电容耦合PECVD 为研究对象，对电场、温度场、流体场这三个影响沉膜均匀性的关键因素，结合模拟运算进行了理论分析，以期为实现大面积均匀沉膜提供理论指引。
10关键词：PECVD;薄膜沉积;均匀性中图分类号：0484The key process of uniform thin film deposition in large area by PECVD15 Yu Dongdong(Shanghai Janye Sci & Tech Co., Ltd.)Abstract: Plasma enhanced chemical vapor deposition （PECVD ）is one of the key technology about the thin film solar cell right now. How to implement the uniformity of large area thin film, improve the efficiency and stability of film cell is the most important direction of the20 future PECVD. In this article, we analyze the influence of electric field, temperature field, fluid field; combine with the results of simulation analysis, in order to provide theoretical guidance for the uniformity of large area thin film depositioned by PECVD.Key words: PECVD; thin film deposition; uniformity25 0 引言近年来，PECVD 法制备大面积薄膜技术在太阳能电池领域越来越受到重视，其主要优点是沉积速率高，能够实现大面积沉膜，以满足工业化生产要求。
PECVD的工作原理
PECVD的工作原理PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光电子、显示器件等领域。
它通过在低压等离子体条件下，将气相中的前驱体分解为活性物种，然后在基底表面发生化学反应，形成所需的薄膜。
1. 原理概述PECVD的工作原理基于等离子体的产生和薄膜的沉积。
首先，在真空环境下，通过向反应室中加入适量的气体前驱体，形成气相。
然后，通过加入能量源（如射频电源）产生等离子体，激发气体分子中的电子，使其跃迁到高能级。
这些高能电子与气体分子发生碰撞，激发出活性物种，如自由基、离子等。
2. 气相分解在等离子体的作用下，气相中的前驱体分子发生解离、电离等反应，生成活性物种。
这些活性物种具有较高的能量，可以与基底表面上的基团发生反应。
3. 化学反应活性物种在基底表面发生化学反应，形成所需的薄膜。
这些反应可以是氧化、氮化、碳化等。
具体的反应类型取决于前驱体的选择和反应条件的控制。
4. 薄膜沉积化学反应产生的产物在基底表面沉积，并逐渐生长成薄膜。
薄膜的厚度可以通过控制沉积时间和前驱体浓度来调节。
5. 特点和应用PECVD具有以下特点：- 可以在相对较低的温度下进行，适用于对基底温度敏感的材料。
- 可以沉积多种材料，如氧化物、氮化物、碳化物等。
- 可以控制薄膜的化学组成和结构，实现特定的功能。
基于这些特点，PECVD被广泛应用于各种领域：- 在半导体制造中，PECVD常用于沉积硅氮化物、二氧化硅等薄膜，用于制备晶体管、电容器等器件。
- 在光电子领域，PECVD可用于沉积透明导电氧化物薄膜，如氧化锌、氧化铟锡等，用于制备太阳能电池、触摸屏等器件。
- 在显示器件制造中，PECVD可用于沉积氮化硅薄膜，用于制备液晶显示器的透明电极和保护层。
总结：PECVD是一种利用等离子体激发活性物种，在基底表面发生化学反应，沉积所需薄膜的技术。
非晶硅薄膜太阳能电池具体工艺流程
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PECVD工艺
PECVD工艺内容：本道工序质量要求：1.膜层颜色为均匀深蓝色2.膜层厚度75±5nm3.折射率n：2.05±0.05设备、材料及工具：Centrotherm PECVD设备，椭偏仪，棉布手套，PVC手套，真空吸笔，去磷硅玻璃后的硅片，SiH4，NH3，专用清洗花篮，小车。
1. 加工内容经过PECVD处理后，在硅片正面形成一层深蓝色的SiN x减反射薄膜，这层膜不但能起减反射作用，而且有着良好的钝化作用，对于提高太阳能电池片的效率有很重要的作用。
2.工艺过程2.1 工作准备穿戴好工作服、鞋、帽、PVC手套。
2.2 生产过程操作2.2.1.装片：确认ＰＳＧ后的来片扩散面（一般根据片盒标记）．在上片房内用真空吸笔装片，每个石墨卡槽装２片．装片顺序一般从左手至右顺序每槽插一片（可按个人左右手习惯）后将石墨舟旋转180度再按顺序每槽添加一片。
双片的背靠背面为非扩散面。
确保每片扩散面朝外。
2.2.2.硅片装载完毕后,将石墨舟依次放置在货架车上,确认石墨舟的电极方向（参照设备操作规程）．后将货架车推至上料台，然后在操作界面上选择程序并运行。
2.2.3.程序运行完毕后，将石墨舟卸至货架车上推至冷却房冷却．待硅片冷却后用吸笔取下5片单片(固定方向固定点从炉口到炉尾) 用椭偏仪测试膜厚和折射率并进行记录。
2.2.4.从石墨舟上卸下硅片，放入片盒内，镀膜面尽可能避免相互摩擦。
下载取片的员工应仔细检查每一片的镀膜效果，对于以下情况做不合格品处理：硅片表面膜层出现较大的色斑；硅片表面膜层出现较多的水点斑；硅片表面膜层出现两侧颜色明显不同；硅片表面膜层与要求的颜色相差较大。
合格的硅片移交下一工序。
4. PECVD工艺参数5.注意事项5.1装片前一定要确认扩散面，严格按照生产要求，统一各工序的片盒标记。
5.2石墨舟上货架车时一定要确认石墨舟电极（详情请参照设备操作规程）。
5.3镀膜后的硅片要避免摩擦。
5.4该工序使用了特种气体，要严格操作规程。
PECVD制备非晶硅薄膜的研究
M icronanoelect ronic Technology Vol.46No.11 N ovember 2009PECV D 制备非晶硅薄膜的研究顾卫东,胥 超,李艳丽(中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄 050051)摘要:实验采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD )法在Si 衬底上制备了非晶硅薄膜。
研究了射频功率、P H 3掺杂浓度等因素对薄膜电阻率以及应力的影响。
实验结果表明,对于非掺杂非晶硅薄膜,当射频功率从15W 增加到45W 时,薄膜应力从张应力变化到压应力,在射频功率为35W 时,应力几乎为零,应力绝对值先降低后增加,淀积速率随着射频功率的增加而增加;对于掺杂非晶硅薄膜,电阻率随着P H 3掺杂浓度的增加而降低,当P H 3流量从0cm 3/min 增加到12cm 3/min 时,薄膜掺杂效果明显,电阻率降低3个数量级,继续增加P H 3流量,电阻率变化较小,而应力随着P H 3掺杂浓度的增加而降低,当P H 3流量超过12cm 3/min 时,应力有增加的趋势。
关键词:等离子体增强化学气相沉积;非晶硅;应力;射频功率;掺杂;电阻率中图分类号:TN 3041055 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2009)11-0664-03Study of Amorphous Silicon Thin Films by PECV DGu Weidong ,Xu Chao ,Li Yanli(T he 13th Research I nstitute ,C E T C,S hi j iaz huang 050051,China )Abstract :Amorp hous silicon t hin films were deposited on silicon substrates using t he PECVD met hod.The effect s of t he RF power and P H 3doped concent ration on t he resistivity and st ress of t he film were st udied.The result s show t hat t he st ress of t he undoped amorp hous silicon film t urns tensile to comp ress when t he RF power increases f rom 15W to 45W ,t he st ress is nearly0M Pa when t he power is 35W ,t he absolute value decreases firstly and increases later and depo 2sitio n rate increases wit h t he increase of RF power.The st ress and resistivity of t he doped amor 2p hous silicon film decrease wit h t he increase of t he P H 3doped concent ration.When t he flow rate of P H 3increases f rom 0to 12cm 3/min ,t he doped effect of film is obvious and t he resistivity decreases t hree orders.The resistivity changes little wit h t he flow rate of P H 3increasing conti 2nuously.The stress has tend to increase when t he flow rate of P H 3exceeds 12cm 3/min.K ey w ords :PECVD ;amorp hous silicon ;st ress ;RF power ;dope ;resistivity DOI :10.3969/j.issn.1671-4776.2009.11.005 EEACC :0520F0 引 言非晶硅薄膜具有高光敏性、较高的电阻温度系数、可以大面积低温成膜、与常规IC 工艺兼容等优点,已经被广泛地应用于半导体领域,如薄膜晶体管、太阳能电池以及非制冷红外探测器等方面[1-3]。
RF-PECVD制备非晶硅膜及HIT太阳电池的研究
河北工业大学硕士学位论文
RF-PECVD 制备非晶硅膜及 HIT 太阳电池的研究 摘 要
研究开发低价，稳定，高效的的太阳电池是一项长期而艰巨的任务。而非晶硅/单晶硅 异质结太阳电池既利用了低温的薄膜沉积工艺，又发挥了晶体硅高迁移率的优势，同时制 备工艺简单，具有实现高效率、低成本硅太阳能电池的发展目标和产业化前景。射频 RF-PECVD 技术由来已久，对于非晶硅而言是一种成熟的制备技术。它具有可大面积沉积、 成膜均匀、可实现低温生长、可沉积在廉价的柔性衬底上、容易实现掺杂等优点。围绕上 述研究方向，本论文主要进行了以下几个方面的研究工作： 1.系统研究了 PECVD 过程中不同沉积参数对非晶硅薄膜电导率、结晶比和缺陷态密度 的影响，获得了不同晶态比和电导率的非晶硅薄膜。研究了 PECVD 技术制备薄膜硅的致密 性问题，发现要获得致密且稳定的薄膜硅材料，需要高的背景真空、较低的晶态比和较低 的衬底温度。 2.运用 AFORS-HET 程序模拟计算了不同本征层厚度、能隙宽度、发射层厚度、能带失 配以及不同界面态密度等参数对 N 型非晶硅/p 型晶体硅异质结太阳电池光伏特性的影响。 实验结果表明，在其它参数条件不变的情况下，插入较薄本征层，能使光电转换效率增加， 但本征层厚度继续增加时，短路电流密度减少，效率也随之降低。本征层能隙宽度的变化 对短路电流影响很大，随能隙宽度增加，短路电流先增加，但当能隙宽度大于某一特定值 时，短路电流开始下降。在不插入本征层的情况下，N 型发射层的能带失配对短路电流几 乎无影响，而开路电压随着导带失配的增大，逐渐增大。界面态密度会导致开压迅速下降。 3.实验研究了 rf-PECVD 沉积的 p 层 a-Si:H 薄膜对 a-Si:H(p)/c-Si(n)异质结太阳能 电池特性的影响。通过对 p 层 a-Si:H 薄膜沉积条件的优化，在对硅表面没有织构的情况 下，我们制备出了转换效率达 9.8%的 a-Si:H(p)/c-Si(n)太阳能电池。实验研究了不同表 面钝化技术对异质结太阳电池特性的影响，研究结果显示，用氢等离子体钝化可以提高短 路电流密度 Jsc，而在 p-n 结中插入一层薄的 a-Si:H 本征缓冲层可以得到较大的开路电压 Voc。
PECVD设备介绍
PECVD设备介绍PECVD（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种利用等离子体增强的化学气相沉积方法，用于在固体表面上生长薄膜。
PECVD 设备是用于执行这一过程的装置，它由若干重要组件组成。
下面将对PECVD设备的原理、构成和应用进行详细介绍。
PECVD设备的工作原理基于化学气相沉积（CVD）和等离子体技术的结合。
它通常包括一个真空室，用来确保反应环境中没有气体和杂质。
PECVD过程中，在真空室中供应一种或多种气体，通过设置一定的温度和压力条件，使其在受到等离子体激发的条件下，发生化学反应并沉积在底板上。
PECVD设备的核心部分是等离子体产生系统，它通常由高频电源、电极和等离子体构成。
高频电源产生高频电场，应用在电极上，形成电介质冷等离子体。
这个等离子体通过电极间的电场加速，进而与传递过来的气体发生碰撞，使气体电离并激发化学反应。
此外，PECVD设备还包括气体供应系统、真空泵、控制系统和监测系统等组件。
气体供应系统用于控制和提供所需的反应气体，通常通过气体质量流控制器来实现。
真空泵用于在沉积过程中创建和维持所需的真空环境。
控制系统用于控制和监测PECVD设备的各个参数，如温度、压力、频率等。
监测系统用于实时采集并分析过程中的关键参数，如等离子体密度和附着物质的化学成分。
PECVD设备在许多领域有广泛的应用。
在半导体行业中，PECVD用于沉积和改善硅氧化物（SiO2）和氮化硅（SiNx）等薄膜的性能。
在显示技术中，PECVD用于制备液晶显示器和有机发光二极管（OLED）等器件的透明导电氧化物薄膜。
在太阳能行业中，PECVD用于制备薄膜太阳电池的多层结构，如非晶硅和微晶硅薄膜。
此外，PECVD设备还广泛应用于光学镀膜、防反射涂层和生物医学领域等。
在使用PECVD设备进行表面涂层时，需要考虑反应气体的选择、流量和工艺参数的优化，以确保所需的沉积效果。