晶体硅太阳电池生产PECVD技术进展
PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池研究的开题报告
PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池研究的开题报告题目：PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池研究一、研究背景与意义随着人类对能源的需求不断增加，太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源成为了各国研究的热点。
多晶硅是一种常用的太阳能电池材料，其特点是易于加工、生产成本低、光电转化效率高等。
PECVD是一种制备多晶硅薄膜的常用方法，其制备过程简单、设备易于控制、反应速度快等优点，因此本研究将采用PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池。
二、研究目的和方法本研究旨在探究PECVD法制备多晶硅薄膜太阳能电池的制备工艺、性质、结构及其对电池性能的影响。
主要研究内容包括：1.制备工艺优化。
研究PECVD工艺参数对多晶硅薄膜生长速率、薄膜结构和纯度等性能的影响，寻找最佳制备工艺条件。
2.薄膜性质研究。
对制备的多晶硅薄膜进行表征，研究其光电性能、晶格结构、比表面积等性质。
3.太阳能电池性能研究。
将制备的多晶硅薄膜应用于太阳能电池中，测定电池的输出电压、电流、转换效率等性能指标，分析制备的多晶硅薄膜对电池性能的影响。
本研究使用PECVD设备制备多晶硅薄膜样品，采用光电子能谱(UPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、保护性气氛热脱附(TPD)、光电流谱等表征手段对制备的样品进行表征；采用测试系统对制备的太阳能电池进行性能测试。
三、研究进度安排本研究共计两年完成，时间安排如下：第一年1) 熟悉PECVD设备操作原理和性能测试系统，完成PECVD工艺参数设计与优化；2) 制备多晶硅样品，进行多种表征手段测试；3) 分析多晶硅薄膜成长机理和性质；4) 分析多晶硅薄膜对太阳能电池性能的影响。
第二年1) 完成太阳能电池的制备；2) 对制备的多晶硅太阳能电池进行性能测试，并分析多晶硅薄膜对太阳能电池性能的影响及其机理。
3) 根据研究成果编写论文并做结论总结。
四、预期研究成果及展望通过对PECVD工艺参数的优化和多晶硅薄膜样品的制备，研究多晶硅薄膜晶格结构、表面形貌、化学组成和光电性能等特性，探究制备多晶硅薄膜太阳能电池性能的提高途径。
[能源化工]太阳电池PECVD工艺
![[能源化工]太阳电池PECVD工艺](https://img.taocdn.com/s3/m/58bc0f78dcccda38376baf1ffc4ffe473368fde6.png)
--- 是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形 成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在硅片上沉积出 所期望的薄膜。
所用的活性气体为SiH4和NH3。这些气体经解离后反应，在硅片上 长出氮化硅膜。可以根据改变硅烷对氨的比率，来得到不同的折射指数。 在沉积工艺中，伴有大量的氢原子和氢离子的产生，使得晶片的氢钝化性 十分良好。
池响应峰值在0.8-0.9um，减反射最好
效果在0.6um左右(0.5um~0.9um)。
当光学厚度等于四分之一波长时，反射
率接近于零，即：
d1
1 4
'
n1
8
SiNx减反射机理：
9
Si3N4膜的认识
Si3N4膜的颜色随着它的厚度的变化而变化，其理想的厚度是 73—77nm之间，表面呈现的颜色是深蓝色，Si3N4膜的折射率在 1.9—2.1之间为最佳，与酒精的折射率相乎，通常用酒精来测其折 射率。
20
反应过程
21
Tube内反应
Plasma : 40kHz 脉冲 RF generator 峰值 RF 功率密度
300W/l (10kW) or 150W/l (5kW) RF 电场强度：30-40kV/m 电极区域：5 m2 Power flux < 1kW/m2
22
PECVD设备结构示意图
H
15 H
Si
Si Si
Si
Si
Si
多晶硅电池片生产流程
原始硅片 前清洗-制绒
包装 分类检测
扩散
后清洗-去磷硅玻璃
PECVD
丝网印刷
PECVD工艺流程
石墨舟及硅片准备 管内充氮气 进舟
抽真空，压力测试 NH3预清理和检查
晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究讲解
毕业论文题目晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究目录摘要 (1)绪论 (3)第一章 PECVD淀积氮化硅薄膜的基本原理 (6)1.1化学气相淀积技术 (6)1.2 PECVD原理和结构 (6)1.3 PECVD薄膜淀积的微观过程 (8)1.4 PECVD淀积氮化硅的性质 (9)1.5表面钝化与体钝化 (9)第二章实验 (11)2.1 PECVD设备简介 (11)2.2 PECVD设备操作流程 (13)2.3 SiN 减反射膜PECVD淀积工艺流程 (13)2.4最佳薄膜厚度和折射率的理论计算 (13)2.5 理论实验总结 (15)结束语 (16)参考文献 (17)晶体硅太阳能电池表面PECVD淀积SiN减反射膜工艺研究摘要等离子增强化学气相淀积氮化硅减反射薄膜已经普遍应用于光伏工业中，其目的是在晶体硅太阳能电池表面形成减反射薄膜，同时达到了良好的钝化作用。
氮化硅膜的厚度和折射率对电池性能都有重要的影响。
探索最佳的工艺条件来制备最佳的薄膜具有重要意义。
本课题是利用Roth&Rau的SiNA设备进行淀积氮化硅薄膜的实验，介绍了几种工艺参数对薄膜生长的影响，获得了生长氮化硅薄膜的最佳工艺条件，制作出了高质量的氮化硅薄膜。
实验中使用了椭偏仪对样品进行膜厚以及折射率的测量。
关键词：等离子增强化学气相淀积，氮化硅薄膜，太阳能电池，光伏效应，钝化ABSTRACTSiN Film plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is widely used in P-V industry as an antireflection thinfilm on the surface of crystal silicon solar cell. In addition this process takes advantage of an exellent passivation effect. Both the thickness and refractive index of the SiN film make important influences to the performance of solar cells. So it is very important to find the best process parameters to deposit the best film. In this paper, the experiment of SiN film deposition was completed with the equipment named SiNA produced by Roth&Rau. The influence of the parameters to the gowth of the film was introduced based on the experiment, and the best parameters to produce the top-quality SiN film were obtainted. The Spectroscopic ellipsometry was used to test the thickness and refractive index of the samples during the experiment.Key words:PECVD, SiN film, solar cell, photovoltaic effect, passivation第一章绪论从2003年开始，全球化石能源的缺乏引发了能源价格不断攀升，可再生能源也因此得到了更多的重视，太阳能光伏行业迎来了发展的春天。
PECVD原理及设备结构
在半导体工业中，PECVD技术 还有着广阔的发展前景，尤其是 在新型半导体材料和器件的研发
和生产中。
06
结论
研究成果总结
• PECVD设备结构：PECVD设备主要由进气系统、反应室、电极、冷却系统和控制系统等组成。进气系统主要由进气阀 、进气管道、气体分布板等组成，作用是引入反应气体和氮气等。反应室是PECVD设备的主要部分，由石英管、加热器 和反应室外壳等组成，是薄膜沉积的主要场所。电极由阳极和阴极组成，作用是放电产生等离子体。冷却系统主要由冷 却水循环系统、热交换器等组成，作用是控制反应室温度，保证薄膜沉积的稳定性和均匀性。控制系统主要由电源、温 度控制器、压力控制器等组成，作用是控制设备的运行状态和工艺参数。
01
02
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高压电源
为PECVD设备提供高电 压电源，一般采用直流电 源，电压范围为几千伏至 几万伏。
电流电源
为PECVD设备提供电流 电源，一般采用脉冲电源 或直流电源。
电源线
连接电源和PECVD设备 ，一般采用高压电缆或光 纤传输。
进样系统
气体供应系统
提供反应气体和载气，一 般采用钢瓶或液态气体供 应系统。
反应气体流量
反应气体流量是控制薄膜厚度和成分的关键参数。流量增加会导致薄膜生长速率增加，但 过高的流量可能导致薄膜成分不均匀或产生缺陷。因此，需要根据工艺要求和薄膜特性选 择合适的流量。
沉积温度
沉积温度对薄膜的结构和性质具有重要影响。在较低的温度下，薄膜可能会包含更多的缺 陷或非晶结构，而在较高的温度下，薄膜可能会变得更加致密和结晶。因此，需要根据薄 膜特性和工艺要求选择合适的沉积温度。
工艺过程监控
在PECVD工艺中，需要对工艺过程进行实时监控以确保薄膜的质量和性能。监控的参数可以包括反应 气体浓度、压力、温度、射频功率等。通过对这些参数的监控和分析，可以及时调整工艺条件并优化 工艺流程，提高薄膜的质量和性能。
2024年PECVD设备市场规模分析
2024年PECVD设备市场规模分析引言PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）技术是一种在半导体制造和薄膜涂层行业中广泛应用的关键技术。
该技术使用等离子体产生的能量来激活化学反应，使气态前体分子沉积到基材表面形成薄膜。
PECVD设备市场规模及其发展趋势值得关注。
市场规模分析根据市场研究报告，PECVD设备市场在近几年稳步增长。
这一增长得益于半导体行业的扩张以及对更高质量功能薄膜的需求增加。
许多应用领域如显示技术、太阳能电池和导电涂层等都需要PECVD技术来实现高效、低成本的薄膜沉积。
这些应用领域的增长推动了PECVD设备市场的增长。
根据预测，PECVD设备市场的年复合增长率将保持稳定，并在未来几年内继续增长。
高性能半导体器件的需求以及新兴应用领域的发展将推动该市场的增长。
此外，新的技术进步和创新也将促进PECVD设备市场的扩大。
市场发展趋势1. 技术进步和创新随着科技的发展，PECVD设备的性能和效率不断提升。
应用于PECVD设备的新的材料和化学气体使其可以在更广泛的应用领域中使用。
此外，改进的控制系统和自动化技术提高了设备的可靠性和操作效率。
2. 新兴应用领域除了传统的半导体制造和薄膜涂层领域，PECVD技术也在其他新兴领域得到广泛应用。
例如，在生物医学领域，PECVD技术可以用于生物传感器的制造和生物材料的涂层。
这些新兴应用领域的发展将进一步推动PECVD设备市场的增长。
3. 区域市场差异PECVD设备市场在不同的地理区域有一定的差异。
亚太地区是PECVD设备市场的最大市场，其主要原因是该地区的制造业和半导体行业的发展。
另外，北美和欧洲地区也是重要的市场，其发展主要受益于技术创新和应用领域的多样性。
总结PECVD设备市场规模正持续增长，并且在新的应用领域有望实现更大的增长。
技术进步和创新、新兴应用领域的发展以及区域市场差异是推动该市场增长的关键因素。
pecvd 微晶硅工艺原理
pecvd 微晶硅工艺原理
PECVD是一种化学气相沉积技术，用于在固体基底上制备微
晶硅薄膜。
该工艺原理基于以下几个步骤：
1. 基底清洗：将基底材料，例如玻璃或硅片，通过酸洗和溶剂清洗等步骤，去除表面的污染物和氧化层，确保基底表面干净。
2. 载气流动：在PECVD工艺中，载气（通常是氢气或氩气）
被引入反应室中，形成气流，用来携带腔内产生的反应物质，并帮助在基底表面上进行反应。
3. 前驱体输送：通过从不同的前驱体气体（例如硅氢化物）通入载气中，将前驱体输送到反应腔中。
在反应腔中，前驱体气体会发生解离，并释放出反应物质，如硅和氢。
4. 反应生成：前驱体气体分解产生的反应物质在基底表面发生反应。
反应物质沉积在基底上，形成微晶硅薄膜。
反应条件，如温度、压力和气体流量，可以通过调节来控制薄膜的性质和厚度。
5. 气体排放：通过排放口，将未发生反应的气体和副产物排出反应腔，保持反应环境的稳定。
通过以上步骤，PECVD工艺能够在基底表面上均匀沉积微晶
硅薄膜。
微晶硅薄膜具有良好的光电性能，广泛应用于太阳能电池、液晶显示屏等微电子领域。
2024年PECVD设备市场发展现状
PECVD设备市场发展现状引言PECVD（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种常用于半导体加工和薄膜涂层技术的关键工艺。
随着半导体产业的快速发展，PECVD设备市场也在不断扩大。
本文将对PECVD设备市场的发展现状进行分析和总结。
1. 市场概况PECVD设备市场目前呈现稳步增长的态势。
市场受益于半导体行业的持续发展和需求的不断增加。
随着移动通信、物联网和人工智能等新兴技术的兴起，对高性能半导体器件的需求不断增加，进一步推动了PECVD设备市场的发展。
2. 市场驱动因素2.1 技术进步和创新随着科技的进步和创新，对高性能、高可靠性和高稳定性的半导体器件的需求越来越大。
PECVD技术能够提供高质量的薄膜涂层，为半导体器件的制造提供了重要支持，这推动了PECVD设备市场的增长。
2.2 电子元件的多元化需求不仅半导体器件的需求增加，其他电子元件的需求也在不断增加。
PECVD设备可以用于制造各种电子元件，如显示器、光纤通信器件和太阳能电池等，因此在广泛的应用领域中具有巨大潜力。
2.3 区域发展差异不同区域的发展水平和市场需求也会对PECVD设备市场的发展产生影响。
发达国家的高技术产业需求旺盛，推动了市场的增长；而新兴市场则面临着技术更新和设备升级的需求，给市场带来了更多的机遇。
3. 市场竞争格局PECVD设备市场存在着一定的竞争格局。
主要竞争者包括知名的半导体设备制造商和独立的PECVD设备供应商。
这些竞争者通过技术创新、产品质量和售后服务等方面展开竞争，以争夺更多的市场份额。
4. 市场前景和机遇市场的发展前景非常广阔，主要体现在以下几个方面： 4.1 新兴技术的发展随着新兴技术如5G、物联网和人工智能的迅猛发展，对高性能半导体器件的需求将持续增长，由此将带动PECVD设备市场的进一步扩大。
4.2 中国市场的崛起中国成为全球最大的半导体消费市场之一，持续增长的半导体需求将带动PECVD设备市场的增长。
PECVD法制备硅太阳电池SiN薄膜工艺研究进展
G. Santana 等 人 研 究 发 现 , 用 二 氯 甲 硅 烷 ( SiC l2 H2 ) 和氨气沉积 SiN 薄膜 , 射频功率在 30 W 时 , NH3 / Sicl2 H2 的比例从 10减小到 215的过程 中 , Si- H 键依然可以形成 , 而 N - H 键浓度却在 降低 , 当比例降到 1 时 , N - H 键浓度 、折射系数 和沉积速率都增加 。而射频功率大于 60 W 时 , Si - H 键 、N - H 键都随能量的增加而减少 [ 13 ] 。因此 用此方法制备 SiN 薄膜时 , 射频功率最好在 30 到 60W 之间 。用硅烷 ( SiH4 ) 的氨气制备 SiN 薄膜 时 , 射频功率因设备而异 , 在 30 W 到 315 kW 的 范围都有应用, 并都能制备高质量的薄 膜 , [ 7 ] [ 9 ] [ 14 - 16 ] 但总的来说 , 射频的功率不宜过低 , 太低影响反应气体的充分分解 , 过高又会对衬底和 薄膜表面造成轰击损伤 , 影响薄膜的质量 。 213 NH3 和 S iH4 的流速
2009年 6月 第 38卷第 3期
(总第
216期
)
云南冶金
YUNNAN METALLURGY
Vo l138.
Jun. 2009 No13 ( Sum
216)
PECVD法制备硅太阳电池 SiN薄膜工艺研究进展 3
冯炜光 1, 2 , 刘 翔 1 , 储清梅 2, 1 , 张鹏翔 1
FENG W ei - guang, L IU Xiang, CHU Q ing - mei, ZHANG Peng - xiang (1. Institute of Advanced M aterials for Photoelectronics, KMUST, Kunm ing, Yunnan 650031, China; 2. Research Institute of Vacuum M etallurgy and M aterials of KMUST,
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晶体硅太阳电池生产PECVD技术进展
硅的折射率为3.8，如果直接将光滑的硅表面放置在折射率为1.0的空
气中，其对光的反射率可达到30%左右。
人们使用表面的织构化降低了
一部分反射，但是还是很难将反射率降得很低，尤其是对多晶硅，使用
各向同性的酸腐蚀液，如果腐蚀过深，会影响到PN结的漏电流，因此
其对表面反射降低的效果不明显。
一引言
为了降低晶体硅太阳电池的效率，通常需要减少太阳电池正表面的反射，还需要对晶体硅表面进行钝化处理，以降低表面缺陷对于少数载流子的复合作用。
硅的折射率为3.8，如果直接将光滑的硅表面放置在折射率为1.0的空气中，其对光的反射率可达到30%左右。
人们使用表面的织构化降低了一部分反射，但是还是很难将反射率降得很低，尤其是对多晶硅，使用各向同性的酸腐蚀液，如果腐蚀过深，会影响到PN结的漏电流，因此其对表面反射降低的效果不明显。
因此，考虑在硅表面与空气之间插一层折射率适中的透光介质膜，以降低表面的反射，在工业化应用中，SiNx膜被选择作为硅表面的减反射膜，SiNx膜的折射率随着x值的不同，可以从1.9变到2.3左右，这样比较适合于在3.8的硅和1.0的空气中进行可见光的减反射设计，是一种较为优良的减反射膜。
另一方面，硅表面有很多悬挂键，对于N型发射区的非平衡载流子具有很强的吸引力，使得少数载流子发生复合作用，从而减少电流。
因此需要使用一些原子或分子将这些表面的悬挂键饱和。
实验发现，含氢的SiNx膜对于硅表面具有很强的钝化作用，减少了表面不饱和的悬挂键，减少了表面能级。
综合来看，SiNx膜被制备在硅的表面起到两个最用，其一是减少表面对可见光的反射；其二，表面钝化作用。
二PECVD技术的分类
用来制备SiNx膜的方法有很多种，包括：化学气相沉积法（CVD法）、等离子增强化学气相沉积（PECVD法）、低压化学气相沉积法（LPCVD法）。
在目前产业上常用的是PECVD法。
PECVD法按沉积腔室等离子源与样品的关系上可以分成两种类型：
直接法：样品直接接触等离子体，样品或样品的支撑体就是电极的一部分。
间接法：或称离域法。
待沉积的样品在等离子区域之外，等离子体不直接打到样品表面，样品或其支撑体也不是电极的一部分。
直接法又分成两种：
（1）管式PECVD系统：即使用像扩散炉管一样的石英管作为沉积腔室，使用电阻炉作为加热体，将一个可以放置多片硅片的石墨舟插进石英管中进行沉积。
这种设备的主要制造商为德国的Centrotherm公司、中国的第四十八研究所、七星华创公司。
（2）板式PECVD系统：即将多片硅片放置在一个石墨或碳纤维支架上，放入一个金属的沉积腔室中，腔室中有平板型的电极，与样品支架形成一个放电回路，在腔室中的工艺气体在两个极板之间的交流电场的作用下在空间形成等离子体，分解SiH4中的Si和H，以及NH3种的N形成SiNx沉积到硅表面。
这种沉积系统目前主要是日本岛津公司在进行生产。
间接法又分成两种：
（1）微波法：使用微波作为激发等离子体的频段。
微波源置于样品区域之外，先将氨气离化，再轰击硅烷气，产生SiNx分子沉积在样品表面。
这种设备目前的主要制造商为德国的Roth&Rau公司。
（2）直流法：使用直流源激发等离子体，进一步离化氨气和硅烷气。
样品也不与等离子体接触。
这种设备由荷兰的OTB公司生产。
目前，在中国微波法PECVD系统占据市场的主流，而管式PECVD系统也占据不少份额，而岛津的板式系统只有5~6条生产线在使用。
直流法PECVD系统还没有进入中国市场。
除了上述几种模式的PECVD系统外，美国的AppliedMaterial公司还开发了磁控溅射PECVD系统，该系统使用磁控溅射源轰击高纯硅靶，在氨气的气氛中反应溅射，形成SiNx分子沉积到样品表面。
这种技术的优点是不使用易爆的硅烷气，安全性提高很多，另外沉积速率很高。
如果按照PECVD系统所使用的频率范围，又可将其分成以下几类：
■0Hz：直流间接法——OTB公司
■40KHz：Centrotherm公司管式直接法PECVD和AppliedMaterial公司的磁控溅射系统
■250kHz：岛津公司的板式直接法系统
■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统
■2450MHz：Roth&Rau公司的板式间接法系统。
三各种方法的优缺点比较
各种方法都有其有缺点：从大的方面讲，直接PECVD法对样品表面有损伤，会增加表面少子的复合，但是也正是由于其对表面的轰击作用，可以去除表面的一些自然氧化层，使得表面的杂质原子得到抑制，另外直接法可以使得氢原子或氢离子更深入地进入到多晶硅晶界中，使得晶界钝化更充分。
使用不同频率的PECVD系统，也各有一定的优缺点：
（1）频率越高均匀面积越小，越难于达到大面积均匀性。
（2）频率越低对硅片表面的损伤越严重。
（3）频率越低离子进入硅片越深，越有利于多晶硅晶界的钝化。
我们将不同频率的PECVD方法在电路控制难度的比较列于表1中。
表1各种频率的PECVD技术的电路控制难度
各种不同的技术的沉积特性的比较列于表2
表2各种PECVD方法的沉积特性比较
沉积薄膜的均匀性是一项很重要的指标，目前市场上太阳电池标准订的越来越高，尽管有些色差片的效率很高，也只能按照B级片处理。
各种设备的标称均匀性列于表3。
表3各种PECVD法的均匀性比较
沉积的均匀性与电极和腔室的设计很有关系。
管式PECVD系统由于其石墨舟中间镂空，因此利用了硅片作为电极的一部分，因此辉光放电的特性就与硅片表面的特性有了一定的关系，比如硅片表面织构化所生成的金子塔尖端的状态就对等离子体放电产生影响，而目前硅片的电导率的不同也影响到等离子场的均匀性。
另外管式PECVD的气流是从石英管一端引入，这样也会造成工艺气体分布的不均匀。
板式PECVD系统使用了衬底板作为电极，而且采用匀气的Shower系统，但是由于衬底板在长期加热后会有稍微的翘曲，从而造成平行板电极间距的不一致，也会造成片间不均匀。
另外，等离子体直接法在大面积沉积时会造成由于高频波长所带来的附加的不均匀性。
各种方法制备的薄膜的质量也略有不同，原则上讲，由于直接法中的等离子体直接作用于硅片表面，因此均匀性要好一些，而间接法等离子体是离子离化后形成SiNx扩散到硅片表面的，薄膜的质量较为酥松，而磁控溅射由于其工作方式的原因，薄膜最为酥松。
对于致密的薄膜，其钝化特性和减反射特性都要优越得多。
几种PECVD技术的薄膜质量的比较列于表4中。
表4各种PECVD技术制备的薄膜质量
当然，这种比较也是在某些特定的沉积条件下的一般性的比较，改变沉积条件可以改变薄膜的特性。
四结论
目前，产业化的SiNx镀膜技术还在不断的发展，每一种技术都有其特性点，也都有其不足。
太阳电池向着新型特种结构和工艺的方向发展，对氮化硅膜提出了一些新的要求。
例如，有一种新型太阳电池要求双面镀膜，正面镀氮化硅，背面镀二氧化硅和氮化硅，这种情况下，灵活的微波间接法就有较大的优势。
另一些技术要求在制备出氮化硅薄膜后还进行湿法光化学金属镀膜工艺，这对氮化硅膜的密度和质量要求高了很多，因此，直接法特别是管式直接法就有了很大的优势。
总之，各种方法必须适应这些新的要求，才能更好的发展下去。
（责编：一行）。