英利能源(中國)有限公司 李 倩

采用江蘇微導(dǎo)納米裝備科技有限公司生產(chǎn)的管式鍍膜設(shè)備，使用PECVD的方法制備氮化硅(SiNx)膜，測試不同工藝溫度，射頻功率下氮化硅膜的鈍化效果，得出最佳工藝條件為：工藝溫度450～500℃，射頻功率12000W，并在該工藝條件下制備正面膜厚80nm，背面膜厚60nm，折射率2.08-2.10的氮化硅膜，測試該參數(shù)下TOPCon電池效率為22.82%。

為了減少硅片表面入射光反射率，增加光的吸收，除了硅片表面絨面化以外，另一個有效方法是在電池受光面制備減反射膜。在電池表面制作絨面的基礎(chǔ)上再沉積減反射膜可使硅片表面的反射率從33%將至5%以下。在制備SiNx膜層的過程中存在大量的氫原子（可以達(dá)到25at%以上），可以飽和晶界上的懸掛鍵，顯著減弱復(fù)合中心，降低表面態(tài)密度，對硅片表面和體內(nèi)進(jìn)行鈍化，提高太陽電池的短路電流和開路電壓。密的SiNx薄膜能較好的阻止Na和其他一些雜質(zhì)離子向電池片擴(kuò)散，SiNx薄膜還有良好的絕緣性、穩(wěn)定性和抗紫外線性能，此外SiNx的防潮性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他減反射膜。這些特性有利于提高太陽能電池長期工作的穩(wěn)定性。

沉積SiNx膜的CVD方式有三種：常壓CVD（APCVD）、低壓CVD（LPCVD）、等離子體增強(qiáng)CVD（PECVD），采用PECVD方式制備的SiNx薄膜既具有良好的減反射效果，又有很好的表面鈍化和體鈍化效果，在太陽能電池生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。由于影響SiNx薄膜特性的工藝條件眾多，而且不同的工藝設(shè)備會有不同的最佳工藝條件，本文僅針對兩項主要的工藝參數(shù)（工藝溫度及射頻功率）對鈍化特性的影響做了研究分析。

1 實驗

實驗采用江蘇微導(dǎo)納米科技有限公司生產(chǎn)的管式鍍膜設(shè)備，使用尺寸為158.75×158.75×0.18mm，電阻率為1.5～2Ω·cm的N型單晶硅片。使用PECVD方法沉積氮化硅膜，分別驗證不同溫度、不同射頻功率條件下SiNx薄膜對TOPCon電池的鈍化效果，并在最優(yōu)的條件下制備出TOPCon電池跟蹤電池效率。

2 實驗結(jié)果和分析

2.1 不同溫度下鈍化效果驗證

表1所示為不同工藝溫度及對應(yīng)的硅片有效少子壽命數(shù)據(jù)，可以看出，在其他工藝條件不變的情況下，隨著溫度升高硅片的有效少子壽命先增加，中間呈現(xiàn)基本穩(wěn)定，后期下降的趨勢。這是因為沉積溫度較低時，由于硅片表面溫度低，原子遷移速率較低，到達(dá)硅片表面的離子橫向移動速率低，尚未到達(dá)其“正?！本Ц裎恢脮r就被其他離子覆蓋，導(dǎo)致SiNx薄膜表面粗糙，致密性差，鈍化效果差。隨著沉積溫度升高，原子遷移速率增加，可以在適當(dāng)?shù)奈恢贸珊耍⑶覝囟容^高時附著力較差的原子在工藝過程中逸出，可以生成表面平整、致密性好的SiNx薄膜，對應(yīng)硅片少子壽命增加，鈍化效果增強(qiáng)。而溫度繼續(xù)升高時，由于硅片表面溫度過高時，N-H鍵和Si-H鍵容易斷裂，H逸出正在沉積的SiNx薄膜，H含量減小的同時在硅片表面留下相應(yīng)空位，導(dǎo)致生成的膜疏松，且容易出現(xiàn)龜裂。

表1 不同工藝溫度下硅片少子壽命

2.2 不同射頻功率下鈍化效果驗證

表2所示為不同射頻功率及對應(yīng)的硅片有效少子壽命數(shù)據(jù)，可以看出，在其他工藝條件不變的情況下，隨著射頻功率升高，硅片的有效少子壽命呈現(xiàn)線增加后降低的趨勢。

表2 不同射頻功率下的硅片少子壽命

射頻功率較低時，反應(yīng)氣體得不到充分電離，參與反應(yīng)的等離子體濃度低，沉積的薄膜針孔多且均勻性差，適當(dāng)提高射頻功率反應(yīng)氣體可以得到更為充分的分解，增加參與反應(yīng)的等離子體數(shù)量，沉積的薄膜結(jié)構(gòu)致密，且隨著反應(yīng)氣體被充分電離，產(chǎn)生了更度高能的氫離子，這些氫離子能夠很好的飽和硅片表面和體內(nèi)的懸掛鍵，降低了硅片表面的符合速率，使得硅片有效少子壽命增加。隨著射頻功率繼續(xù)增加，參與反應(yīng)的等離子體攜帶能量增加，氫離子對硅片表面的鈍化作用在其他離子強(qiáng)烈轟擊下逐漸減弱，同時由于等離子體對硅片表面的轟擊，在硅片表面產(chǎn)生了新的射頻損傷，懸掛鍵增加，增加了硅片的表面復(fù)合速率，有效少子壽命降低。

2.3 最佳工藝條件下制備TOPCon電池

通過上述實驗得出最佳的工藝溫度為450-500℃，功率為12000W。在該條件下按照圖1流程為TOPCon電池制備正面膜厚為80nm，折射率2.08-2.1，背面膜厚為60nm，折射率2.08-2.1的氮化硅膜。得到如表3所示的平均電池效率為22.82%的TOPCon電池。

圖1 TOPCon電池制作流程

表3 TOPCon電池性能

結(jié)論：由于SiNx薄膜優(yōu)異的減反射和鈍化特性使得其成為太陽能電池鍍膜首選，通過驗證不同工藝溫度、射頻功率對硅片有效少子壽命的影響，進(jìn)一步得出在N型硅片上鈍化效果最佳的SiNx薄膜工藝條件，即溫度500℃，射頻功率12000W，在該工藝條件下制作TOPCon電池，測試平均效率為22.82%。

值得提出的是，本實驗驗證時選取石墨舟中間溫度穩(wěn)定區(qū)域片源測試，由于鍍膜爐管管徑、石墨舟偏大，不能排除爐門、爐尾區(qū)域因均勻性較差等其他原因不能達(dá)到實驗中一致結(jié)果。