熱氧化生長SiO2鈍化膜與雙層減反射膜技術(shù)的研究.pdf

1、高效晶體硅太陽電池是光伏電池領(lǐng)域的熱門研究之一。半導體硅表面存在大量懸掛鍵、斷鍵等不飽和鍵,容易在禁帶形成復(fù)合中心能級,加大載流子在表面復(fù)合消失,嚴重影響少子壽命,從而降低電池光電轉(zhuǎn)換效率。通過晶體硅表面鈍化技術(shù)能夠很好地去除這些復(fù)合中心,降低硅的表面態(tài)密度,從而提高晶體硅太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)表面鈍化技術(shù)是使用PECVD的方法在晶體硅表面沉積氮化硅薄膜,但熱氧化方法生長的SiO2薄膜與襯底硅的晶格系數(shù)更加匹配,鈍化效果更佳。熱氧化

2、生長SiO2鈍化膜技術(shù)采用干氧氧化方法在晶體硅表面生長SiO2薄膜,主要原因是干氧氧化生長的SiO2薄膜結(jié)構(gòu)致密、均勻,鈍化效果好。SiO2薄膜的鈍化效果與其質(zhì)量密切相關(guān),如果缺陷密度大或污染嚴重,反而會嚴重影響電池性能。實驗通過調(diào)整氧化工藝參數(shù),包括氧化溫度、氮氣流量、氧氣流量和氧化時間等,得到了最適合晶體硅表面鈍化的工藝參數(shù),即780℃的氧化溫度、10L·min-1的氮氣流量、6 L·min-1氧氣流量和25min的氧化時間。傳統(tǒng)氧

3、化以純氧氣氛為氧化環(huán)境,但實驗提出了以氮氧氣氛作為氧化環(huán)境的研究,獲得了氮氧氣氛下鈍化效果優(yōu)于純氧氣氛的重要結(jié)論。在上述工藝參數(shù)下,在晶體硅表面生長SiO2鈍化膜后,晶體硅的有效少子壽命提高10μs以上,極大地降低了晶體硅電池的復(fù)合速率,從而改善了電池性能。雙層減反射膜是底層為鈍化膜、頂層為減反射膜的雙層膜。鈍化膜能夠降低光生載流子的表面復(fù)合速率,提高少子壽命;而減反射膜能夠增加光的吸收,提高太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率。實驗研究了SiO2/T

4、iO2雙層膜和SiO2/SiNx雙層膜。在適當工藝參數(shù)下,晶體硅表面熱氧化生長出膜厚約10nm的SiO2鈍化膜,實驗發(fā)現(xiàn)膜厚60nm的TiO2薄膜與其達到最佳的光學參數(shù)匹配,反射率與外量子效率都達到最佳。由于SiO2鈍化膜在晶體硅前后表面均起到良好鈍化作用,降低了光生電子-空穴對的表面復(fù)合,從而使SiO2/SiNx雙層膜具有較好的短波響應(yīng)和長波響應(yīng),所以反射率與外量子效率都優(yōu)于SiNx單層膜。另外,由于TiO2薄膜與SiO2鈍化膜的光學

5、參數(shù)匹配程度要高于SiNx薄膜與SiO2鈍化膜,所以SiO2/TiO2雙層膜反射率低于SiO2/SiNx雙層膜;但噴涂法生長的TiO2薄膜不夠致密、均勻,容易在表面產(chǎn)生缺陷,使得光生電子-空穴對的表面復(fù)合較高,導致SiO2/TiO2雙層膜的外量子效率低于SiO2/SiNx雙層膜。電鍍液PH值、電鍍溫度以及電鍍液濃度等都會影響金屬鍍層的性質(zhì)以及鍍層與硅的結(jié)合。實驗表明,最適合電鍍鎳電極的工藝參數(shù)為:PH=4,溫度為50℃,硫酸鎳濃度為15