多晶硅太阳能电池预处理及退火工艺研究

【摘要】：¨前太阳能电池行业多用管式PECVD法沉积氮化硅减反射钝化膜,然而管式设备对于实现薄膜沉积的均匀性有一定的局限,其原因在于反应腔室内部反应气体分布不均匀。这会对薄膜的表观质量造成很大的影响,形成色差片。不断出现返工片,将会阻碍产品生产效率的提高。 本论文通过大量的产线实验发现,通过总的气体流量、反应时腔室压强以及射频功率的调节,会对成膜的均匀性有很大帮助。研究表明,对于管径380mm,.管长2075mm的常用反应腔室,气体总流量在5000sccm,反应时腔室内压强在220pa,射频功率4500w左右时,仅就成膜的均匀性来讲是最佳的,几乎没有返工片,而且也不会对薄膜的其它参量造成很大的影响。研究还发现,除了以上三个工艺参量能较大的影响薄膜的表观质量外,石墨舟的间距大小,也会对薄膜均匀性造成影响,对比发现13mm间距石墨舟的成膜质量要明显优于11mm间距石墨舟。 另外,钝化工艺在晶体硅太阳电池上的应用已经十分广泛。我们在沉积氮化硅薄膜之前采用氨气电离出氢等离子体,先对硅片进行氢等离子体预处理,通过数值分析和实验的方法分别研究了预处理时间,功率,温度,压力各参数对钝化效果以及电学性能的影响。在预处理温度450℃,时间200s,射频功率4000w,气体压强200Pa,氨气流量为4000sccm时,表现出短路电流提高较为明显。然后采用等离子体增强型的化学气象沉积(PECVD)法,在电池表面镀上一层氮化硅膜,实验证实氢等离子体会透过氮化硅膜进入到硅基体内,具体表现为少子寿命提高7μs左右。之后的低温退火实验表明,430-440℃左右为最优温度,随着时间的增加,短路电流会有明显提升,光电转换效率也有提高。 【关键词】：PECVD 氮化硅薄膜 晶体硅太阳能电池 氢钝化 少数载流子寿命 退火
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 序8-9
• 目录9-11
• 1 引言11-19
• 1.1 能源危机和环境污染11
• 1.2 太阳能光伏发电的研究和应用历史11-13
• 1.3 太阳能电池的研究和发展13-18
• 1.3.1 单晶硅太阳能电池13-14
• 1.3.2 多晶硅太阳能电池14-15
• 1.3.3 非晶硅薄膜太阳能电池15
• 1.3.4 化合物半导体太阳能电池15-18
• 1.4 本篇论文主要研究内容18-19
• 2 晶体硅太阳能电池的基本原理19-53
• 2.1 太阳能光电转换原理19-23
• 2.1.1 半导体材料的光吸收19
• 2.1.2 光生伏特效应19-20
• 2.1.3 太阳能发电的优点20
• 2.1.4 太阳能电池的特性20-23
• 2.2 晶体硅太阳能电池制备工艺23-53
• 2.2.1 制绒24-30
• 2.2.2 扩散-pn结制备30-35
• 2.2.3 刻蚀35-37
• 2.2.4 去磷硅玻璃37-39
• 2.2.5 制备减反射钝化膜39-44
• 2.2.6 丝网印刷44-48
• 2.2.7 烧结48-50
• 2.2.8 测试分选50-53
• 3 PECVD镀膜工艺中影响成膜质量的几个关键因素53-71
• 3.1 PECVD设备53-56
• 3.1.1 管式PECVD设备53-54
• 3.1.2 板式PECVD设备54-55
• 3.1.3 管式PECVD设备的主要性能参数以及结构组成55-56
• 3.2 石墨舟设备56-57
• 3.3 测试设备57-61
• 3.3.1 椭偏仪58-59
• 3.3.2 D8反射仪59-60
• 3.3.3 WT-2000少子寿命测试仪60-61
• 3.4 管式PECVD总气体流量、压强、射频功率对成膜质量的影响61-67
• 3.4.1 反应腔室内气体的运动61-62
• 3.4.2 实验方法及实验结果分析62-67
• 3.5 石墨舟间距对成膜均匀性的影响67-70
• 3.6 本章总结70-71
• 4 多晶硅太阳能电池氢等离子体预处理及退火工艺研究71-85
• 4.1 钝化机理介绍71-75
• 4.1.1 半导体内的复合机制71-72
• 4.1.2 钝化机理72-73
• 4.1.3 几种钝化技术简介73-75
• 4.2 氢等离子体预处理对多晶硅电池电性能以及少子寿命的影响75-81
• 4.2.1 预处理时间对电池电性能以及少子寿命的影响76-77
• 4.2.2 预处理功率对电池电性能以及少子寿命的影响77-78
• 4.2.3 预处理温度对电池电性能以及少子寿命的影响78-79
• 4.2.4 预处理压强对电池电性能以及少子寿命的影响79-81
• 4.3 退火工艺对氮化硅膜钝化效果、电池电性能以及效率的影响81-83
• 4.3.1 最佳氢钝化方式的研究81-82
• 4.3.2 退火工艺对少子寿命和电学性能的影响82-83
• 4.4 本章总结83-85
• 5 总结85-87
• 参考文献87-89
• 作者简历89-93
• 学位论文数据集93

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