本文阐述了高效太阳电池研究中正面发射结上的钝化与减反射工艺与原理，重点对PECVD法制备SiNx的钝化机制，H钝化进行了详细的分析。主要对生产中常使用的管式PECVD和板式PECVD制备的薄膜，通过少子寿命测试仪(WT2000）检测少子寿命，椭偏仪测试膜厚和折射率，积分反射仪测试反射率以及利用HF腐蚀来检验薄膜致密性等手段对薄膜性能进行了分析和比较。又对板式PECVD制备薄膜条件进行了优化。研究发现，氮化硅最佳的沉积条件是：温度370℃，SiH4:NH3=500:1600，时间3min；获得了沉积氮化硅后硅片少子寿命高钝化效果好、膜厚与折射率搭配好反射率低的工艺条件。
KEYWORDS:siliconnitride film;PECVD;ACR;passivation;silicon solar cells
第一章
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随着人类社会的高速发展，环境恶化与能源短缺己成为全世界最为突出的问题。目前，全球总能耗的70％以上都来自石油、天然气、煤等化石能源。但是这些常规能源都是不可再生能源，图1-1给出了世界和中国主要常规能源储量预测，全球已探明的石油储量只能用到2040年，天然气也只能延续到2060年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持两百年左右[1]。无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，因此开发利用可再生能源、实现能源工业可持续发展的任务更加迫切，更具深远的意义。
氮化硅薄膜的钝化作用对太阳能电池片
性能的影响分析和研究
摘要
作为一种器件表面介质膜，SiNx薄膜已被广泛应用于IC以及太阳能光伏器件的制造中。在高效太阳能电池研究中，发射结表面钝化和减反射一直是其研究的主题。电池正面发射结不仅要求表面钝化层有优良的钝化性能，同时也要求介质层能够与表面层减反射膜一起产生很好的减反射效果，从而进一步提高太阳电池器件的光生电流、开路电压以及电池效率。
当波长为λ的光垂直入射时，如果膜层光学厚度为λ的1/4，即nd=λ/4则由式上式可得
（1-2）
上式中R表示波长为λ的光的反射率；理论上为了达到最小的反射率R＝0时，需要的条件是: 从而得到最小反射率时薄膜的折射率和膜层的厚度
为了使反射损失减到最小，即希望R=0，应有
（1-3）
因此，对于给定的波长λ所需减反射膜的折射率由式1.3就可求得，而最佳膜层光学厚度是该波长的四分之一，此时反射率最小，接近为零。但当波长偏离λ0时，反射率将增加。为了使电池输出尽可能增加，应先取一个合理的设计波长λ0。这需要考虑两个方面，即太阳光谱的成分和电池的相对光谱响应。地面太阳光谱能量的峰值在波长0.5μm，而硅太阳电池的相对响应峰值在波长0.8～0.9μm。因此减反射效果最好的波长范围在0.5～0.7μm，可取λ0=0.6μm。具有这一厚度减反射膜的硅太阳电池，由肉眼看来呈深蓝色。此时硅的折射率nSi=3.9，所以如果电池直接暴露在真空或大气中使用，最匹配的减反射膜折射率为
PECVD对于晶体硅中少子寿命影响较小，而且生产能耗低；沉积速度快，生产效率高；SiNx薄膜的质量好，薄膜均匀且缺陷密度较低[7][8]。PECVD制备SiNx减反射薄膜的反应温度一般在300℃-400℃，反应气体为硅烷和高纯氨气，其反应式为
我国属太阳能资源较丰富的国家之一，国家对光伏工业和光伏市场的发展给以支持，在“七五”期间，光伏发电不但列入到国家的攻关计划，而且列入到国家的电力建设计划，同时也在一些重大工程项目中得到采用，如国家计委的“光明工程”、电力部的西藏无电县建设计划、西藏阿里光电计划、林业部的森林防火通信工程、邮电部的光缆工程、石油部的管道阴极保护工程、广电部的村村通工程等。2002年，原国家计委启动了“西部省区无电乡通电计划”，即“送电到乡”工程，通过光伏和小型风力发电的方式，最终解决了西部七省区(西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙、陕西和四川)近800个无电乡的用电问题，这一项目的启动大大刺激了我国光伏工业的发展。在我国太阳电池市场中，通讯及工业用光伏系统将从目前的40~50％的市场份额下降到2010年的20~30％，户用及民用光伏系统将从目前的30％上升到40~50％。到2015年中国将开始大规模发展并网式屋顶光伏系统[1]。
In this thesis we describe the passivation & Antireflection of high efficient SiliconSolar cells on the front emmiterand then we focus onPECVDanalysising the Mechanism ofhydrogen passivation.In the experiments I used the tubular and plate PECVD preparing silicon nitride thin film.Then,I texted minority carrier lifetime by minority carrier lifetime tester(WT2000),film thickness and refractive indexby ellipsometer,reflectivity by D8 integral reflectivity,and using HFsolution tested the film density.These were used to ailalyze the properties of silicon nitride films.Another,Improving the conditionoftheplate PECVD deposition .The results show that thetemperature of deposition is 370,SiH4:NH3=500:1600,time:3min.In this conditionSilicon have a good passivation quality, film thickness and refractive indexwellmatchingandlow reflectance.
经历了2008年的金融危机之后，全球光伏市场也随之进入低谷，曾有分析机构预测，2009年光伏新增装机容量将比2008年减少12%，仅4.8GW。然而庆幸的是，到了2009年第三季度，光伏市场再呈活跃趋势，第四季度更是促使光伏产品供不应求，太阳电池厂商满负荷生产。据欧洲光伏工业协会（EPIA）统计，2009年全球新增装机容量达7.2GW，比2008年的5.5GW增长了31%。2009年末全球光伏市场的强劲势头保持到了2010年，据此iSuppli预计，2010年全球光伏装机容量将达到13.6GW，光伏产业再次迎来高速发展时代。
中国在2009年中也新增了140MW以上的光伏系统安装容量，累计安装超过300MW。对于2008年新安装的20MW而言，2009年新增安装量翻了7倍。随着我国政府对可再生能源的重视，“太阳能屋顶计划”和“金太阳”工程的实施，2010年光伏安装量还将会成倍的增长，中国必将成为全球光伏市场的中坚力量。
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太阳能是人类最主要的可再生资源。太阳能以其独具的优势，其开发利用是最终解决常规能源特别是石化能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。
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目前，开发利用太阳能已成为世界上许多国家可持续发展的重要战略决策。1990年以来，联合国组织召开了一系列会议，讨论和制定了世界太阳能利用的战略规划、国际太阳能公约以及推行可再生能源发电的配额政策(RPS)等。1992年美国政府颁布了新的发展目标，1997年又宣布了“百万屋顶光伏计划”。日本自1993年以来先后推出了“月光计划”、“环境计划”、“阳光计划”等，对居民住宅用屋顶光伏发电及公共设施用光伏发电采取了补助造价1／3～1／2的优惠政策。德国2000年通过新的可再生能源法，支持光伏发电，实行政府补贴和零利息贷款等优惠政策。
上图为2009全球十大太阳能电池厂商[3]，可以看出在这十大太阳电池厂商当中，中国的厂商占据五席，总产能达到2.5GWp,占45%，其中天合光能和台湾昱晶首次进入前十大，因此也将茂迪和三洋挤下十大之列。同时，中国厂商的增长速度也是惊人的，天合、晶澳、英利、昱晶的增速都超过了85%，尚德也增长了41%。此外，中国的阿特斯、林洋、中电虽没有入围，其产量也是非常高的。
Ti(OC3H7)4+2H2O==TiO2+4(C3H7)OH
SiNx是另一种常用的晶体硅太阳电池的减反射膜。由于SiNx薄膜具有良好的绝缘性、致密性、稳定性和对杂质离子的掩蔽能力，SiNx薄膜作为一种高效器件表面的钝化层已被广泛应用于半导体工艺中。SiNx薄膜也有极好的光学性能，波长为632.8nm时，其折射率在1.8-2.5之间；而且在SiNx薄膜的制备过程中，还能对硅片产生H钝化的作用，明显改善晶体硅太阳电池的光电转换效率。因此，20世纪90年代以来，采用SiNx薄膜为晶体硅太阳电池的减反射膜已经成为研究和应用的重点，特别是在铸造多晶硅太阳电池上的应用[5][6]
关键词：氮化硅薄膜；PECVD；减反膜；钝化；太阳能电池
THE PASSIVATION OF SILICON NITRIDE FILM ON SOLAR CELLS ANALYSISANDRESEARCH
ABSTRACT
As a dielectric thin film of device,SiNx has widely used in IC and Solar cellsmanufacturing .In the research and investigation of high efficiency silicon solar cell,thepassivation of front emitter and anti reflection has been their focus. Because，for thefront emitter,we need it have excellent passivation quality and good antireflectionproperty,in this way to improve the Isc and Uoc,further more to get much highefficiency.