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1、河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）院系：材料科学与工程 2010年 3 月6 日课题名称PECVD氮化硅薄膜的性能对太阳能电池的影响分析学生姓名李占强专业班级非金材062课题类型论文指导教师谢贤清/李谦职称博士、高级经理/副教授课题来源生产1. 设计（或研究）的依据与意义氮化硅（SiNx）属于二元共价化合物，具有六角晶系，晶格常数a=0.76nm,c=0.291,他的密度为3.19g/cm3,高的熔点19000C，介电常数5-6，击穿场强1107V/CM，电阻率为1018cm，同时具有良好的机械性能其硬度Hv为1000-2500Kgf/mm。Si3N 4和常见的薄膜材料相比较,
2、氮化硅具有较低的生成自由能。从化学热力学的观点来看,Si3N 4是一种很容易生成的、稳定的化合物。氮化硅薄膜是一种物理、化学性能十分优良的介质膜,具有高的致密性、高的介电常数、良好的绝缘性能和漏电低,对Na +和水汽具有好的阻挡能力等优良的物理性能等,因此广泛应用于集成电路的最后保护膜、耐磨抗蚀涂层、表面钝化、层间绝缘、介质电容等。氮化硅膜层具有很多优越的性能，特别是他的钝化性能和减反射性能被广泛应用到硅基太阳能电池领域中。因此如何利用氮化硅薄膜的优异性能来提高太阳能电池的转换效率成为了研究的热题。目前氮化硅膜层的制备方法主要有 1.溅射法制备氮化硅薄膜2.直接氮化法制备氮化硅薄膜 3.常压化
3、学气相沉积(APCVD) 4.低压化学气相沉积(LPCVD) 5.等离子体增强化学气相沉积(PECVD) 6.微波法制备氮化硅膜层。其中等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法，是利用辉光放电的物理作用来激活粒子的一种化学气相沉积反应，是集等离子体辉光放电与化学气相沉积于一体的薄膜沉积技术。在辉光放电所形成的等离子体场当中，由于电子和离子的质量相差悬殊，两者通过碰撞交换能量的过程比较缓慢，所以在等离子体内部没有统一的温度，就只有所谓的电子气温度和离子温度。此时，电子气的温度约比普通气体分子的平均温度高10-100倍，电子能量为1- 10eV，相当于温度104-105K，而气体温度都在103K以
4、下，一般情况下原子、分子、离子等粒子的温度只有300-600K左右。所以从宏观上看来，这种等离子体温度不高.但其内部却处于受激发的状态，其电子能量足以使分子键断裂，并导致具有化学活性的物质(活化分子、原子、离子、原子团等)产生，使本来需要在高温下才能进行的化学反应，当处于等离子体场中时，由于反应气体的电激活作用而大大降低了反应温度，从而在较低的温度下甚至在常温下就能在基片上形成固态薄膜。PECVD借助等离子体的电激活作用实现了低温(450-600K)下沉积优质薄膜，其操作方法灵活，工艺重复性好，尤其是可以在不同复杂形状的基板上沉积各种薄膜。此外，PECVD同溅射法一样，可以通过改变沉积参数的方
5、法制备不同状态的薄膜以满足不同的需要。现己研究并开发出采用不同激励方式、具有不同形状沉积系统的PECVD，成为微电子领域制备氮化硅薄膜最主要的CVD法之一。根据反应仓形状的不同，用于生长氮化硅薄膜的PECVD设备一般分为两种类型:板式PECVD设备和管式PECVD设备。本设计使用PECVD方法采用SiH4和NH3反应在硅片上沉积一层氮化硅薄膜，研究和分析氮化硅薄膜对太阳能电池片性能的影响。以期望对企业的电池片镀膜工艺有所帮助。2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述氮化硅不仅有着极好的光学性能(= 632.8nm 时折射率在1.82.5 之间, 而最理想的封装太阳电池减反射膜折射率在2.1
6、2.25之间) 和化学性能, 还能对质量较差的硅片起到表面和体内钝化作用, 提高电池的短路电流。因此,采用氮化硅薄膜作为晶体硅太阳电池的减反射膜已经成为光伏界的研究热点。Stirling和Swann于1965年发明了PECVD法沉积功能薄膜后不久r ，这项技术就被用于微电子器件的制造中 70年代中期，PECVD法曾被用在非晶硅太阳电池中。1981年，Hezel和Schorner将PECVD法沉积纳米SiN ：H薄膜的技术引入单晶硅太阳电池的制做工艺中，这个研究小组成功地研制出了所谓的MISIL (金属一绝缘体-半导体反型层)太阳电池，用这种工艺在区熔硅上制做的MISIL太阳电池，其光电转换效率
7、高达15 158 。从1989到1994年，德国ASEGmbH 经过努力将MISIL太阳电池引人生产 。在日本，Kyocera首先将PECVD法沉积纳米SiN ：H 薄膜用于商业多晶硅太阳电池的制造中 一。从1983到1984年，这家公司研发了一种新的投料多晶硅太阳电池生产技术，其减反射膜采用纳米SiN ：H实践表明：用PECVD法沉积纳米SiN：H 薄膜作多晶硅太阳电池光学减反射膜和钝化膜，可以极大地提高太阳电池的性能。美国的Mobil太阳能公司是较早使用PECVD法沉积纳米SiN ：H技术的公司之一，这家公司将PECVD法沉积纳米SiN ：H薄膜用在带硅(EFG)太阳电池上，极大地提高了E
8、FG 太阳电池的光电转换效率H ASEGmbH公司用PECVD法沉积纳米SiN H 薄膜作EFG 太阳电池光学减反射膜和钝化膜生产的丝网印刷太阳电池，年产已达1O20MWp。由于用1996 年, Kyocera公司通过生长氮化硅薄膜作为太阳电池的减反射膜和钝化膜在15cm 15cm 的多晶硅太阳电池上达到了17.1 %的转换效率 ; A1 HuKbner 等人利用氮化硅钝化双面太阳电池的背表面使电池效率超过了20 %目前，世界以有几家公司掌握了制备氮化硅膜层的成熟工业生产工艺，以德国、日本的PECVD和ECR技术为首，但国内在这领域还是较为落后的。现在国内只有48所、七星华创等几个厂家努力做着这方面研究。3. 设计（或研究）方法1对比板式PECVD和管式PECVD制备氮化硅薄膜的性能差异；2改变气体流量比研究硅片基底上沉积的氮化硅薄膜性能；3对镀完膜的电池片采用椭偏仪进行膜厚和折射率的测量，利用少子寿命来说明氮化硅薄膜对硅片的钝化效果，分析检测膜层促进太阳能转化效率，验证膜层的减反性能。4. 实施计划第12周 文献调研、开题报告的撰写、实验方案设计第310周 进行工艺实验第1114周 性能测试第1415周 论文撰写，答辩指导教师意见指导教师签字： 2010 年3月 6 日研究所（教研室）意见研究所所长（教研室主任）签字： 2010 年3月6日
