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N型非晶硅氧薄膜制 备及其光电特性研究

第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文(非晶硅、微晶硅和纳米硅薄膜电池)

N 型非晶硅氧薄膜制备及其光电特性研究型非晶硅氧薄膜制备及其光电特性研究

沈华龙1,21,2,王辉11,潘清涛11,宋鑫11,耿梅艳11,胡增鑫11,贾海军11,麦耀华11

,张铭

2

,严辉22

(1

保定天威薄膜光伏有限公司 071051, 2

北京工业大学 100124)

摘要:为获得低折射率和高电导率要求的中间层薄膜,采用射频等离子体增强化学气相沉积

(RF-PECVD)技术, 在低氢气流量下制备了n 型非晶硅氧薄膜。本文研究了CO 2/SiH 4气体流量比、硅烷浓度、沉积功率和PH 3掺杂浓度等工艺参数对硅氧薄膜的沉积速率,折射率,电导率,晶化率以及光学带隙的影响,并获得折射率为1.99, 电导率大于10-6

S/cm 和带隙大于2.6eV 的非晶硅氧薄膜。

关键词:中间层;非晶硅氧薄膜;光电特性 1 1 引言引言

非晶硅/微晶硅叠层电池以较大带隙的非晶硅

电池(1.7ev)为顶电池,较小带隙的微晶硅电池(1.12eV)为底电池。为了降低电池光致衰退,非晶硅电池厚度需尽量减小,从而导致顶电池光电流减小。在非晶硅/微晶硅叠层电池中引入中间层,可以有效的提高顶电池的光电流。中间层主要将一部分光反射回顶层,提高顶电池光的吸收,进而提高顶电池的光电流。因此,中间层要具有较低的折射率,较小的光吸收以及良好的电导率。

1996年,瑞士Neuchatel 大学IMT 小组D.Fischer 等人首次将ZnO 作为中间层应用于非晶硅/微晶硅叠层电池[1]。虽然,ZnO 的折射率低(2.0eV 左右),带隙较大(3.0eV),但作为中间层时需要额外的激光划刻工序[2]。由于n 型非晶硅氧薄膜(n-SiO x :H)制备工艺与非晶硅和微晶硅电池制备工艺相似,并且其光学性质可调,因此,非晶硅氧薄膜作为中间层材料在工业生产上得到了应用[3]。

文献已有大量n 型硅氧材料在叠层电池中应用的报道[4,5]。但是,该非晶硅氧薄膜的制备均采用超高频等离子体增强化学气相沉积的方法(VHF-PECVD)和高氢稀释条件。

本工作采用射频等离子体增强化学气相沉积

的方法(RF-PECVD),在相对低氢稀释条件下制备了n 型非晶硅氧薄膜。并详细研究和分析了不同CO 2/SiH 4气体流量比(r co2)、H2/SiH 4气体流量比、沉积功率和PH 3掺杂浓度等工艺参数对硅氧薄膜的结构、光电性质的影响。

2 2 实验实验

实验采用5腔室RF-PECVD 沉积系统,以SiH 4、CO 2、PH 3(在H 2中稀释到2%)和H 2为反应气体,在玻璃衬底上制备n 型非晶SiO x 薄膜。沉积衬底温度和气压分别为160℃,0.6Torr。除非特别指出,射频功率为2.5W,H 2/SiH 4=49, r Co2=5 和PH 3/SiH 4=3.0。具体的实验参数见表1。硅氧薄膜的厚度均控制在100nm 左右。

Table I. 硅氧薄膜制备气体参数

SC *

SiH 4-flow H 2-flow PH 3-flow CO 2-flow

sccm:sccm sccm sccm sccm sccm 67.3 1.5 98.5 0.28-7.5 0-7.5 49.0 1.5 73.5 0.28-7.5 0-7.5 32.3 1.5 48.5 0.28-7.5 0-7.5 24.0 1.5 36.0 0.28-7.5 0-7.5 19.0 1.5

28.5

0.28-7.5

0-7.5

* SC

为硅烷在氢气中的稀释度,

SC=SiH 4/(SiH 4+H 2)*100