[发明专利]一种减反射薄膜SiNx:H表面原位NH3等离子体处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池制造工艺，具体涉及一种减反射薄膜SiN_x:H的表面处理方法。

背景技术

目前沉积减反钝化膜已成为产业化晶体硅太阳电池的生产工序之一。对于硅基太阳电池，使用的减反射膜的材料主要有二氧化硅、氧化钛和氮化硅等薄膜材料。二氧化硅虽然具有较为优良的钝化效果，在高效硅基太阳电池中广泛应用，但其折射率1.46比较低，所以减反射效果不好。另外氧化硅减反射膜太阳电池的制备过程是一个高温过程，加大了生产成本，同时高温过程会促使有害杂质的扩散，造成对材料本身的污染。氧化钛折射率为2.4，对于硅基太阳电池来说具有较好的减发射效果，但没有钝化作用。氮化硅薄膜的折射系数可以通过调节工艺参数分布在1.8-2.3之间，是非常理想的减反射薄膜材料，同时还有良好的表面钝化和体钝化作用，能够有效的提高太阳电池效率，以SiN_x:H薄膜作为减反射层的组成部分，结构包括单层SiN_x:H薄膜，热氧化SiO₂/SiN_x:H，SiN_x:H/SiN_x:H，a-Si:H/SiN_x:H双层减反射结构，但是在产业化晶硅太阳电池中得到广泛应用的仍然是单层SiN_x:H薄膜。

在晶体硅太阳电池的一些制造技术中，减反射薄膜不仅能够起到光学减反射以及钝化表面的作用，同时还作为化学镀金属电极或者电镀金属电极的掩蔽层。通过化学镀或者电镀制备金属电极是一种常用的技术。这种方法具有金属自对准沉积，线条窄的优点，在产业化高效晶体硅太阳电池中是一种非常有效的方法，例如激光刻槽埋栅太阳电池，激光掺杂太阳电池，或者其他具有选择性发射极的太阳电池，现已成为产业化高效太阳电池应用的热点。掩蔽层的作用是在经过选择性刻蚀部分掩蔽层之后，暴露出需要直接与金属接触的硅区域，然后在化学镀溶液或者电镀溶液中，金属在太阳电池上发生选择性沉积，也就是在漏出硅的地方沉积上金属电极，而在掩蔽层上不会沉积上金属。在实验室高效技术中一般是采用热氧化硅生长的SiO₂薄膜，或者低压化学气相沉积方法生长的非常致密的氮化硅薄膜作为掩蔽层。而在大规模生产中，热氧化生长SiO₂薄膜或者低压化学气相沉积氮化硅方法都具有一定的限制。更为经济的和技术兼容的方法是直接使用SiN_x:H减反射薄膜作为掩蔽层。在硅基太阳电池制造技术中，一般采用等离子体增强化学气相沉积方法制备SiN_x:H薄膜，薄膜中主要结构是Si-N，Si-H，-NH键，其中Si-H和-NH键的存在造成薄膜不致密，具有大量的针孔；另外，生长的SiN_x:H薄膜中的Si/N比例偏离了氮化硅中的化学配比值，一般都是硅过剩，而这些过剩的硅一般以Si-H键方式存在，在经过高温退火之后，氢从Si-H键中脱离留下未饱和的Si⁺，这些过剩的Si⁺之间发生键合，最终形成硅的聚集体，也称为硅岛。在化学镀或者电镀金属电极的时候，金属离子就有可能在这些针孔处，硅岛处沉积下来，最终导致在氮化硅薄膜上也沉积上了金属，造成太阳电池片外观变差并且遮挡了入射的太阳光，影响太阳电池的效率。

有一种解决SiN_x:H薄膜疏松的方法是在沉积薄膜之后采用原位紫外光硬化，从而减少薄膜中的氢成分提高其致密度。来自美国应用材料的专利02136123.1中采用循环的硬化/沉积工艺减少薄膜中的氢成分提高薄膜的致密性，获得高应力的薄膜。

另外一种解决SiN_x:H的致密性以及富硅问题的方法是：在沉积SiN_x:H薄膜的工艺条件中，增加沉积温度以促进Si-N键的结合，减少沉积压强或者增加反应功率提高等离子体的能量增加对薄膜的轰击，减少反应气体中的SiH₄流量等，但是这些工艺参数的变化将会对太阳电池的效率带来其他的影响，例如折射系数偏离最佳值，对太阳电池的钝化作用减弱等。