用於晶體矽太陽電池生產的PECVD技術進展
為(wei) 了降低晶體(ti) 矽太陽電池的效率，通常需要減少太陽電池正表麵的反射，還需要對晶體(ti) 矽表麵進行鈍化處理，以降低表麵缺陷對於(yu) 少數載流子的複合作用。
矽的折射率為(wei) 3.8，如果直接將光滑的矽表麵放置在折射率為(wei) 1.0的空氣中，其對光的反射率可達到30%左右。人們(men) 使用表麵的織構化降低了一部分反射，但是還是很難將反射率降得很低，尤其是對多晶矽，使用各向同性的酸腐蝕液，如果腐蝕過深，會(hui) 影響到PN結的漏電流，因此其對表麵反射降低的效果不明顯。因此，考慮在矽表麵與(yu) 空氣之間插一層折射率適中的透光介質膜，以降低表麵的反射，在工業(ye) 化應用中，SiNx膜被選擇作為(wei) 矽表麵的減反射膜，SiNx膜的折射率隨著x值的不同，可以從(cong) 1.9變到2.3左右，這樣比較適合於(yu) 在3.8的矽和1.0的空氣中進行可見光的減反射設計，是一種較為(wei) 優(you) 良的減反射膜。
另一方麵，矽表麵有很多懸掛鍵，對於(yu) N型發射區的非平衡載流子具有很強的吸引力，使得少數載流子發生複合作用，從(cong) 而減少電流。因此需要使用一些原子或分子將這些表麵的懸掛鍵飽和。實驗發現，含氫的SiNx膜對於(yu) 矽表麵具有很強的鈍化作用，減少了表麵不飽和的懸掛鍵，減少了表麵能級。
綜合來看，SiNx膜被製備在矽的表麵起到兩(liang) 個(ge) 最用，其一是減少表麵對可見光的反射；其二，表麵鈍化作用。
二PECVD技術的分類
用來製備SiNx膜的方法有很多種，包括：化學氣相沉積法（CVD法）、等離子增強化學氣相沉積（PECVD法）、低壓化學氣相沉積法（LPCVD法）。在目前產(chan) 業(ye) 上常用的是PECVD法。
PECVD法按沉積腔室等離子源與(yu) 樣品的關(guan) 係上可以分成兩(liang) 種類型：
直接法：樣品直接接觸等離子體(ti) ，樣品或樣品的支撐體(ti) 就是電極的一部分。
間接法：或稱離域法。待沉積的樣品在等離子區域之外，等離子體(ti) 不直接打到樣品表麵，樣品或其支撐體(ti) 也不是電極的一部分。
直接法又分成兩(liang) 種：
（1）管式PECVD係統：即使用像擴散爐管一樣的石英管作為(wei) 沉積腔室，使用電阻爐作為(wei) 加熱體(ti) ，將一個(ge) 可以放置多片矽片的石墨舟插進石英管中進行沉積。這種設備的主要製造商為(wei) 德國的Centrotherm公司、中國的第四十八研究所、七星華創公司。
（2）板式PECVD係統：即將多片矽片放置在一個(ge) 石墨或碳纖維支架上，放入一個(ge) 金屬的沉積腔室中，腔室中有平板型的電極，與(yu) 樣品支架形成一個(ge) 放電回路，在腔室中的工藝氣體(ti) 在兩(liang) 個(ge) 極板之間的交流電場的作用下在空間形成等離子體(ti) ，分解SiH4中的Si和H，以及NH3種的N形成SiNx沉積到矽表麵。這種沉積係統目前主要是日本島津公司在進行生產(chan) 。
間接法又分成兩(liang) 種：
(1）微波法：使用微波作為(wei) 激發等離子體(ti) 的頻段。微波源置於(yu) 樣品區域之外，先將氨氣離化，再轟擊矽烷氣，產(chan) 生SiNx分子沉積在樣品表麵。
這種設備目前的主要製造商為(wei) 德國的Roth&Rau公司。
（2）直流法：使用直流源激發等離子體(ti) ，進一步離化氨氣和矽烷氣。樣品也不與(yu) 等離子體(ti) 接觸。這種設備由荷蘭(lan) 的OTB公司生產(chan) 。
目前，在中國微波法PECVD係統占據市場的主流，而管式PECVD係統也占據不少份額，而島津的板式係統隻有5~6條生產(chan) 線在使用。直流法PECVD係統還沒有進入中國市場。
除了上述幾種模式的PECVD係統外，美國的AppliedMaterial公司還開發了磁控濺射PECVD係統，該係統使用磁控濺射源轟擊高純矽靶，在氨氣的氣氛中反應濺射，形成SiNx分子沉積到樣品表麵。這種技術的優(you) 點是不使用易爆的矽烷氣，安全性提高很多，另外沉積速率很高。
如果按照PECVD係統所使用的頻率範圍，又可將其分成以下幾類：
■0Hz：直流間接法——OTB公司
■40KHz：Centrotherm公司管式直接法PECVD和AppliedMaterial公司的磁控濺射係統
■250kHz：島津公司的板式直接法係統
■440kHz：Semco公司的板式直接法
■460kHz：Centrotherm公司管式直接法
■13.6MHz：Semco公司和MVSystem公司的板式直接法係統
■2450MHz：Roth&Rau公司的板式間接法係統。
三各種方法的優(you) 缺點比較
各種方法都有其有缺點：從(cong) 大的方麵講，直接PECVD法對樣品表麵有損傷(shang) ，會(hui) 增加表麵少子的複合，但是也正是由於(yu) 其對表麵的轟擊作用，可以去除表麵的一些自然氧化層，使得表麵的雜質原子得到抑製，另外直接法可以使得氫原子或氫離子更深入地進入到多晶矽晶界中，使得晶界鈍化更充分。
使用不同頻率的PECVD係統，也各有一定的優(you) 缺點：
（1）頻率越高均勻麵積越小，越難於(yu) 達到大麵積均勻性。
（2）頻率越低對矽片表麵的損傷(shang) 越嚴(yan) 重。
（3）頻率越低離子進入矽片越深，越有利於(yu) 多晶矽晶界的鈍化。
沉積的均勻性與(yu) 電極和腔室的設計很有關(guan) 係。管式PECVD係統由於(yu) 其石墨舟中間鏤空，因此利用了矽片作為(wei) 電極的一部分，因此輝光放電的特性就與(yu) 矽片表麵的特性有了一定的關(guan) 係，比如矽片表麵織構化所生成的金子塔尖端的狀態就對等離子體(ti) 放電產(chan) 生影響，而目前矽片的電導率的不同也影響到等離子場的均勻性。另外管式PECVD的氣流是從(cong) 石英管一端引入，這樣也會(hui) 造成工藝氣體(ti) 分布的不均勻。
板式PECVD係統使用了襯底板作為(wei) 電極，而且采用勻氣的Shower係統，但是由於(yu) 襯底板在長期加熱後會(hui) 有稍微的翹曲，從(cong) 而造成平行板電極間距的不一致，也會(hui) 造成片間不均勻。
另外，等離子體(ti) 直接法在大麵積沉積時會(hui) 造成由於(yu) 高頻波長所帶來的附加的不均勻性。
各種方法製備的薄膜的質量也略有不同，原則上講，由於(yu) 直接法中的等離子體(ti) 直接作用於(yu) 矽片表麵，因此均勻性要好一些，而間接法等離子體(ti) 是離子離化後形成SiNx擴散到矽片表麵的，薄膜的質量較為(wei) 酥鬆，而磁控濺射由於(yu) 其工作方式的原因，薄膜最為(wei) 酥鬆。對於(yu) 致密的薄膜，其鈍化特性和減反射特性都要優(you) 越得多。