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　　制備氮化硅（Si3N4）減反射膜是制造高效率太陽能電池的重要環節。氮化硅膜通常采用PECVD技術生成。PECVD又稱等離子體增強化學氣相淀積，淀積過程中，硅烷氨氣流量比、射頻功率、溫度、淀積時間等工藝參數的變化對氮化硅薄膜的生長均有影響。

1氮化硅膜在太陽能電池中的作用

　　通常SiNx中的Si/N值為0.75，即Si3N4，而實際PECVD淀積氮化硅的化學計量比會隨工藝的不同而變化，Si/N變化的范圍在0.75～2之間。PECVD的氮化硅薄膜中，除了含有Si和N元素，一般還包含一定比例的氫，即SixNyHz或SiNx︰H。

　　利用PECVD技術在硅片表面淀積的氮化硅薄膜，可以使薄膜前后兩個表面產生的反射光相互干擾，從而抵消反射光，達到減反射的效果，增加對太陽光的吸收，提高光生電流密度，從而提高電池的轉換效率。同時，氮化硅膜中的H降低了表面復合速率，帶來更小的暗電流和更高的開路電壓，提高了光電轉換效率。另外高溫瞬時退火會斷裂一些Si-H、N-H鍵，游離出來的H與缺陷及晶界處的懸掛鍵結合，減少了界面態密度和復合中心，達到對電池的鈍化效果。

2氮化硅膜的PECVD法制備

　　CVD（全稱為ChemicalVaporDeposition）即化學氣相沉積。CVD技術主要有以下幾種：APCVD（常壓，700℃～1000℃）、LPCVD（低壓，750℃）、PECVD（等離子體增強型，300℃～450℃）。氮化硅是在半導體技術中常用的一種鈍化材料。制作氮化硅的方法很多，其中PECVD技術由于反應氣體簡單、靈活性高、溫度要求低、淀積速率快等優點而被廣泛采用。制備Si3N4薄膜的化學反應方程式為：SiH4＋NH3→Si3N4＋H2↑。

　　氮化硅薄膜的基本制備方法是：采用低溫等離子體作能量源，將樣品置于低壓輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預定的溫度，然后通入適量的反應氣體SiH4和NH3，氣體經一系列化學反應和等離子體反應，在樣品表面形成固態薄膜即氮化硅薄膜。一般情況下，使用這種等離子增強型化學氣相沉積的方法淀積的薄膜厚度在80nm左右，這樣厚度的薄膜具有良好的光學特性。

3影響氮化硅膜生長的工藝參數

　　PECVD生長氮化硅薄膜涉及到的主要工藝參數有：時間、溫度、氣體流量、壓力、射頻功率、脈沖開關時間。下面主要針對氣體流量比、射頻功率、溫度、淀積時間、壓強五個因素進行分析：

　　3.1NH3與SiH4流量比

　　當NH3流量增加，薄膜生長速率加快，但隨著膜層中H含量的上升，膜層中Si-H鍵、N-H鍵的數量也隨之增多，氮化硅膜質地變得疏松。如果提高氨氣流量，則會使膜中富含N元素，從而導致膜的絕緣性下降。同樣，硅烷流量的增大將提升膜中Si元素的含量，這也會使膜的絕緣性變差。若氣體流量比過大，會使反應室內氣體濃度增加，氣體分子平均自由程變小，淀積到表面的反應生成物減少，導致淀積速率隨流量增加反而減少。

　　3.2射頻功率

　　隨著射頻功率的增大，反應加速，氮化硅薄膜生長速率加快。射頻功率繼續加大，極板間的電壓更大，基片上的氮化硅膜在轟擊作用的影響下變得更加結實和致密，隨著功率再進一步提高，就出現了類似“濺射”的現象，阻礙了氮化硅膜的繼續生長。高射頻功率將帶來高腐蝕速率。因此適當降低功率不僅可以減少基片表面損傷，獲得均勻且致密的膜層，也使得反應更易于控制。

　　3.3溫度因素

　　在PECVD生長氮化硅薄膜的過程中，基片表面存在等離子體的沉積和揮發兩種機制，隨著溫度的升高，沉積機制占主導，但隨著溫度繼續升高，兩種機制逐漸平衡，當溫度繼續升到某一臨界值以后平衡被打破，揮發大于沉積，導致高溫下淀積生長薄膜的速率有所下降。

　　3.4淀積時間

　　淀積時間通常應結合其他工藝參數進行設置，淀積時間太短，膜厚及折射率達不到要求，淀積時間太長，則會造成工藝氣體的浪費，增加工藝成本，同時也會影響淀積膜的質量，而由于膜層中存在的機械應力問題，當膜厚過厚時，薄膜會開裂甚至剝落。

　　3.5反應壓強

　　過低的壓強將導致薄膜淀積速率變慢，生長出的氮化硅膜的折射率也較低。較大的壓強可以增大薄膜的淀積速率，但是會造成均勻性差的問題，容易產生干涉條紋。

4實驗數據分析

　　基于上文分析，為了在不降低淀積速率的基礎上獲得較好的氮化硅膜的厚度、質量、反射率等特性，我們采用淀積兩層膜的方法。這樣不僅減少了對基片表面的損傷，而且雙層膜可以減少氫離子的溢出，從而獲得更好的鈍化效果，這對太陽能電池片的電性能有較大改善。

　　以156×156mm型號多晶硅太陽電池片為片源，取40片樣品，淀積前的工序均采用正常工藝，為了消除前段工序影響，采用混批處理分成兩組，每組約20片，膜厚控制在85nm、折射率為2.07。測試數據如下：

　　雙層膜：反射率5.06%、最低點波長708nm、Uoc0.607mV、Isc8.384mA、FF76.98、Eta16.09。

　　單層膜：反射率6.00%、最低點波長710nm、Uoc0.605mV、Isc8.342mA、FF76.75、Eta15.93。

　　從實驗數據看來，雙層膜比單層膜反射率高約0.09%，雙層膜對短波的減反射效果比單層膜好。（說明：Uoc表示開路電壓，Isc表示短路電流，填充因子FF為UmaxImax與UocIsc的比值，Eta表示入射太陽能轉化為有效電能的效率。）

5結語

　　采用PECVD技術生長太陽能電池氮化硅減反射膜時，影響氮化硅膜生長的工藝參數有氣體流量比、射頻功率、溫度、鍍膜時間、壓強等。經過分析發現薄膜淀積速率隨氣體流量比的增大而增大；隨射頻功率的增大先增大后減?。浑S溫度的升高先升高后下降；反應氣體必須處于低真空下，而且其真空度只允許在一個較窄的范圍內變動；淀積時間不易過長，否則易造成膜層開裂剝落。通過雙層膜樣品的淀積、測量和分析，發現雙層膜工藝不僅可以降低氮化硅膜的反射率，還可以獲得更好的鈍化效果。

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