PECVD SiNx:H 薄膜常用作晶硅太陽(yáng)能電池的減反射和鈍化層，其鈍化效果與氫含量有關(guān)，但該薄膜在光照和熱輻射下會(huì)發(fā)生氫致退化（HID）。光照后，p型和n型樣品的有效少數(shù)載流子壽命值和帶間PL強(qiáng)度顯著降低。光誘導(dǎo)退化與氫和氧相關(guān)缺陷有關(guān)，FTIR和PL光譜技術(shù)能夠識(shí)別出導(dǎo)致光誘導(dǎo)體積和表面退化的化學(xué)物種。

樣品制備：采用 Cz 法生長(zhǎng)的硼摻雜 p 型和磷摻雜 n 型雙面拋光電池，經(jīng) RCA 清洗后，在雙面沉積 SiNx:H 鈍化層，再進(jìn)行快速熱退火處理，樣品封裝于太陽(yáng)能玻璃內(nèi)。

印度孟買平均太陽(yáng)輻照度變化

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：在印度孟買戶外進(jìn)行光照實(shí)驗(yàn)（2020 年 1 月 - 3 月），測(cè)量光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度及濕度，用多種儀器測(cè)量樣品的少子壽命、光致發(fā)光強(qiáng)度、化學(xué)物種變化等參數(shù)。

太陽(yáng)輻照度在4.56 kWh/m2 至 5.60 kWh/m2之間波動(dòng)，反映了戶外光照條件的變化，為后續(xù)樣品光照實(shí)驗(yàn)提供環(huán)境數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，表明樣品在不同輻照度下接受光照，對(duì)研究光照對(duì)樣品的影響具有重要意義。電學(xué)性能的表征

少子壽命的變化

p 型和n型樣品光照后少子壽命變化

p 型樣品在長(zhǎng)達(dá)111h 的光照過(guò)程中，少子壽命從初始的84μs降至35μs，表明光照引入缺陷，增加了復(fù)合中心，導(dǎo)致少子壽命降低，且少子壽命隨光照時(shí)長(zhǎng)增加而降低，累積輻照度增加也對(duì)少子壽命產(chǎn)生影響。

n 型樣品在111h 光照期間，少子壽命從135μs 降至93μs，同樣說(shuō)明光照導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生，使少子壽命下降，其變化趨勢(shì)與p 型樣品相似，體現(xiàn)光照對(duì)不同類型樣品少子壽命影響的共性。光照前后PL強(qiáng)度變化

p 型和 n 型樣品光照前后 PL 強(qiáng)度變化

p 型和 n 型樣品在光照前和光照 111h 后的Si帶間PL強(qiáng)度圖像，光照后整個(gè)樣品區(qū)域PL 強(qiáng)度顯著降低，且傳感器區(qū)域內(nèi)PL強(qiáng)度變化與少子壽命測(cè)量變化一致，進(jìn)一步證明光照對(duì)樣品產(chǎn)生影響，導(dǎo)致樣品內(nèi)部復(fù)合過(guò)程發(fā)生變化，影響了PL發(fā)射歸一化缺陷密度變化

p 型和 n 型樣品表觀歸一化缺陷密度變化

兩種樣品的缺陷密度均增加，p 型從 3.39×10?3μs?1 升至 1.68×10?2μs?1，n 型從 3.42×10??μs?1 升至 3.46×10?3μs?1，且在光照 73h 后變化率最大，之后趨于飽和，表明光照過(guò)程中缺陷產(chǎn)生和演化存在一定規(guī)律，對(duì)理解樣品退化機(jī)制有重要意義。

復(fù)合電流密度和體壽命變化

n 型樣品表面復(fù)合電流密度和體壽命變化

光照后表面復(fù)合電流密度從259 fA/cm2增加到502 fA/cm2，體壽命從166μs 降至124μs，說(shuō)明光照導(dǎo)致n型樣品表面和體性能退化，與之前少子壽命和 PL 強(qiáng)度變化結(jié)果相互印證，共同反映光照對(duì)樣品電學(xué)性能的影響。光學(xué)性能的表征

光照前后FTIR光譜

p 型和 n 型樣品在光照73h前后的 FTIR 光譜

在 400 cm?1 至 3500 cm?1 的光譜范圍內(nèi)，觀察到與 Si-N、Si-H 和氧相關(guān)的吸收峰。其中，750 cm?1 至 1100 cm?1 范圍內(nèi)的吸收峰與 Si-N 鍵的拉伸振動(dòng)有關(guān)，不同峰位對(duì)應(yīng)不同氮含量的 Si-N 鍵化學(xué)環(huán)境。

光譜中與 Si-N、Si-H 和氧相關(guān)的吸收峰變化，為后續(xù)分析化學(xué)物種變化提供基礎(chǔ)，有助于確定光照對(duì)樣品中化學(xué)鍵和化學(xué)物種的影響。

光照前后FTIR光譜去卷積

p型和n型樣品光照前后 FTIR 光譜去卷積

不同化學(xué)物種對(duì)應(yīng)的高斯分量的積分吸光度強(qiáng)度

光照后 p 型和 n 型樣品中與 Si-N、Si-H 和氧相關(guān)的一些化學(xué)物種濃度降低，這與 FTIR 分析中觀察到的光照后化學(xué)物種濃度變化一致。

SiNxH 薄膜中與υ2和υ3相關(guān)的化學(xué)物種濃度變化與表面鈍化退化相關(guān)；而 SiO2i 和 SiOn 等與氧相關(guān)的化學(xué)物種濃度變化與樣品體性能退化相關(guān)。在 n 型樣品中，這些化學(xué)物種濃度變化對(duì)性能的影響更為明顯，這與之前觀察到的 n 型樣品在光照后表面復(fù)合電流密度增加和體壽命降低等現(xiàn)象相符。

光照前后PL光譜變化

n 型樣品光照前后 PL 光譜

光譜中不同波長(zhǎng)范圍的 PL發(fā)射與樣品中的缺陷和雜質(zhì)相關(guān)，如 1400nm 至 1570nm 范圍的 PL 發(fā)射與硅氧物種有關(guān)，光照后該范圍內(nèi) PL 強(qiáng)度略有降低，與 FTIR 分析中硅氧物種濃度降低結(jié)果相符，表明光照后硅氧缺陷轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问饺毕輰?dǎo)致體壽命降低。

FTIR 和 PL 光譜技術(shù)表明，戶外光照下 PECVD SiNx:H 鈍化樣品的光致退化與多種化學(xué)物種有關(guān)，如 SiNxH 薄膜中化學(xué)物種濃度變化與表面和體退化相關(guān)，PL 光譜證實(shí) n 型樣品中氧相關(guān)缺陷參與退化機(jī)制。美能傅里葉紅外光譜儀

美能傅里葉紅外光譜儀用于研究各種分子在紅外波段發(fā)射或吸收輻射規(guī)律與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系的有力工具，主要用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析。通過(guò)測(cè)量物質(zhì)紅外吸收的頻率、強(qiáng)度和線型等，可以獲得物質(zhì)中局域結(jié)構(gòu)方面的信息。

光譜范圍：7800~350 cm-1

分束器：多層鍍膜溴化鉀，帶有防潮涂層（進(jìn)口）

波數(shù)：重復(fù)性：優(yōu)于0.1cm-1；準(zhǔn)確度：優(yōu)于1.0cm-1

美能傅里葉紅外光譜儀，針對(duì)光照前后的FTIR 光譜進(jìn)行分析提供了豐富的數(shù)據(jù)，使得我們能夠深入理解光照對(duì)PECVD SiNx:H薄膜性能的影響。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，我們能夠更好地優(yōu)化薄膜的制備工藝，提高太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性和效率。原文出處：Characterization of light induced degradation in PECVD silicon nitride passivated Cz silicon wafers using spectroscopic techniques

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