SiN x 薄膜相對應光學效能特性

圖 3-2 多晶矽晶界氫原子修補懸浮鍵 [5]

資料來源:Roth & Rau AG. ”SINA Process Training”

3.3 SiN_x薄膜相對應光學效能特性

現行應用在太陽能電池片進行成長抗反射薄膜技術中，無論是以 Remote-plasma 或 Direct-plasma 方法，往往都會面臨到氮化矽薄膜顏色不均 勻的現象，根據文獻[5,24]可獲證實，出現這色差現象的主因在於氮化矽薄 膜厚度上的厚薄程度不一(圖 4-3)。因此，接下來先針對相關文獻進行探討。

關於氮化矽薄膜厚度對於太陽能電池片光電效能特性上的影響，在

圖 3-3 SiN_x塗佈膜厚(nm)與外觀顏色相對關係。[5]

參考來源:Roth & Rau AG. ”SINA Process Training”

2011 年 M. H. Kang 等人”Optimization of SiN AR coating for Si solar cells and modules through quantitative assessment of optical and efficiency loss mechanism.“的研究文獻[31]上有進一步的證實，矽電池片無論有無經過製 絨的前處理，其相同的抗反射係數下在不同程度的抗反射膜厚下，皆會對 於整體的光損耗(反射率+吸收率)有所增減變化。當抗反射薄膜厚度越高，

光損耗越高，相對地在光電效率上就會受到影響而下降。尤其是未經製絨 處理的情況下更為甚之，如圖 4-4 所示[31]。而製絨後的電池片，同樣也存 在光損耗疑慮，但因為受光面積增加因素有利於吸收部分增加，光損失總 額部分的貢獻是要比製絨處理所增吸收部分少，所以不如平片程度嚴重，

如圖 4-5 所示[31]。但是，製絨後電池片在較低的抗反射率薄膜下，此薄膜 厚度影響是相對嚴重。

35 contacts print)上膠到完成燒結金屬化(co-firing) 過程中，電極網印品質優 劣、燒結爐的溫度均勻性及穩定性以及先前抗反射薄膜的均勻性與薄膜厚 度皆是影響金屬燒結形成接觸電阻主要因素[32,33]。藉由 Corescan 量測後，

呈現在 2D 圖上的接觸電阻差異變化，如圖 3-6 所示[32]。在關於接觸電阻 方面形成溫度與薄膜厚度的影響，也透過 A.S.H. van der Heide 等人的

“CONTACT RESISTANCES MEASURED USING THE CORESCAN:

RELATIONS WITH CELL PROCESSING”研究文獻中得到證實。[32]

Ef

圖 3–4 (a) R.I 介於 2.03~2.42 的抗反射薄膜厚度在平坦晶片表面上的光損耗 (反射+吸收)表現 (b)藉由 PC1D 量測出對應的太陽能電池效益。小圓圈表示 出光損耗最小的膜厚。[31]

參考來源:M. H. Kang, et al., “Optimization of SiN AR coating for Si solar cells and modules through quantitative assessment of optical and efficiency loss

mechanism “.

(a)

Re fle ctance + Abso rb an ce ( %)

Thickness (nm)

(b)

E ff icie n cy (% )

Thickness (nm)

37

圖 3–5 (a) R.I 介於 2.03~2.42 的抗反射薄膜厚度在晶片表面經粗糙處理上的 光損耗(反射+吸收)表現 (b)藉由 PC1D 量測出對應的太陽能電池效益。圖中 小圓圈表示出光損耗最小的膜厚。[31]

參考來源:M. H. Kang, et al., “Optimization of SiN AR coating for Si solar cells and modules through quantitative assessment of optical and efficiency loss mechanism “.

Thickness (nm)

E ff icie n cy (% )

(b) (a)

Re fle ctance + Abso rb an ce ( %)

Thickness (nm)

圖 3-6 Corescans 在已上膠的晶片量測應用上，會有無法區分黑白顏色分布 部分。然而在針對接觸電阻表現最糟糕的區域，是藉由灰色區塊來表示。[32]

參 考 來 源 : A.S.H. van der Heide, et al., “CONTACT RESISTANCES MEASURED USING THE CORESCAN: RELATIONS WITH CELL PROCESSING”.

T - 15℃,△Rs

FF

2.6 T - 60℃,△^Rs

FF

26.6 T - 45℃,△^Rs

FF

14.9

T - 30℃,△Rs

FF

4.5 T - 30℃,△Rs

FF

9.2

T - 0℃,△^Rs

FF

2.1 T 15℃,△Rs

FF

1.9

39

在太陽能電池片上的抗反射層氮化矽薄膜，最主要的目的就是降低入 射光的反射機率，並提高入射光線的吸收。如此才能真正提升入射光線捉 捕能力，以獲取入射光譜最大的光電流。典型的太陽能電池抗反射層薄膜 的氮化矽薄膜厚度 750 nn，其折射率介於 2.0 到 2.4 的介電膜組成。但目前 應用上太陽能電池上的均勻度仍然不是非常完美，所以厚度控制上會有

±100 nm 的變化，不同薄膜厚度在光譜各波段下呈現的反射光譜會有所差 異，如在 Bhushan Sopori, et al.,”Detailed Characterization of AR Coatings on Si Solar Cells: A New Application of GT-FabScan 6000”研究資料中獲得佐 證，當薄膜厚度減少情況下會伴隨其反射率會增加如圖 3-7(a)與(b)所示。電 性表現上會有 1 A/cm² 左右的光電流密度的損失差距。[34]除此之外，抗反 射層在後續的燒結金屬化中提供緩衝與氫鈍化的功能存在，在燒結過程 裡，晶片各部位溫度能量吸收又同時與厚度與反射率相關。在燒結爐內較 高溫區與中，金屬可以貫穿內部的交界處，達成分流產生。但如果相對在 較低溫區，是有可能會有合金化不完整導致更高的串聯電阻發生。[33,35]

所以在此更證明氮化矽抗反射薄膜厚度控制上的重要性。

圖 3-7 (a) 粗糙化晶片上各抗反射層薄膜厚度的反射光譜表現. (b) 在不同 波長下反射率與 AR 塗層的晶片厚度（1/thickness）的關係。 [34]

參考來源 : Bhushan Sopori, et al.,”Detailed Characterization of AR Coatings on Si Solar Cells: A New Application of GT-FabScan 6000”.

在文檔中 氮化矽薄膜色差均勻性對太陽能電池片效能之研究 (頁 33-41)