｜超高頻PECVD成長微晶矽薄膜

摘要：本文乃就超高頻PECVD成長微晶矽薄膜量測分析撰文。微晶矽薄膜主要是用矽甲烷（SiH₄）與氫氣（H₂）的混合，經由超高頻40.68MHz激發電漿解離進行薄膜沉積。在產業生產需求上，降低生產成本為主要目標。太陽電池為求降低更大的成本，則較高的模組效率與鍍膜速率是必需的。本質層微晶矽薄膜的結構受到製程參數極大的影響，諸如電漿功率密度、基板溫度、氣體流量比例與沉積時的真空壓力。調整這些鍍膜沉積的參數，以研究其沉積的薄膜所對應的各種電性與微結構性質，從其中找出最佳沉積條件以應用於高效率矽薄膜太陽電池。

Abstract: In this study, microcrystalline silicon thin films have been prepared through a mixture of silane and hydrogen gases using an excitation frequency of 40.68 MHz. For more cost reduction of solar cells, higher module efficiencies and deposition rates are required. The microstructures of μc-Si intrinsic layer might be affected by the deposition parameters, such as power densities, substrate temperatures, the ratios of gas flow rates and deposition pressures. By adjusting these deposition parameters, various electric and microstructures properties were investigated. The optimum deposition condition was also performed for the application of silicon thin film solar cells.

關鍵詞：微晶矽、薄膜沉積、電漿輔助化學氣相沉積

Keywords：Microcrystalline Silicon, Thin Film Deposition, PECVD

前言
太陽電池產業近年來蓬勃發展，其最大的產業需求即是鉅量產下生產低成本且高效率之太陽電池。所以尋求一個有效的方法沉積非晶矽amorphous silicon （a-Si）與微晶矽microcrystalline silicon （µc-Si）薄膜，以提升其效率與產量是全世界共同之技術發展目標。但是，在非晶矽薄膜中，其本身就具有非常多的自然缺陷，因而在長時間太陽曝曬下，會產生光衰減效應，又稱為Staebler-Wronski效應[1]，此效應嚴重的影響非結晶矽基薄膜太陽電池之效率與性能。現今，微晶矽薄膜的發展被視為取代純非晶矽太陽電池之一個替代方案，並且發展出非晶與微晶的串列式（Tandem）太陽電池，可增加吸收太陽光譜的範圍，有效的提升太陽電池效率，如圖1所示。微晶矽在量產上，薄膜沉積速率與其本身的結晶化也是重要之關鍵因素，故對於微晶矽或串列式（Tandem）太陽電池產品，所使用的沉積設備系統與製程參數是一重要的關鍵[2-6]。