氟、氯基射频等离子体在多晶硅电池片表面制绒的应用研究

卤素基等离子体是日益受到人们重视的可用于硅太阳能电池片干法制绒的一种工艺技术，该技术具备了替代对环境不友好的湿法化学制绒的优势，但如何实现实用化的硅表面等离子体干法制绒是降低光线反射率、提高电池片内量子效率和光电转换效率的一大关键。本项目将针对两种不同能量耦合模式（容性与感性）产生的氟、氯等离子体及与多晶硅制绒特性的之间关联进行研究。一方面，对氟、氯基强电负性的射频等离子体进行一系列的诊断与测量，理清等离子体参量、基团特征、离子能量特性等与耦合模式及放电频率之间的依赖关系；另一方面，阐明氟-氧基等离子体与氟-氯基等离子体对多晶硅表面的制绒机制，找到等离子体的放电参量与多晶硅绒面调制以及光谱响应之间的关联，为无掩膜、无损伤的多晶硅干法制绒工艺提供依据。该项目的实施将有助于发展我国拥有自主知识产权的等离子体干法制绒技术，具有重要的科学意义和应用目标。

本项目对氟氯基容性耦合模式下的等离子体特性及与多晶硅制绒特性之间的关联以及大面积多晶硅表面制绒等进行了细致的研究。研究内容分五个部分：容性耦合等离子体诊断；晶硅电池片的等离子体干法制绒机理；大面积等离子体干法制绒实验；容性等离子体在杂化太阳能电池中的应用；大气压射频等离子体射流在晶硅表面氧化应用等。.我们的研究是从容性耦合等离子体诊断开始的。首先针对甚高频激发容性耦合氩等离子体的电子能量分布函数的演变特性进行了研究，证实了甚高频等离子体中电子在小极板间距下的共振加热模式的存在，揭示了EEPF从低气压下的双麦克斯韦分布逐步转变为中等气压下的单麦克斯韦分布并最终演变为高气压下的Druyvesteyn分布，增加射频输入功率有利于EEPF向单麦克斯韦乃至双麦克斯韦分布转变。其次，利用朗缪尔静电探针对掺入电负性气体O2、Cl2、SF6的由40.68MHz激发的单射频容性耦合Ar等离子体进行了诊断测量，发现电负性气体流量增加促进了EEPF中高能峰的出现且有向高能侧漂移的现象；给出了电子温度随着电负性气体流量比的增加而升高的原因。第三，利用微波共振探针对40.68MHz单射频容性耦合SF6、Cl2、O2/Ar电负性等离子体进行了诊断测量，确定了微波共振探针精确测量的范围；阐明了电负性气体如SF6、Cl2、O2掺入到Ar等离子体中均大幅度降低了等离子体的电子密度并最终趋于稳定的根源，解释了射频放电功率和放电气压电子密度造成的影响。最后，利用高能脉冲激光诱导实现负离子光致剥离的特点详细研究了LIPD技术诊断容性耦合氧气等离子体的负离子特性，给出了运用LIPD技术诊断电负性等离子体空间电位的经验方法，揭示了氧气等离子体的电负度随着射频功率的增加而呈现下降的原因。.结合容性耦合等离子体诊断情况，对容性耦合等离子体多晶硅干法制绒机理进行了详细的研究与分析，给出了在双频容性耦合等离子体下实现晶硅干法制绒的工艺窗口。并将工艺窗口延伸到大面积等离子体干法制绒工艺中，顺利实现了16片多晶硅片的大面积表面干法制绒，为干法制绒技术走向应用奠定良好的实验基础。另外，我们还将容性耦合等离子体干法制绒技术应用于杂化太阳能电池的研究中，开发了一套基于大气压下的射频等离子体射流装置，以解决多晶硅太阳能电池的电势诱导功率衰减效应。