PECVD SiNx:H 薄膜常用作晶硅太陽能電池的減反射和鈍化層，其鈍化效果與氫含量有關，但該薄膜在光照和熱輻射下會發(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強度顯著降低。光誘導退化與氫和氧相關缺陷有關，FTIR和PL光譜技術(shù)能夠識別出導致光誘導體積和表面退化的化學物種。

樣品制備：采用 Cz 法生長的硼摻雜 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，再進行快速熱退火處理，樣品封裝于太陽能玻璃內(nèi)。

印度孟買平均太陽輻照度變化

實驗過程：在印度孟買戶外進行光照實驗（2020 年 1 月 - 3 月），測量光照強度、環(huán)境溫度及濕度，用多種儀器測量樣品的少子壽命、光致發(fā)光強度、化學物種變化等參數(shù)。

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

少子壽命的變化

p 型和n型樣品光照后少子壽命變化

p 型樣品在長達111h 的光照過程中，少子壽命從初始的84μs降至35μs，表明光照引入缺陷，增加了復合中心，導致少子壽命降低，且少子壽命隨光照時長增加而降低，累積輻照度增加也對少子壽命產(chǎn)生影響。

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

p 型和 n 型樣品光照前后 PL 強度變化

p 型和 n 型樣品在光照前和光照 111h 后的Si帶間PL強度圖像，光照后整個樣品區(qū)域PL 強度顯著降低，且傳感器區(qū)域內(nèi)PL強度變化與少子壽命測量變化一致，進一步證明光照對樣品產(chǎn)生影響，導致樣品內(nèi)部復合過程發(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，表明光照過程中缺陷產(chǎn)生和演化存在一定規(guī)律，對理解樣品退化機制有重要意義。

復合電流密度和體壽命變化

n 型樣品表面復合電流密度和體壽命變化

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

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 鍵的拉伸振動有關，不同峰位對應不同氮含量的 Si-N 鍵化學環(huán)境。

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

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

不同化學物種對應的高斯分量的積分吸光度強度

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

SiNxH 薄膜中與υ2和υ3相關的化學物種濃度變化與表面鈍化退化相關；而 SiO2i 和 SiOn 等與氧相關的化學物種濃度變化與樣品體性能退化相關。在 n 型樣品中，這些化學物種濃度變化對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

光譜中不同波長范圍的 PL發(fā)射與樣品中的缺陷和雜質(zhì)相關，如 1400nm 至 1570nm 范圍的 PL 發(fā)射與硅氧物種有關，光照后該范圍內(nèi) PL 強度略有降低，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е麦w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物種有關，如 SiNxH 薄膜中化學物種濃度變化與表面和體退化相關，PL 光譜證實 n 型樣品中氧相關缺陷參與退化機制。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)關系的有力工具，主要用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析。通過測量物質(zhì)紅外吸收的頻率、強度和線型等，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（進口）

波數(shù)：重復性：優(yōu)于0.1cm-1；準確度：優(yōu)于1.0cm-1

美能傅里葉紅外光譜儀，針對光照前后的FTIR 光譜進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PECVD SiNx:H薄膜性能的影響。通過這些數(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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