HJT太陽(yáng)能電池已經(jīng)在正、背表面實(shí)現(xiàn)了鈍化接觸，因此獲得了較高的開(kāi)路電壓，明顯高于TOPCon電池和PERC電池。但正表面的非晶硅層存在較為嚴(yán)重的寄生吸收，造成HJT電池在短路電流方面并不占優(yōu)勢(shì)。解決該問(wèn)題的思路之一在于使用微晶硅代替非晶硅。從工藝上來(lái)講，微晶硅的形成需要改變通入硅烷與氫氣的稀釋率，RF射頻功率和沉積壓強(qiáng)，來(lái)提高微晶硅薄膜的晶化率。美能晶化率測(cè)試儀采用325nm激光器，可實(shí)現(xiàn)5nm以上非晶/微晶材料的原位測(cè)試；搭配高光譜分辨率、極低雜散光的光譜儀，保證光譜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。根據(jù)用戶需求研發(fā)出晶化率擬合軟件，高效精準(zhǔn)輸出晶化率數(shù)值。

根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的差異，硅薄膜材料可以分為單晶硅薄膜、多晶硅薄膜和非晶硅薄膜。

單晶硅、多晶硅、非晶硅結(jié)構(gòu)示意圖

非晶硅（a-Si:H）是一種成熟的材料，在光伏和微電子領(lǐng)域，它已被廣泛應(yīng)用于開(kāi)發(fā)大面積薄膜太陽(yáng)能電池和薄膜晶體管（TFT）。但由于其原子的順序很短：這種順序主要與共價(jià)鍵的長(zhǎng)度和鍵角有關(guān)，而鍵角只在最鄰近的原子之間維持。因此，a-Si:H具有較差的運(yùn)輸特性，低電子遷移率，懸空鍵密度大，并且在光照射下會(huì)降解（Staebler-Wronski效應(yīng)）。

多晶硅（poly-si）擁有良好的運(yùn)輸特性，但由于需要使用較高的沉積溫度（600℃），這限制了其在玻璃和柔性基底上集成。

微晶硅μc-Si：H薄膜

微晶硅μc-Si:H是一種硅基薄膜，是由PECVD在低溫（≤200℃）下制成的，不同于非晶硅和多晶硅，微晶硅μc-Si:H生長(zhǎng)在不同取向的晶體柱中，柱狀間由非晶硅組成的邊界隔開(kāi)。

微晶硅μc-Si:H的帶隙和吸收系數(shù)與非晶硅不同，具有更高的電導(dǎo)率，更高的紅外吸收率，對(duì)太陽(yáng)輻射（光吸收）的穩(wěn)定性更高。另一方面，μc-Si:H在低溫（200℃）下沉積，也表現(xiàn)出高載流子遷移率、高穩(wěn)定性和高電導(dǎo)率。

通常，μc-Si:H薄膜由甲硅烷（SiH4）和氫（H2）混合氣體制成，但也可以采用甲硅烷（SiH4）、氫（H2）和氬（Ar）混合氣體制成。制成μc-Si:H薄膜的主要參數(shù)是H2的稀釋度、適中的RF射頻功率和較高的沉積壓強(qiáng)，通過(guò)優(yōu)化這些參數(shù)，來(lái)提高結(jié)晶率Xc，并優(yōu)化其性能特征。

RF射頻功率對(duì)微晶硅薄膜的厚度、沉積速率、表面粗糙度及晶化率Xc的影響

我們通過(guò)對(duì)在PECVD反應(yīng)器中以200℃的溫度下，用不同RF射頻功率（20、25、30、35、40、45W）沉積30分鐘后，制成μc-Si:H薄膜進(jìn)行研究，我們發(fā)現(xiàn)不同的RF射頻功率對(duì)薄膜的厚度、沉積速率、表面粗糙度、晶化率Xc等特性產(chǎn)生了一定的影響。

表.不同RF射頻功率對(duì)μc-Si:H薄膜的厚度、沉積速率、表面粗糙度以及晶化率Xc的影響數(shù)據(jù)

沉積速率是通過(guò)薄膜的平均厚度和沉積時(shí)間計(jì)算得出的。下圖顯示了沉積速率與RF射頻功率的關(guān)系。從圖中可以看出，沉積速率隨RF射頻功率的增加而降低，

μc-Si：H薄膜的沉積速率和與RF射頻功率的關(guān)系

很明顯，在增加RF射頻功率沉積薄膜時(shí)，薄膜的粗糙度也在隨之增加。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究表明，μc-Si:H薄膜中較大的粗糙度值與較大的晶體尺寸有關(guān)。

下圖顯示了不同RF射頻功率沉積的μc-Si:H薄膜的3D圖像。從測(cè)量中我們提取了平均粗糙度（Sa）和均方根粗糙度（RMS）值。

不同RF功率沉積的μc-Si:H薄膜的3D圖像

拉曼分析

拉曼光譜可用于μc-Si:H薄膜的表征。下圖顯示了不同RF功率水平下沉積薄膜的拉曼光譜圖?？梢园l(fā)現(xiàn)在光譜中520cm-1處有一個(gè)明顯的峰。所有的樣品晶化率Xc在64-75%的范圍內(nèi)，在25W的RF射頻功率下沉積的薄膜具有最大的晶化率Xc。

上面我們講到，對(duì)于μc-Si:H的沉積，需要三個(gè)條件。在沉積的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生H2刻蝕過(guò)程。在較高的RF射頻功率的影響下會(huì)促進(jìn)H2的刻蝕過(guò)程，從而影響薄膜的晶化率Xc。

為什么要測(cè)試?yán)庾V？

用拉曼光譜法可以測(cè)量評(píng)估硅基薄膜的晶化率。拉曼是一種光散射技術(shù)。激光光源的高強(qiáng)度入射光被分子散射時(shí)，大多數(shù)散射光與入射激光具有相同的波長(zhǎng)，這種散射稱為瑞利散射（彈性散射）。然而，還有極小一部分（大約1/109）散射光的波長(zhǎng)與入射光不同，其波長(zhǎng)的改變由測(cè)試樣品（所謂散射物質(zhì)）的化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定，這部分散射光稱為拉曼散射（非彈性散射）。

對(duì)不同工藝參數(shù)制備的薄膜，通過(guò)拉曼光譜可以了解硅薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和鈍化效果，通過(guò)表征薄膜的晶化率，來(lái)判斷薄膜的導(dǎo)電性能，為制備高質(zhì)量的薄膜提供優(yōu)化方向。因此拉曼光譜表征成為薄膜太陽(yáng)能電池研發(fā)過(guò)程中的重要部分。

美能晶化率測(cè)試儀

Millennial Galaxy Solar晶化率測(cè)試儀可適用于測(cè)試拉曼光譜，設(shè)備擁有極佳的紫外靈敏度和優(yōu)異的光譜重復(fù)性，采用325nm激光器，可實(shí)現(xiàn)5nm以上非晶/微晶材料的原位測(cè)試；搭配高光譜分辨率、極低雜散光的光譜儀，保證光譜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。根據(jù)用戶需求研發(fā)出晶化率擬合軟件，高效精準(zhǔn)輸出晶化率數(shù)值。

• 紫外靈敏度硅-階峰信號(hào)計(jì)數(shù)優(yōu)于1000

• 325nm激光器，1s積分時(shí)間

• 5nm以上非晶/微晶材料原位測(cè)試

一鍵晶化率分析軟件，大幅提高測(cè)試精準(zhǔn)度

對(duì)于薄膜太陽(yáng)能電池應(yīng)用，μc-Si:H已經(jīng)得到了廣泛的研究。目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出a-Si:H/μc-Si:H串聯(lián)太陽(yáng)能電池（微晶太陽(yáng)能電池），其穩(wěn)定效率高達(dá)12%。美能晶化率測(cè)試儀擁有強(qiáng)大的適應(yīng)光伏行業(yè)晶化率測(cè)試功能，支持過(guò)程片原位測(cè)試，以適配光伏行業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)，幫助廠商在制造高效率的太陽(yáng)能電池過(guò)程中更加輕松的面對(duì)各項(xiàng)難題。

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