Development of non-blistering Si-rich layers for SiOx-based passivating contacts using PECVD

With the increasing demand of high-efficiency solar photovoltaic devices, research has been focusing on strategies to increase the performance while cutting the production costs. In the silicon industry, one of the most promising technologies is represented by polycrystalline silicon passivated contacts. LPCVD is currently the main deposition technique used for the production of these contacts thanks to its high uniformity and coherence. On the other hand, LPCVD requires various additional steps because of the non-directional nature of it. PECVD represents a valid alternative thanks to the possibility of depositing on one side only and its availability in all the main solar cell production lines, although its use is challenging because of the frequent blistering of the deposited layers during the annealing step. Research has found that a suppression of blistering is possible when silicon is included with other elements such carbon, nitrogen or oxygen. In this work, non-blistering C-, N- and O-incorporated silicon-rich layers were produced using PECVD. In addition, the post-annealing crystallinty and passivation quality of the so-obtained layers were measured. Blister-free layers were obtained starting from 1.6 Q(CH4/SiH4), 0.26 Q(NH3/SiH4) and 1.3 Q(N2O/SiH4) flow ratios. A correlation between residual stress and blistering was also observed. The passivation quality of the PECVD layers was measured to be good, with values of J0 as low as 1.3 fA/cm2.

La domanda per i dispositivi fotovoltaici ad alta effecienza è in aumento e la ricerca si è focalizzata in strategie per l'incremento delle prestazioni e il taglio dei costi. Nell'industria del silicio, una delle tecnologie più promettenti è rappresentata dai contatti passivanti a base di silicio policristallino. Attualmente la tecnica di deposizione più usata per la produzione di tali contatti è la LPCVD, grazie alla sua alta uniformità e coerenza. D'altra parte, essa richiede vari passaggi addizionali a causa della sua caratteristica non direzionalità. La PECVD rappresenta una valida alternativa grazie alla possibilità di deporre su un lato solo del dispositivo e alla sua grande disponibilità all'interno delle comuni linee di produzione di celle fotovoltaiche sebbene il suo utilizzo è insidioso a causa della frequente vescicolazione dello strato depositato. Una possibile soluzione alla vescicolazione è l'inclusione di carbonio, azoto o ossigeno nello strato di silicio da deporre. In questo lavoro di tesi sono stati prodotti mediante PECVD vari strati privi di vescicole grazie all'aggiunta di carbonio, azoto e ossigeno. Successivamente sono state valutate la cristallinità post ricottura e la qualità di passivazione di questi strati. A partire da rapporti di flusso di Q(CH4/SiH4), 0.26 Q(NH3/SiH4) e 1.3 Q(N2O/SiH4) sono stati ottenuti strati privi di vesciole ed è stata misurata una correlazione tra lo stress residuo e la propensione alla vesciolazione. La qualità di passivazione degli strati ottenuti mediante PECVD è stata misurata e ritenuta buona, con il più basso valore di J0 ottenuto di 1.3 fA/cm2.