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生氫致退化（HID）。光照后，p型和n型樣品的有效少數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 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。

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、環境溫度及濕度，用多種儀器測量樣品的少子壽命、光致發光強度、化學物種變化等參數。

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，為后續樣品光照實驗提供環境數據基礎，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生，使少子壽命下降，其變化趨勢與p 型樣品相似，體現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，光照后整個樣品區域PL 強度顯著降低，且傳感器區域內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生影響，導致樣品內部復合過程發生變化，影響了PL發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生和演化存在一定規律，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，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 鍵化學環境。

光譜中與 Si-N、Si-H 和氧相關的吸收峰變化，為后續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發射與樣品中的缺陷和雜質相關，如 1400nm 至 1570nm 范圍的 PL 發射與硅氧物種有關，光照后該范圍內 PL 強度略有降低，與 FTIR 分析中硅氧物種濃度降低結果相符，表明光照后硅氧缺陷轉變為其他形式缺陷導致體壽命降低。

FTIR 和 PL 光譜技術表明，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射或吸收輻射規律與分子結構關系的有力工具，主要用于物質結構的分析。通過測量物質紅外吸收的頻率、強度和線型等，可以獲得物質中局域結構方面的信息。

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：重復性：優于0.1cm-1；準確度：優于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據，使得我們能夠深入理解光照對PECVD SiNx:H薄膜性能的影響。通過這些數據，我們能夠更好地優化薄膜的制備工藝，提高太陽能電池的穩定性和效率。原文出處：Characterization of light induced degradation in PECVD silicon nitride passivated Cz silicon wafers using spectroscopic techniques

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