新型添加剂对单晶硅表面金字塔形貌的影响-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61．No．6(2012)066803新型添加剂对单晶硅表面金字塔形貌的影响米田嘉彤)冯仕猛)十王坤霞)徐华天)杨树)刘峰3)黄建华3)裴)1)(上海交通大学物理系光学工程，上海200240)2)(上海航天技术研究院，上海200082)3)(上海交大林洋太阳能光伏研发中心，上海201109)4)(上海神舟新能源发展有限公司，上海201112)(2011年4月17日收到；2011年7月l1目收到修改稿)单晶硅表面微结构对晶体硅光电转换性能有非常重要的影响，晶体硅表

2、面微结构的调节技术一直是半导体、太阳能电池领域研究的热点之一．利用碱液与单晶硅异向腐蚀特性的刻蚀技术，在单晶硅表面可以获得布满金字塔的绒面，但普通碱液刻蚀的绒面，其金字塔大小、形貌和分布随机性大，不利于提高硅太阳电池的转换效率．在普通的碱腐蚀液中加入不同量的特种添加剂，然后在相同的温度、时间下刻蚀单晶硅表面，通过观察样品表面SEM图，发现在普通碱液中加入适量添加剂后刻蚀的单晶硅表面能形成均匀密集分布金字塔，金字塔大小在2—4¨m之间，棱边圆滑，表面金字塔覆盖率高；用积分反射仪测量了样品的反射率曲线，发现

3、样品平均反射率下降到12．51％．实验结果表明，在普通碱液中加入特种添加剂，能控制单晶硅表面金字塔的大小和分布．关键词：单晶硅，绒面结构，刻蚀碱液，反射率PACS：68．47．Fg，68．37．Hk，68．55．jm，78．68．+m便、低成本，但传统的碱腐蚀溶液获得的单晶硅绒面金字塔大小相差较大，而且在大的金字塔之间存提高晶体硅太阳能电池转换效率是产业发展在许多小金字塔，这样的结构不利于提高太阳能电的核心．有效调节单晶硅表面金字塔大小是太阳能池的转换效率．利用TMAH(四甲基氢氧化铵)溶电池研究中的一

4、个重点技术，单晶硅表面金字塔大液的高腐蚀速率、高的各向异性腐蚀特性，采用浓小以及密度分布与单晶硅表面裸反射率密切相关，度为5％一25％的TMAH溶液也能在单晶硅表面刻而硅表面反射率决定了太阳能电池的转换效率．单蚀出金字塔结构[7-12]，但该种方法获得表面金字晶硅太阳电池化学腐蚀主要利用择优腐蚀原理塔大小相差仍然较大，金字塔之间也存在许多小金即碱腐蚀液与硅在不同晶向的反应速率不同．由字塔结构，并且该溶液成本非常高，这使得其在太于[100]晶向的腐蚀速率比[111]晶向快得多，所以阳能行业里的用途受到限制

5、．另一种方法在次氯酸通过对硅片『100]和[111]晶向的各向异性腐蚀，在钠和TMAH混合液中加入超声波辅助刻蚀单晶硅，单晶硅表面形成随机分布的金字塔结构绒面，这样单晶硅表面能获得比较均匀的小金字塔_13_，但在的结构可以增加光在硅片表面的反射次数，形成内产业化中超声波极易导致硅片破碎，使其产业化应部光陷阱，从而有效地降低单晶硅表面反射率．目用受到限带0．前国内外研究小组通常采用NaOH，KOH，Na3PO4，本文在普通碱腐蚀液中加入本课题组研究开Na2CO3和Na2SiO4等碱性溶液制备单晶硅太阳发的

6、一种新型添加剂，研究不同量的添加剂对单晶电池表面织构[2-6J．碱腐蚀方法的优点在于更方硅表面金字塔形貌、大小及分布的影响．实验研究$上海航天基金(批准号：GC072003)资助的课题十E—mail：smfeng@sjtu．edu．cn⑥2012中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．hy．0c．c钆066803—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．61，No．6(2012)066803加剂含量增加到3mL时，硅表面的悬挂键钝化降低了碱与硅的腐蚀速度，相

7、比于晶体硅(111)晶面，硅(100)晶体面下降的速度幅度更大些，但碱的异向腐蚀性能仍然存在，这样，(100)面硅原子在不断0被腐蚀掉的同时，(111)晶面原子也被腐蚀掉，所以褂蒜非常小的金字塔很容易消失，最后就剩下具有一定大小、结构完整且密集分布的金字塔(如图3所示)．波长／nm．图4单晶硅刻蚀后样品表面的反射率曲线曲线1是普通碱3结论液刻蚀后的样品反射谱；曲线2是加2mL添加剂后的样品反射谱：曲线3是加3mL添加剂后的样品反射谱普通碱性溶液刻蚀的单晶硅表面上金字塔分式中CA，cB分别为反应物Si，O

8、H一的摩尔浓度，布随机，尺寸相差大，而且分布不均匀．在普通碱液为反应速度常数，各浓度项上的指数，等为反中加入特种添加剂，能改变碱液与硅的反应速度，应的分级数，它们分别表示反应物Si，OH一的浓调节碱液的异向腐蚀性能．实验研究表明，在普通度对反应速度影响的程度．单晶硅(111)晶面每一碱液中添加一种无毒、无污染的特种添加剂，碱液个硅表面原子仅一个悬挂键，表面悬挂键密度小；能刻蚀出金字塔形貌好、分布均匀、覆盖率高、而f100)每个硅原子有两个悬