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1、改进的硅太阳电池工业化绒面各向异性腐蚀工艺E.Vazsonyi!,K.DeClercq",R.Einhaus",E.VanKerschaver",*,K.Said",J.Poortmans",J.Szlufcik",J.Nijs"!KFKI-ResearchInstituteforMaterialsScience,Budapest,P.O.B.49.,H-1525Budapest,Belgium"IMECv.z.w.,Kapeldreef75,B-3001Leuven,BelgiumReceived23Dece
2、mber1997;receivedinrevisedform12May1998;accepted2September1998摘要：用氢氧化钠溶液加异丙醇进行了单晶硅片绒面制作的实验研究。在测量了不同晶向硅片的腐蚀速率基础上对溶液温度和溶液成分进行了优化。发现绒面角锥体密度受到〈100〉晶向腐蚀速率和各向异性因子的影响，各向异性因子定义为〈100〉晶向与〈111〉晶向上腐蚀速率的比值。用实验设计和表面反应方法来提取腐蚀速率与溶液中氢氧化钠和异丙醇的浓度和溶液温度等各种输入参数之间的函数关系。发现优化的制绒工艺条件
3、为温度80℃和能够以10的各向异性因子在〈100〉晶向上高速腐蚀的溶液配方。在工艺的初始点，可以通过在制绒液中混合添加剂来避免绒面角锥体成核的不均匀性。用这种溶液，可以通过变化腐蚀时间来调节绒面角锥体的尺寸，以便在硅片绒面上获得低的反射率。基于我们的结果，这种绒面工艺可以稳定地重复使用于大规模的硅片加工。关键词：绒面；单晶硅；DOE1.引言用各向异性制绒溶液在单晶硅片(100)晶向表面上形成角锥是减少太阳电池前表面反射率的一种重要和有效的方法。另外，各向异性腐蚀在硅微机械或硅片（100）晶向上的V型沟槽腐蚀方面
4、是一种用来形成三维结构的著名技术。硅表面的镜面抛光腐蚀工艺研究可从文献查到[1]H.Seidel,L.Csepregi,A.Heuberger,H.Baumga¨rtel,J.Electrochem.Soc.137(11)(1990)3612.。已经研究过腐蚀工艺与基片掺杂浓度和表面晶向的依赖关系。使用高浓度碱溶液，腐蚀的选择性可以增强到100意味着〈111〉方向的腐蚀速率与〈100〉方向的腐蚀速率相比是非常低的。然而，高电阻率基片〈100〉方向上可以观察到掺杂浓度1020atom/cm3的区域有准腐蚀停止现象
5、。这种方法允许用高浓度（＞10%）碱含量的腐蚀液形成硅薄膜[2]F.Gaiseanu,F.Cobianu,D.Dascalu,J.Mater.Sci.Lett.12(20)(1993)1652.。也用高浓度的氢氧化钠，或氢氧化钾溶液来腐蚀形成硅太阳电池表面的到角锥结构。这些高浓度（20~30%）溶液在90℃附近的腐蚀速率为4~6um/min。各向异性腐蚀与光刻工艺相结合是高效太阳电池制造工艺的标准工序[3]M.A.Green,AdvancesinSolarEnergy,vol.8,M.Prince(Ed.),A
6、mericanSolarEnergySociety,Boulder,CO,1993,p.231.[4]M.A.Green,J.Zao,A.Wang,S.R.Wenham,IEEEElectronDev.Lett.EDL-13(1992)317.。在我们的研究中，研究了使用稀释无机碱溶液的制绒工艺。这种溶液在（100）晶面上产生随机分布的角锥体而不需要任何掩模。角锥体形成的原理当今仍在讨论并发表了各种假设，并推测腐蚀反应期间氢气泡的发展起着重要的作用[5]D.L.King,M.E.Buck,22ndIEEEPho
7、tovoltaicsSpecialistsConf.,vol.1,1991,p.303.。气泡粘附在硅表面它们的掩蔽效应导致了溶液的侧向腐蚀作用，这是角锥体形成过程的要素。稀释的碱溶液表现出一种低的腐蚀速率（典型值为：0.1~0.5um/min）。因此，氢气泡能够短暂停留在硅表面。气泡的直径、它们的密度和腐蚀反应的速率限定了织构硅表面的几何特征。角锥体的密度和它们的几何特征同时影响着太阳电池的陷光效率和前表面产生反射损失的最低限[5]。有效绒面工艺的可持续性是一个常见的问题，至今尚未有关于这一课题详细研究的文献
8、。IMEC致力于标准太阳电池工艺的优化，目标是提高电池效率和降低制造成本。绒面工艺的可重复性是一个重要的要求。本文给出了基于碱溶液，使用低浓度氢氧化钠和异丙醇（IPA）的各种绒面工艺的详细分析。在各向异性腐蚀测量的基础上，优化了制绒液成分和温度以便在硅片正面获得高密度的规则形状角锥体。发现使用添加剂（neutraltenzids）制绒溶液时可以通过调节腐蚀时间来控制角锥体的尺寸。2.实
