单晶硅表面金字塔生长过程的实验研究

在普通碱液中添加一种特殊的添加剂,在不同时间下对单晶硅表面进行刻蚀.用扫描电子显微镜观察样品表面形貌,结果显示:单晶硅片放入加入添加剂2mL的刻蚀液中,经过10min刻蚀后晶体表面零星出现大小不一的金字塔,并有大面积的平滑区;刻蚀15min后金字塔大小趋向一致,平滑区面积缩小;刻蚀20min硅片表面形成平均尺寸为2～4μm金字塔绒面结构,并且均匀性好、覆盖率高;刻蚀25min后,进入过腐蚀阶段,金字塔出现变大的现象.研究表明:与传统碱腐蚀相比,添加剂可以缩短单晶硅刻蚀时间,并获得较为理想的绒面结构,在工业上应用可以降低生产成本和生产时间,提高生产率.

表面钝化对多晶硅绒面形貌的影响

多晶硅表面制绒技术是太阳能光伏产业亟待突破的一个关键技术.本文根据多晶硅强酸制绒的基本原理,提出了表面活性剂钝化多晶硅表面以降低硅原子与酸反应速度从而改善多晶硅绒面形貌的方法.实验研究了不同含量的添加剂对酸液刻蚀多晶硅绒面形貌的影响,用扫描电镜观察对应的绒面结构,用积分反射仪测量其绒面的表面反射率.实验结果表明:加入活性剂后酸液能使多晶硅表面陷阱坑分布更加均匀,并且能有效消除产生漏电流的缺陷性深沟槽,样品表面反射率比较低,其表面反射率降低到21.5%.与传统酸液腐蚀的多晶硅绒面结构相比,陷阱坑密度明显增加,这种方法在多晶硅太阳电池的生产中是有价值的.

多晶硅表面暗纹的形成以及消除技术研究

通过改变氢氟酸和硝酸的比列,进行了多晶硅表面腐蚀实验,实验研究发现不同配比酸液能刻蚀形貌不同的陷阱坑,消除深沟槽,但陷阱坑开口大,反射率比较高;在优化氢氟酸和硝酸配比的基础上加入阴离子活性剂,然后腐蚀多晶硅表面。实验样品的SEM显示,多晶硅表面能形成比较均匀开口小的陷阱坑,其表面反射率也比较低,而且能有效消除长而深的腐蚀沟槽,这对多晶硅太阳电池的研究具有一定的意义。

新型添加剂对单晶硅表面金字塔形貌的影响

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—4μm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.

多晶硅不同晶面陷阱坑形貌与陷光效应的关系

提出了多晶硅表面陷阱坑内表面高次绒面的陷光模型。利用测不准原理,分析了光子散射方向与绒面上凸点大小的关系,利用光学傅里叶变换推导了光子逃逸陷阱坑概率与绒面陷阱坑形貌的关系。理论分析结果表明内表面布满凹凸点的U字形陷阱坑反射率比V字形的低;而内表面光滑的U字形陷阱坑的反射率比V字形的高。利用扫描电子显微镜拍摄了碱液刻蚀的多晶硅样品表面图像,分析了碱液刻蚀的不同晶面陷阱坑的形貌。[100]晶面呈峡谷状的陷阱坑,[111]晶面呈扭曲的U字形凹坑,[110]晶面则显示混合结构。实验测量了样品不同晶面的反射率曲线,证实了U字形陷阱坑的绒面具有相对低的反射率,与理论分析结果基本吻合。

碱液刻蚀的多晶硅不同晶面微结构实验研究

多晶硅碱液刻蚀技术一直是多晶硅太阳能电池研究的关键性技术之一.在普通的碱刻蚀液中加入一种添加剂,在温度78~80°C之间刻蚀多晶硅表面20min,用SEM观察多晶体硅表面结构.在多晶硅表面上首次观察到了碱液刻蚀出的密集均匀分布的陷阱坑,只是样品不同晶面上的陷阱坑形貌稍有不同.[100]晶面上主要由纵横交错的致密的小硅山脉构成,小硅山脉之间存在长长的峡谷式的陷阱坑（沟）;[110]晶面上密布大量的畸变三角形陷阱坑或矩形坑（洞）;[111]晶面则分布蚯蚓状的陷阱坑.用积分反射仪测量了样品表面光反射率,在400~900nm波段平均反射率下降到20.5%.实验研究表明：添加剂能调节碱的刻蚀特性,经过添加剂调剂的碱液能在多晶硅表面刻蚀出具有良好陷光效应的绒面,添加剂调节的碱液刻蚀技术是一种有前途的多晶硅制绒技术.

单晶硅表面微结构调节技术的改进

提出改变碱液腐蚀单晶硅表面特性的一个简单方法,即在碱液中加入活性剂改变碱液在硅表面的润湿性能从而改变其腐蚀特性。分别采用普通碱液、四甲基氢氧化铵(tetramethylammonium hydroxide,TMAH)溶液和加入阴离子有机氟表面活性剂的普通碱液腐蚀硅表面。结果发现:普通碱液和TMAH腐蚀液腐蚀的硅表面的金字塔大小差异大、有许多蜂窝状的小金字塔,反射率较高;用加入阴离子有机氟表面活性剂的普通碱液腐蚀的单晶硅表面,能形成比较规则的金字塔,金字塔尺寸为4～6μm、均匀性好、覆盖率高、表面反射率下降到12.65%。有机氟表面活性剂能提高硅在碱中腐蚀速率,有效调控单晶硅金字塔形貌、大小与分布,为精确调控单晶硅表面微结构提供了可能。