晶硅晶片表面組織工藝優(yōu)化研究

本文章將對表面組織工藝優(yōu)化進行研究，多晶硅晶片表面組織化工藝主要分為干法和濕法，其中利用酸或堿性溶液的濕法蝕刻工藝在時間和成本上都比較優(yōu)秀，主要適用于太陽能電池量產(chǎn)工藝。本研究在多晶晶片表面組織化工藝常用的HF/HNO3混合溶液中加入CH3COOH進行了實驗，通過濕法蝕刻工藝得到的多晶硅晶片的反射率和太陽能電池的光轉(zhuǎn)換效率變化，試圖為濕法蝕刻找到合適的條件。

濕法蝕刻工藝主要用于多晶晶片的表面組織化，在多晶晶片中，每個晶粒的蝕刻形狀都不同，因此采用酸溶液各向同性蝕刻，濕法蝕刻的酸溶液是HF和HNO3，雖然常見的是與DI混合的溶液，但也會加入CH3COOH，觀察各溶液的化學(xué)反應(yīng)式和機理，HNO3與Si作用首先產(chǎn)生SiO2氧化物，SiO2被HF蝕刻生成H2O和H2SiF6，H2SiF6 由于是水溶性物質(zhì)，對化學(xué)反應(yīng)作用影響不大。

通過改變濕法蝕刻溶液中HNO3和HF的濃度，可以改變蝕刻速度和表面組織化，H2O稀釋了HNO3的濃度，CH3COOH減少了HNO3的降解，從而對蝕刻速度產(chǎn)生影響。 本實驗通過相同條件的溶液給蝕刻時間以變化（15秒、30秒、45秒、60秒），分析表面形貌變化，并進行反射率及效率測定。實驗使用的基片為boron興奮劑的p-type多晶晶片，具有1~3·cm，具有非電阻、200微米厚、尺寸為15.6×15.6 cm2.實驗進行順序如圖1所示。

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圖2顯示了HF（5O%）: HNO3（65%）: CH3COOH（99%）:DI中的10:20:10: 在以10(vol)的比例混合的溶液中加入15秒，30秒， 通過45秒、60秒的時間變化，用光學(xué)顯微鏡(OM)觀察變化的樣子,在15秒的條件下，硅微泡表面還沒有形成表面組織，隨著時間的推移，我們會看到組織的形成,在15秒工藝條件下，可以看出原來體積較小的表面組織形貌隨著時間的推移逐漸增大，數(shù)量減少，這是隨著工藝時間的延長而形成的表面組織相互合并而形成的。 即尺寸增大的同時數(shù)目逐漸減少,表面組織的大小和數(shù)目對晶體晶片的反射率有影響,而隨著工藝時間的延長，蝕刻量增加，厚度越來越薄。

表面形態(tài)及厚度隨時間變化的平均反射率測量結(jié)果顯示在圖3中，在300~1200nm波長范圍內(nèi)，barewafer的反射率為32%，但隨著工藝時間的延長，在15秒時 反射率為24.7%，30秒后平均反射率上升。

圖3是反射率測量結(jié)果的曲線圖，在400～600納米波長范圍內(nèi)，60秒時反射率最高，在600～1000納米波長范圍內(nèi)，bare狀態(tài)的反射率最高。在1000～1200納米波長范圍內(nèi)，反射率最高，bare狀態(tài)的反射率很低，綜合來看，最初bare狀態(tài)下，通過texturing在表面上沒有形成表面組織，所以平均反射率很高，給15秒的時間，表面組織的形態(tài)細長，形成了，光入射的角度也提高了，形成了一個能鎖住很多光的結(jié)構(gòu)，反射率最低，但是隨著時間的推移，像針孔這樣的窄寬度表面組織的數(shù)量增加了，多晶硅晶片在acid溶液中的texturing過程是可以理解的，HNO3溶液中的O2在texturing過程中形成氧化膜，有助于部分蝕刻，但隨著texturing時間的增加，O2含量減少，最終表面逐漸polishing，反射率降低。

本研究了解了多晶硅太陽能電池表面形態(tài)的反射率和效率變化， 以相同溶液為基準，從晶片表面隨時間的變化來看，在15秒時反射率最低，并且可以看到反射率隨時間增加的現(xiàn)象。在45秒時，光轉(zhuǎn)換效率最高，15秒時效率最低，確定了低反射率與高效率不直接相關(guān)。這是因為表面狀態(tài)不同對后續(xù)工藝的影響較大，其中電極形成工藝受影響較大。考慮了后續(xù)工藝的表面，組織研究將是必要的，特別是對低反射率和易于形成電極的表面進行研究。 總之，為了接近太陽能電池的低價化和高效率，可能需要通過大量的研究來分析部分因素，并向更高的效率靠攏。

　　審核編輯：湯梓紅