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70 材料工程/2012年3期 多孑L硅的制备及其吸杂处理对 电学性能的影响 PreparationofPorousSiliconandtheInfluence ofGetteringontheElectricalProperties 李佳艳,郭素霞,谭毅。,刘辰光 (1辽宁省太阳能光伏系统重点实验室,辽宁大连116024; 2大连理工大学材料学院,辽宁大连116024) — — — ’ LIJiayan,GUOSuxia~,TANYi,LIUChenguang (1KeyLaboratoryforSolarEnergyPhotovoltaicSystemofLiaoningProvince, Dalian116024,Liaoning,China;2SchoolofMaterialsScienceandEngineering, DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,Liaoning,China) 摘要:多孔硅吸杂是减少晶体硅中杂质和缺陷,提高太阳能电池转换效率的有效方法。采用电化学腐蚀方法在单晶硅 片上制备多孔硅,通过观察多孔硅的形貌、结构及单晶硅片的电阻率变化,研究不同电流密度制备的多孑L硅对吸杂效果 的影响,并从多孑L硅的结构出发探究多孔硅吸杂的机理。结果表明,随电流密度增加,孑L隙率明显增加,多孔硅在电流密 度为100mA/cm时,孔隙率最大;电流密度越大,多孔硅伴随所产生的弹性机械应力增加,晶格常数相应增加,这两个因 素都有利于缺陷和金属杂质在多孔硅层一基底界面处迁移和富集,导致单晶硅吸杂后电阻率增大。 关键词:多孑L硅;电化学腐蚀;吸杂性能;电阻率 中图分类号:O613.7;O646 文献标识码:A —— 文章编号:1001-4381(2012)03007004 — Abstract:Poroussilicongetteringwasaneffectivemethodforreducingimpuritiesanddefectsincrys tallinesiliconandimprovingconversionefficiencyofsolarcel1.Poroussiliconlayerwaspreparedon — thesurfaceofmonocrystallinesiliconbyelectrochemicaletching.Thecharacterizationsofporoussili — conlayerwereinvestigatedandtheeffectontheporoussilicongetteringofcurrentdensity.Moreo ver,thegetteringmechanismwassupposedbasedonthemicrostructureofporoussilicon.Theresult showedthattheporosityincreasedsignificantlyasthecurrentdensityincreasingandthemaximum — valuesareachievedforthecurrentdensity100mA/cm.Theporoussiliconlayerformationwasac companiedbytheappearanceofelasticmechanicalstressandtheincreasingoflatticeparameters.The twofactorswerebeneficialtOthemigrationfordefectsandmetallicimpuritiesfromthebulktothePS layer.Therefore,theresistivityincreasedwiththecurrentdensityincreasing. Keywords:poroussilicon;electrochemicaletching;gettering;resistivity 晶体硅材料是太阳电池的主要材料,其性能的好 坏直接影响着电池最终的转换效率。影响晶体硅材料 质量的主要因素是结构缺陷和杂质。太阳电池用晶体 硅中的缺陷包括空位、位错、晶界、硅自间隙原子和各 种形式的杂质原子以及沉积物等结构缺陷;杂质主要 包括非金属杂质(碳、氧、硼、磷等)和金属杂质(主要 是过渡族金属)。这些杂质的存在及其与材料结构 缺陷的相互作用极大地降低了器件的电学性能,减 小少数载流子的扩散长度,从而降低了太阳电池的 转换效率]。 为了减少硅片表面有源区的缺陷和杂质,消除这 些杂质和缺陷对单晶硅电池的影响成为当前人们研究 的主要课题。吸杂技术l2是提高硅片质量行之有效的 方法。目前吸杂技术主要分为内吸杂和外吸杂两大 类。内吸杂方法_3是通过热处理在硅片内部形成氧沉 淀并诱发二次缺陷将杂质束缚在硅体内,最终在表面 形成洁净区。外吸杂包括磷吸杂j,铝吸杂l_4,磷一 铝联合吸杂[4等。此外经过热处理将杂质和缺陷扩散 到多孔层而进行吸杂的方法也是一种非常有效的方 法 。多孔硅是一种由许多小孔组成的网状结构, 通常由化学腐蚀、电化学腐蚀等方法来制备。利用形 成的多孔硅层_1]会诱生出位错或弹性应力对硅中 多孔硅的制备及其吸杂处理对电学性能的影响 71 的杂质和缺陷形成吸除作用,使硅的自间隙原子及硅 中的其他杂质沉积在多孔硅层,最终用碱溶液去除多 孔硅层达到吸除杂质和缺陷的目的。多孔硅可将表面 织构化、钝化和表面减反射层的制备融为一步来完成, 并且使其对硅中的杂质和缺陷有一定的吸除作用_】。 。 本工作重点研究电化学腐蚀方法制备多孔硅,在 不同的腐蚀电流密度下形成多孔硅的形貌和结构,以 及多孔硅吸杂对电阻率的影响状况。探讨吸杂处理对 单晶硅电阻率影响的原因。从机理方面分析多孔硅吸 杂的深层原因。 1实验 实验采用电阻率为0.008、厚度为500 ̄m的P型 (100>面单晶硅片制备多孔硅。样品进行单面抛光,然 后依次进行清洗,丙酮溶液中超声清洗10r ain,去除油 脂。乙醇溶液中超声清洗10min,去除有机物。去离 子水中超声清洗5min,去除表面颗粒。HF溶液中浸 泡(HF:H2O一1:10)15S,去离子水中超声5min。 然后在硅片的背面用磁控溅射的方法镀铝膜,以提供 好的欧姆接触。镀膜参数如表1。 表1磁控溅射方法镀铝膜的相关参数 Table1Theparametersofaluminumfilmdeposited bymagnetronsputtering 实验过程中为防止HF腐蚀Al背极,使用热熔胶 将硅片背面的Al背极包覆隔离。按图1装置进行硅 的电化学腐蚀,腐蚀液组成为HF(40):C。HOH, 体积比1:1配置溶液。实验过程中通过改变电流密 度,得到不同形貌的多孔硅。将腐蚀后的样品放入管 ℃ 式炉,在温度为300热处理60min,以稳定多孔硅的 结构。实验用电源为APS3005S型恒流稳压电源,使 用SYJ一150型金刚石切割机对单晶硅试样进行切割, 其表面形貌用FEINoVANaNOSEM450场发射扫描 电子显微镜进行观察,晶体结构采用SHIMADzU XRD一6000X射线衍射仪进行测试。 ℃ 多孔硅样品在管式炉中氩气保护性气氛下950 热处理2.5h,完成多孔硅的吸杂过程,最后在0.1mol/L 的NaOH溶液中去除多孔层以测硅片表面的电阻率变 化。电阻率使用KDY一1型四探针电阻率测试仪进行 测试(测试范围为0.001~6000Q・am,方法为对同 Powersupply Graphiteelectrode 图1电化学腐蚀装置 Fig.1Schematicofelectrochemicaletchingequipment一 试样采用多点测量,取其平均值)。 2结果和讨论 2.1多孔硅形貌分析 图2表示在相同的溶液配比条件下,腐蚀时间为 30min,腐蚀电流密度分别为40,6O,8O,100mA/cm 条件下所形成的多孔硅微观形貌图。由图中可以看 出,经过电化学腐蚀后,随着电流密度的增加,孔的尺 寸和密度也在增加。电流密度达到100mA/cm时, 孔径大小和密度达到最大。通过软件分析计算,随着 电流密度的增加,制备得到的多孔硅孔隙率逐渐增加 (如图3)。Smith等E143的研究表明,腐蚀初期的小孑L 是由于单晶硅表面原子被随机腐蚀掉而形成的,杂质 原子易被电场激活,对腐蚀起诱导作用,在单晶硅表面 形成极小的凹坑。电流密度较小时,被电场激活的杂 质原子数较少,故腐蚀初期形成的凹坑数较少。此时 腐蚀过程取决于空穴的扩散,凹坑底部优先被腐蚀而 形成多孔硅。因此这样形成的孔数量较少,相邻孔之 间的孔壁较厚,随着电流密度增加,加在样品两端的电 压随之增大,使电解液中的F能量变大,有利于F克 服固一液表面势向Si靠近,使到达Si处的F数量增 加,这使在初期单晶硅片表面形成的sl,:fL数量增多,即 相邻孔之间的孔壁变薄,又因为电流增加可以提高单 晶硅片内的空穴的能量,更容易参与Si原子的溶解, 使产生的小孔孑L径增加。所以,较大的电流密度使生 成的多孔硅孔隙率也较大。另外,实验中发现,随着 电流密度的增加,样品表面的颜色也逐渐加深。实 验研究还发现当电流密度或者腐蚀时间增加到一定 值的时候,多孔硅会发生剥落现象。这可能是因为 多孔硅的晶格常数较基底硅的变化导致了晶格的四 方畸变,使得多孔硅层与硅基体之间的界面产生应 力增加,最终使得厚度增加的同时多孔硅层发生卷 曲或脱落l_1¨ ]。 多孑L硅的制备及其吸杂处理对电学性能的影响 73 理,使用0.1mol/LNaOH溶液溶解去除多孔硅层后 所测的电阻率变化图,图中可以明显地看出,经过吸杂 处理以后,样品的电阻率明显增加,电流密度为 100mA/cm。时,电阻率提高最大,约提高51.2,这 与多孔硅的形貌、孑L隙率和结构有很大的关系。吸杂 效果是基于杂质和缺陷在多孔层一基底界面处富集,然 后扩散到多孑L层这个吸杂中心所致。这一理论也可以 通过研究吸杂作用与热处理温度和时间的关系来进一 步得到证实_1。 喜 9 0 20 40 60 80 i00 d/(mA・cm。1 图5单晶硅和电流腐蚀密度J一40,60,80, 100mA/cm下多孑L硅的电阻率变化图 Fig.5Variationofresistivityofsinglecrystalline siliconandporoussiliconwithcurrentdensity 3结论 (1)随电流密度增加,单晶硅制备得到的多孔硅孔 隙率明显增加,多孑L硅在电流密度为100mA/cm时, 孑L隙率最大。 (2)电流密度越大,多孔硅伴随所产生的弹性机械 应力增加,晶格常数相应增加,这两个因素都有利于缺 陷和金属杂质在多孔硅层一基底界面处迁移和富集。 (3)同时,其对应的电阻率结果与吸杂机理分析相一 致,电流密度的增加,电阻率增大,当电流密度达到100mA/er a时,电阻率提高最大,约提高51.2。 [1] [2] [3] [4] 参考文献 王书荣,陈庭金,刘祖明,等.多晶硅太阳电池的吸杂实验研究 — [J].云南师范大学学报,2001,21(6):4344. — 杨德仁.硅材料的吸杂研究[J].半导体技术,1992,(8):5356. 汤艳.直拉单晶硅内吸杂研究[D].杭州:浙江大学,2002. JOOSSW,HAHNG,FATHP,eta1.Improvementofdiffusion — — lengthsinmulticrystallinesiliconbyP/AIcogetteringduringso — larcellprocessing[C]//ProceedingsoftheSecondWorldConfer — enceandExhibitiononPhotovohaicSolarEnergyConversion,Vi— enna,Austria,1998:689695. [53 [6] [7] [8] —— SPIECKERE,SEIBTM,SCHROTERW.Phosphorousdiffu siongetteringinthepresenceofanonequilibriumconcentrationof siliconinterstitials:Aquantitativemodel[J].PhysRevB,1997, — 55(15):95779583. — JOSHISM,GOSEIEUM,TANTY.Improvementofminori tycarrierdiffusionlengthinsiliconbyaluminumgettering[J]. ApplPhysLett,1995,77(8):38583863.— — GAYHENQUINETN,MARTINUZZIS.Efficiencyofnano cavitybacksidegetteringinmulticrystal1inesiliconwafers[el// ProceedingsoftheSecondWorldConferenceonPhotovohaicSolar EnergyConversion,Vienna,Austria,1998:15991602. KHEDHERN。HAJJIM.BOUAICHAM,eta1.Improvement oftransportparametersinsolargrademonocrystal1inesiliconby applicationofasacrificialporoussiliconlayer口].SolidState Comm,2002.123:710. [97KHEDHERN,JABAIIAHAB,HASSENM,eta1.Gettering byheatthermalprocessing:applicationincrystallinesiliconsolar — cells[J].MaterSciinSemiconductorProcessing,2004,7:439 442. [10]HASSENM,JABALLAHAB,HAJJIM,eta1.Performance [11] [12] [13] [14] [15] [16] improvementsofcrystallinesiliconbyiterativegetteringprocess forshortdurationandwiththeuseofporoussiliconassacrificial — layer[J].SolarEnergyMaterials&SolarCells,2005,87(14):— 493499. IINCS。FANGSK.Formationofceriumconversioncoatings onAZ31magnesiumalloys[J].ElectrochemicalSoc,2005,152 (2):B54. 谢荣国,席珍强,马向阳.用化学腐蚀制备多孔硅太阳电池减反 — 射膜的研究[J].材料科学与工程,2002,20(4):507509. — STREHIKES,BASTIDES.Optimizationofporoussiliconre flectanceforsiliconphotovohaiccells[J].SolarEnergyMaterials — &SolarCells,1999,58:399409. — SMITHRL.COLLINGSSD.Poroussiliconformationmecha nisms[j].ApplPhys,1992,71(8):R1一R22. 张树霖.多孔硅一一种新形态的硅材料[J].物理,1992,21(8):478— 483. — Y0UNGIM,BEAIEMIJ,BENJAM1NJD.Xraydouble crystaldiffractionstudyofPoroussilicon[J].ApplPhysLett, 1985,46(12):l1331l35. — [17]BIIYALOVR,STALMANSI,BEAUCARNEG,eta1.Por — — OUSsiliconasanintermediatelayerforthinfilmsolarcell[J].So — larEnergyMaterials&SolarCells,2oO1,65:477485. 基金项目:国家自然科学基金(51074032);中央高校基本科研业务费资 助(DUT092C(3)310) — — 收稿日期:2011-0915;修订日期:2011l229 作者简介:李佳艳(198O一),女,讲师,主要从事冶金法提纯多晶硅的研 究,联系地址:辽宁省大连市大连理工大学新三束实验室209(116024),— Email:lijiayan@dlut.edu.cn 通讯作者:谭毅(1961一),男,教授,主要从事冶金法提纯多晶硅的研 — 究,联系地址:大连理工大学新三束实验室208(116024),Email:tanyi @dlut.edu.cn
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