單晶硅表面均勻小尺寸金字塔制備及其特性研究

1、 5782 物 理 學(xué) 報(bào) 59 卷 后會使硅的體壽命 會 出 現(xiàn) 衰 減 現(xiàn) 象， 其產(chǎn)生原因?yàn)?由于氧化 過 程 中 的 體 積 膨 脹 會 在 硅 基 底 上 產(chǎn) 生 大 的應(yīng)力， 在 體 內(nèi) 形 成 位 錯(cuò) 類 型 的 缺 陷， 從而減少了 硅的體壽命 15 4. 結(jié) 論 ， 而這種衰減程度隨著金字塔的塔尖 在 TMAH 腐 蝕 溶 液 中 加 入 NaClO 以 及 間 隙 式 NaClO 在溶液中增加金字塔的成核 超聲， 研究表明， 在織構(gòu)過程 中 適 當(dāng) 控 制 超 聲 作 用 時(shí) 間 能 夠 和生長， 得到類似的 均 勻 、 小 尺 寸 金 字 塔， 并且通過調(diào)整作 用時(shí)間 長

2、 短 可 以 調(diào) 整 金 字 塔 的 大 小 . 優(yōu) 化 的 加 入 NaClO 以及間隙超聲作用的織構(gòu)溶液能夠在硅表面 獲得均勻， 平均大小為 2 m 左 右 的 金 字 塔， 制備的 單晶硅片的表面反 射 在 AM1. 5G 光 譜 中 的 加 權(quán) 平 均 反射率為 12. 4% ， 而只用 TMAH 和 IPA 織構(gòu)化的硅 片的加權(quán)平 均 反 射 率 為 13. 5% . 在 經(jīng) 過 高 溫 擴(kuò) 散 、 氧化之后， 表面織構(gòu) 化 處 理 的 單 晶 片 的 有 效 少 子 壽 并且少子壽命的大小 命低于表面拋光處 理 的 硅 片， 隨著金字塔尺寸變 大 而 降 低， 其原因可能為氧化金

3、字塔表面在晶體硅 體 內(nèi) 造 成 位 錯(cuò) 類 型 的 缺 陷， 以及 導(dǎo)致對硅表面的場 在金字塔的谷底地 方 摻 雜 較 淺， 效應(yīng)鈍化不夠 . 這種現(xiàn)象在大金字塔中尤為明顯 . 和谷處的曲率半徑 增 加 而 減 少， 采用酸腐蝕金字塔 從而增加其曲率半 之后能 夠 使 其 形 狀 變 得 更 圓， 徑 . 但是還沒有結(jié)果 能 夠 證 實(shí) 尺 寸 較 小 的 金 字 塔 在 塔尖和谷處的曲率 半 徑 就 大 于 尺 寸 較 大 的 金 字 塔， 這只是可能存在的 原 因 . 另 外 還 有 可 能 是 在 金 字 塔 不同位置 處 擴(kuò) 散 摻 雜 的 差 異 隨 著 金 字 塔 的 變 大 而

4、 變大的緣故， 較高的 摻 雜 濃 度 對 硅 片 起 到 場 效 應(yīng) 鈍 化的效果， 能 夠 降 低 少 子 表 面 復(fù) 合 速 率， 從而使測 試的有效少子壽命 升 高 . 但 是 與 拋 光 的 對 比 樣 品 相 比， 在經(jīng)過 織 構(gòu) 之 后， 硅片的有效少子壽命仍然較 顯示了織構(gòu)化處 理 的 表 面 對 單 晶 硅 的 有 效 少 子 低， 壽命有明顯的影響， 這種影響也許存在于體內(nèi)的缺 陷復(fù)合， 或 者 是 表 面 鈍 化. 因 此 硅 片 有 效 少 子 壽 命 的變化最 終 對 太 陽 電 池 性 能 的 影 響 大 小 將 會 在 后 尤 其 是 對 太 陽 電 池 中 的

5、開 路 電 壓、 續(xù)工作中 進(jìn) 行， 暗飽和電流的影響 . 1 Yerokhov Y ， Hezel R ， Lipinski M ， Ciach R ， Nagel H ， Mylyanych A ，Panek P 2002 Solar Energ. Mater. Solar Cells 72 291 10 Yang C R ， Chen P Y ， Chiou Y C ， Lee R T 2005 Sensor. Actuat. A ： Phys. 119 263 11 Campbell S A ，Coopert K ，Dixont L ，Earwakert R ，Ports S N ，

6、Schiffrins D J 1995 J. Micromech. Microengng. 5 209 12 You H L ，Zhang C F 2009 Chin. Phys. B 18 349 13 Green M A ， Chong C M ， Zhang F ， Sproul A ， Zolper J ， Wenham S R 1988 Conference Record of the 20 th IEEE Photovoltaics Specialists Conference p411 Las Vegas ，September 26 30 1988 14 Schultz O ，

7、Glunz S W ， Goldschmidt J C ， Lautenschlager H ， Leimenstoll A ， Schneiderlochner E ， Willeke G P 2004 Prog. Photovoltaics ： Res. Appl. 12 553 15 Cousins P J ， Cotter J E 2006 Solar Energy Materials Solar Cells 90 228 16 Gangopadhyay U ，Dhungel S K ，Mondal A K ，Sahaa H ，Yi J 2007 Solar Energ Mater.

8、Solar Cells 91 1147 17 Sun L F ，Tang JY 2009 Appl. Surf. Sc. 255 9301 18 Hayoung P ， Soonwoo K ， Joon S L ， Hee J L ， SewangY ， Donghwan K 2009 Solar Energ Mater. Solar Cells 93 1773 2 Zhao J ，Wang A ，Green M A ，F(xiàn)erraza F 1998 Appl. Phys. Lett. 73 1991 3 Campbell P ，Green M A 2001 Solar Energ. Mater

9、. Solar Cells 65 369 4 Rodriguez J M ，Tobias I ，Luque A 1997 Solar Energ. Mater. Solar Cells 45 241 5 Sopori B L ， Pryor R A 1981 Conference Record of 15 th IEEE Photovoltaic Specialists Conference Orlando ， May 1981 11 15 p466 6 7 Kim J M ，Kim Y K 2004 Solar Energ. Mater. Solar Cells 81 239 Kwona S

10、 ，Jongheop Yi ，Sewang Y ，Joon S L ，Donghwan K 2009 Curr. Appl. Phys. 10 1310 8 Hayoung P ， Joon S L ， Soonwoo K ， Sewang Y ， Donghwan K 2010 Curr. Appl. Phys. 10 113 9 Sarro P M ，Brida D ，Vlist W ，Brida S 2000 Sensor. Actuat. A ： Phys. 85 340 8期 周春蘭等： 單晶硅表面均勻小尺寸金字塔制備及其特性研究 5783 Preparation and chara

11、cterization of homogeneity and * fine pyramids on the textured single silicon crystal Zhou Chun-Lan Wang Wen-Jing Zhao Lei Li Hai-Ling Diao Hong-Wei Cao Xiao-Ning （ Institute of Electrical Engineering ， Key Laboratory of Solar Thermal Energy and Photovoltaic System of Chinese Academy of Sciences ，Be

12、ijing 100190 ，China ） （ Received 18 November 2009 ； revised manuscript received 11 December 2009 ） Abstract Texturing of silicon surface is a major way to increase short circuit current and then improve the efficiency of silicon solar cells by effective light trapping. The anisotropic texturing of a

13、 （ 100 ） silicon surface was performed using tetramethyl ammonium hydroxide （ TMAH ） solution and NaClO additive in combination with continual ultrasonic wave treatment. The effect of ultrasonic wave and NaClO on the nucleation and growth of finc pyramids during the anisotropic texturing ，and the ef

14、fect of size of pyramids on the minority carrier lifetime of textured silicon wafer after the high temperature process were investigated. The enhancement of homogeneity of the smaller pyramids in the textured structure of silicon crystalline is obtained by adding continnal ultrasonic wave treatment

15、to control the time of H 2 bubble staying on the silicon surface and the speed of H 2 detaching from the surface. The weighted mean reflectance for the solar spectrum AM 1. 5G is 12. 4% for the silicon surface with the optimal size of pyramids. After high temperature oxidation ，the size of pyramid has an obvious exponential relation with the minority carrier lifetime of textured silicon wafer. Keywords ： texturing surface ，reflectance ，minority carrier lifetime ，single silicon crystalline PACC ： 7820 ，8630J ，7220J * Project supported by