太阳能电池论文 5篇.pdf
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1、微纳电子技术!“#年第$期 !“#$%573.9.7=8 50.6P=6P=3045 U07- 8=59=:7 76 =4O0864=47 R3:7685 5.:- 35 7=9=837.8=,:64:=4783? 7064 6R 7-= =7:-347S H07- V1WW 34P E9=4M/,07 -35 3:690:86 P;430: 50.34.R3:7.804F 7=:-469.7=8 50.提 出的硅各向异性腐蚀物理模型,把腐蚀液浓度和温 度作为表面激活能 8 的影响因子,从晶面键密度 和表面激活能两方面考虑,抽象了计算机模型,开 发了反映硅各向异性腐蚀微观过程的三维动态模拟 软
2、件,为研究者深刻理解硅的各向异性腐蚀过程提 供了直观的界面。 )系统的组成结构 硅各向异性腐蚀三维微观模拟系统的结构框图 如图?所示。 由于-./,8);!; ? ?!对链表上的原子执行腐蚀操作 8);9ABC/)A,#-DE;/,:.F(:2$+GHI+/J+2*1);E/E)7( ) ; KLE0+(8);) 06+,8+(2M96+$NE7()*+OF0+( (/,:.F(:2$+GHI+/+6/(8);) ) ) ; ? ?Q对链表上键值为“的原子进行腐蚀掉操作, 并 将影响到的原子加入链表 9ABC/)A,#-DE;/,:.F(:2$+GHI+/J+2*1);E/E)7( ) ; K
3、LE0+(8);) 8);!98);; 8C/)A,#-9(/,:.F(:2$+GHI+/+6/(8);) ) ; E:(8C/)A,#-) E:(6+$()*+R+0+/+,8(8C/)A,#-) )? ?腐蚀掉 ? ?原子被腐蚀掉了 1()$+:+$/C/)A(8C/)A,#-) ;? ?处理影响 ABC/)A,#-DE;/,:.F(:2$+GHO+A)S+C/(8);!) ; !% 。假设 每个价键的断裂速率!和所在原子的能量状态有 如下关系 !“#$65* %5* %?=# !%7 !“$!L!;F% ANEO N M,PQO R% J#(,-/.()#*#*$ +,-(033 3#/
4、45.#-* 43#*$ . (-*#*4-43 (05545., .4-/. /0)-2M%M-4,*.5 -1 J#(,-S 050(,-/0().*#(.5 =?30/3,777,H() :9% !和平鸽工作室% D+0*TP高级编程与可视化系统开发 J%北 京:中国水利水电出版社,77A% 9张佩君,黄庆安%基于JUVPUW的硅各向异性腐蚀过程模拟 M%半导体学报,77,A(!) :!7L!9% K姜岩峰,黄庆安,吴文刚,等%硅在CDE中各向异性腐蚀的 物理模型 M%半导体学报,77,A(!) :!A!L!AH% F=76% ;VEUY D,WOVVT9% HNUCUQU JDCVUQ
5、V,E6L!;% 作者简介: 姚娉 (6HFH) ,女,山东青岛人,大连理工大学测试计量 技术及仪器专业硕士,研究方向为生物芯片技术; 闫卫平 (6H97) ,女,吉林长春人,大连理工大学电子与信 息工程学院微电子研究所教授。 !% e f f e c t i v e l i f e t i m e o f m i n o r i t y c a r r i e r ; s p e c t r a l r e s p o n s e S e m i c o n d u c t o r T e c h n o l o g y V o l . 3 1 N o . 7J u l y 2 0 0 65
6、07 S TManufacturing Technology I C 制造技术 子的电子不能组成共价键,从而出现了表面能级, 称为表面态, 表面态中靠近禁带中心的能级是有效 的表面复合中心 6 ; (i i )硅片的切割过程会在表 面留下切割损伤, 造成很多缺陷和晶格畸变, 这将 增加更多的复合中心 6 ; (i i i ) 表面几乎总是吸附 着一些带正、 负电荷的外来杂质, 也会成为复合中 心 6 。 2 . 2 少数载流子的有效寿命 e f f 实际测得的少数载流子寿命应是体内寿命v和 表面寿命s的综合结果,称为有效寿命 e f f 。它们 之间的计算关系是 6 effvs 111 =+
7、。由上式可以看 出,表面寿命s越大,有效寿命e f f越大。硅片 的少数载流子有效寿命 e f f 是衡量硅太阳电池表面 钝化效果的一个数量指标。 通过提高 e f f可以提高 电池的短路电流密度和开路电压, 这样可以进一步 提高电池转换效率。 J i Y o u n L e e 和S . W . G l u n z 1 在磷扩散和无磷扩散的p 型硅片表面实验了8 种不 同的钝化方案 1 ,以 e f f作为衡量指标,实验结果 如图 1 。 主要是用来对高效率太阳电池前后表面的钝化 7 - 8 。 它的处理温度比较高,并且过程时间比较长 1 。而 R T O是一种快速热氧化法,它的处理时间短,
8、处 理温度低 9 ,制造硅太阳电池消耗的能量小,是低 成本的处理技术。所以,对于发射极薄层电阻为 1 0 0 / 和4 0 / 的硅片来说,尽管C T O / S i N 1 和C T O / S i N 2 钝化下的 e f f比R T O / S i N 1 和R T O / S i N 2 钝化下的 e f f高, 但是也要考虑到C T O / S i Nx的处理 成本要高于 R T O / S i N x。 3 反射损失 硅太阳电池表面淀积的钝化薄膜不仅可以减小 表面复合损失, 而且应该使太阳电池具有很小的反 射系数。 J i Y o u n L e e 和S . W . G l u
9、n z 1 在p 型硅片上 制造太阳电池, 根据不同的钝化技术和是否应用绒 面处理,把电池分为四组,见表 1 。 纯 p 型硅 1 0 0 / 4 0 / 1 4 0 0 1 0 0 0 6 0 0 2 0 0 0 少数载流子有效寿命 e f f / s R T O C T O S i N 1 R T O + S i N 1 C T O + S i N 1 R T O + S i N 2 S i N 2 C T O + S i N 2 图 1 使用 8种不同的表面钝化方案得到的e f f比较 图1 中的S i N 1 和S i N 2 表示在两种不同步骤下实 现的 P E C V D S i
10、N x。从图 1 中可以看出,在薄层电 阻为1 0 0 / 的发射极上, 使用C T O / S i N 1 进行钝 化得到的e f f是最大的(4 1 4 s ) ,而且无论是使 用 R T O / S i N x,还是 C T O / S i Nx进行表面钝化,在 1 0 0 / 的发射极上获得的 e f f要比其它钝化技术 下的 e f f值高。需要注意的是,S i O2是通过C T O 或 者 R T O制备的。C T O是一种传统的热氧化法,它 电池编号 基区电阻率/ c m 表面 前表面钝化 后表面钝化 栅极蚀刻 N o 2 _ 3 0 . 5 平面 R T O / S i N 2
11、 R T O / S i N 1 等离子体 N o 8 _ 2 0 . 5 绒面 R T O / S i N 2 R T O / S i N 1 等离子体 R e f 1 0 . 5 平面 C T O C T O 湿化学法 R e f 2 0 . 5 绒面 C T O C T O 湿化学法 表1 不同结构的硅太阳电池 因为 R T O / S i N 2 层的反射率最低,仅为 1 3 % 。 所以,把它作为电池的前表面钝化层。波长在 3 9 0 1 2 0 0 n m 时,上述四组电池的反射系数- 波长 关系曲线如图 2 1 。 图 2 四种不同类型太阳电池的反射系数 R T O / S i
12、N x平面,N o 2 _ 3 ,反射系数 = 1 6 % R T O / S i N x绒面,N o 8 _ 2 ,反射系数 = 5 . 4 % C T O平面,R e f 1 ,反射系数= 2 5 % C T O绒面,R e f 2 ,反射系数= 1 1 % R e f 1R e f 2 N o 8 _ 2 N o 2 _ 3 1 0 0 6 0 4 0 0 4 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 0 波长 / n m 反射系数 / % 从图2 中可以看到, 反射系数最小的是编号为 N o 8 _ 2 的电池,仅为 5 . 4 % 。这个电池的前后表面 4 1 4 半导体技
13、术第 3 1卷第 7期2 0 0 6 年 7 月508 S TManufacturing Technology I C 制造技术 分别使用 R T O / S i N 2 和 R T O / S i N 1 进行钝化,所以, 把R T O / S i N 2 作为硅太阳电池的前表面钝化层是较好 的 。 4 光谱响应 光谱响应表示不同波长的光子产生电子- 空穴 对的能力。定量地说,太阳电池的光谱响应就是 当某一波长的光照射在电池表面上时, 每一光子平 均所能收集到的载流子数 1 0 。太阳电池的光谱响 应又分为绝对光谱响应和相对光谱响应 1 1 。 各种波 长的单位辐射光能或对应的光子入射到太阳
14、电池 上,将产生不同的短路电流,按波长的分布求得 其对应的短路电流变化曲线称为太阳电池的绝对光 谱响应 1 1 。如果每一波长以一定等量的辐射光能 或等光子数入射到太阳电池上,所产生的短路电 流与其中最大短路电流比较,按波长的分布求得 其比值变化曲线,这就是该太阳电池的相对光谱 响应 1 1 。但是,无论是绝对还是相对光谱响应, 光谱响应曲线峰值越高, 越平坦, 对应电池的短路 电流密度就越大,效率也越高。 上述四种电池的光谱响应曲线如图 3所示。 5 结论 无论是减少硅片厚度以降低硅太阳电池生产成 本, 还是提高硅片少数载流子寿命、 降低表面复合 以提高电池效率, 钝化技术都是很好的选择。
15、在众 多的表面钝化技术中,R T O / S i N x堆叠钝化方法具 有低温度和时间短的优点, 而且钝化效果优异, 在 光伏能源领域中具有良好的应用前景。 参考文献: 1 L E E J Y , G L U N Z S W . I n v e s t i g a t i o n o f v a r i o u s s u r f a c e p a s s i v a t i o n s c h e m e s f o r s i l i c o n s o l a r c e l l s J . S o l a r E n e r g y M a t e r i a l s 在KOH水溶液
16、 中, 50 时在33%的KOH水溶液中反应10min获得了表面积大、 分布均匀的绒状表面。 关键词 化学蚀刻;单晶硅片;表面形貌 中图分类号TG172 文献标识码A 文章编号1001 - 3660(2007) 01 - 0019 - 03 Chem ical Etching on Single2crystalline Silicon Slice and its SurfaceM orphology FAN L i2m ei, W EN J iu2ba, ZHAO Sheng2li, ZHU Yao2m in (School ofMaterials Science and Engineerin
17、g, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China) Abstract Acid2etching and alkali2etching methods were used to etch on single2crystalline silicon slice and the influence of temperature, ti me and solution concentration on the surface morphologywas explored.The results show that
18、at 20the porosites etched by 2. 81mol/L HF +18. 81mol/L HNO3for 2 minutes, and 2. 67mol/L HF +17. 85mol/L HNO3for 15 minutes are well2proportioned.The textures obtained at 50by 33% KOH with reaction for 10 minutes have good surface morphology . Key words Chemical etching; Single2crystalline silicon
19、slice; Surface morphology 0 引 言 收稿日期2006 - 10 - 13 基金项目河南省教育厅自然科学计划项目(2006430005) 作者简介樊丽梅(1981 - ) ,女,河南焦作人,在读硕士,研究方向为 生物芯片。 硅蚀刻技术在光电子器件 1、 压电电阻2、 量热光检测3、 基因芯片 4等多种领域均有广泛应用。化学蚀刻因其方法简 单、 操作容易、 适合于大面积硅片蚀刻和大规模生产的特点倍受 关注。谢书银 5成功研制了一套硅片化学腐蚀新工艺 ,研磨硅 片表面腐蚀57m,可去除重金属离子,大大提高了硅片的机 械强度,并采用化学腐蚀打毛工艺,显著改变了硅片与镍的结合
20、 性能。孙晓峰等 6采用酸腐蚀法成功在硅片上制备出减反射 效果良好的绒面,增加了太阳电池吸收光的能力。硅片在蚀刻 液中的腐蚀速率受许多因素影响,本文从蚀刻时间、 蚀刻液浓度 和温度三方面考察了HNO3+HF混合液及KOH水溶液两种蚀 刻液对单晶硅的蚀刻行为,并对其表面形貌进行了分析。 1 试验原理及方案 硅片在电解质水溶液中的腐蚀是一个电化学过程。硅片表 面由于存在微区杂质浓度的差异或局部微小缺陷及损伤,因此 在电解质溶液中各个区域出现电位差。杂质浓度高的微区或缺 陷损伤处电位较低,而相邻区域电位较高,这样在硅片表面形成 许多微电池,依靠微电池反应使硅表面不断被腐蚀。在酸性和 碱性溶液中硅的电
21、化学反应不同,在HNO3+ HF混合液中整个 反应为 7: Si +HNO3+6HFH2SiF6+HNO2+H2O +H2(1) 而在KOH溶液中反应为 8: Si +6OH - +4H + Si O32 -+3H2O +2H2(2) 由于碱性溶液中H +浓度极为微量 ,阴极反应十分微弱,所 以硅在KOH溶液中腐蚀速度比在HNO3+ HF溶液中慢得多。 试样采用晶向100、 厚度625m、 电阻率1. 653. 85cm的 单面抛光p型单晶Si片。首先将硅片放入配制好的清洗液 (H 2SO4与H2O2的体积之比为3 1) 中,室温浸泡1h,蒸馏水冲 洗后,于沸水中煮10min,再用二次去离子水
22、冲洗,晾干后放入 干燥器中备用。 选用两种蚀刻液,一种是70%的HNO3、40%的HF和去离 子水按一定比例混合而成;另一种是KOH水溶液。为保证表面 腐蚀的均匀性,腐蚀过程在超声波清洗槽中进行。腐蚀结束后, 用大量蒸馏水冲洗,然后在沸水中煮10min,再用二次去离子水 在超声波清洗槽中洗净,晾干。试验中H2SO4、H2O2、KOH、HF 和HNO3均 为 分 析 纯。利 用 扫 描 电 镜( SEM,JEOL JS M2 5610LV)对硅片表面形貌进行了表征。 91 樊丽梅等 化学蚀刻单晶硅及其表面形貌研究 2 结果与讨论 2. 1 蚀刻时间对硅片表面形貌的影响 2. 1. 1 HF +
23、HNO3混合液蚀刻 首先考察了在HF +HNO3中,反应时间对硅片表面形貌的 影响。试验过程中,硅片表面产生大量气泡,反应剧烈时气体呈 棕色,主要发生如下反应 5: HNO3+3H + NO+2H2O +3e(3) 释放出的气体中含有少量NO。另外,还发现剧烈反应时硅 片成块状脱落,主要是大量气泡溢出时产生较大应力造成的。 图1为室温、 不同反应时间下,在2. 81mol/L HF + 18. 81mol/L HNO3混合液中蚀刻硅的表面形貌。可以看出,在该蚀刻液中, 图1 2. 81mol/L HF +18. 81mol/L HNO3中反应时间对硅片表面形 貌的影响 Figure 1 Sur
24、face morphology of silicon etched with 2. 81mol/L HF +18. 81mol/L HNO3at 20 硅表面整体均呈多孔状。反应2min时硅表面产生了大量的蚀 刻坑,蚀刻坑较浅且出现一些微小的细孔,并呈现出硅的晶格形 状,这是由于晶格边界区域具有较低的势垒和较高的化学活性, 最容易受到离粒子的攻击 9。随着反应时间增加 ,腐蚀坑逐渐 变深,部分细孔由于进一步腐蚀而消失,腐蚀孔相互连接形成网 状,如图1b所示,这与胡明等 7得到的结果一致。当反应时间 进一步增加至15min,蚀刻坑明显变大变深,绝大部分孔呈现出 硅的晶格形状,细孔再次出现,且孔径
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