影響多晶硅絨面形貌的關(guān)鍵因素
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作者：張海音
目前，多晶硅表面的腐蝕通常采用各向同性酸腐蝕技術(shù)，主要利用HN03/HF/H20溶液對多晶硅進(jìn)行腐蝕，使其表面密集分布著陷阱坑。酸與硅的反應(yīng)可以看作局部電化學(xué)過程，在反應(yīng)發(fā)生之處形成陽極和陰極，在反應(yīng)的過程中有電流在它們之間流過。陽極上的反應(yīng)是硅溶解，陰極上的反應(yīng)是HNO3的消耗，具體反應(yīng)式如下。
陽極：
S1+2H20+nh+→Si02+4H++(4-n)e- S102+ 6HF→ H2SiF6+ 2H20
陰極：
HN03+3H+→ N0+2H20+3h+
總反應(yīng)式：
3Si+4HN03+ 18HF—}3H2SlF6+ 4NO+8H20+3(4-n)h++3(4-n)e-
硅與酸腐蝕液的反應(yīng)速率很快，而且隨著工藝參數(shù)的波動(dòng)較大。在絨面制備過程中，難以對反應(yīng)過程進(jìn)行精確控制，導(dǎo)致硅絨面織構(gòu)發(fā)生大的變化，從而影響多晶硅表面腐蝕坑分布和腐蝕深度，進(jìn)而影響電池轉(zhuǎn)換效率。更重要的是，硅與酸腐蝕液的高反應(yīng)速率容易導(dǎo)致在硅表面出現(xiàn)大量峽谷式深溝槽，在太陽能電池后期制作的鈍化過程中，沉積原子很難達(dá)到深溝槽的底部和側(cè)面，導(dǎo)致硅表面與電極之間有較大接觸裂紋，從而產(chǎn)生較大的接觸電阻和漏電流。為了改善酸腐蝕過程中因反應(yīng)速度過快帶來的一系列問題，國內(nèi)外學(xué)者對不同緩和劑的酸腐蝕體系做了大量研究。例如，如在HNO3，HF和去離子水混合腐蝕液的基礎(chǔ)上，采用磷酸與硫酸為緩和劑刻蝕多晶硅表面。張發(fā)云在HN03，HF和去離子水混合液中添加NaH2P04．H2O制備了一種具有均勻腐蝕坑、表面陷光效果較好的絨面，絨面發(fā)射率可達(dá)16.5%~17.5%。本文針對酸性添加劑對多晶硅酸腐蝕制絨工藝的影響和作用進(jìn)行了研究，旨在提高多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率．
1實(shí)驗(yàn)制備
1.1酸性添加劑的制備
本實(shí)驗(yàn)中酸性添加劑的主要成分為硫酸（分析純）、亞硫酸鈉（分析純）和去離子水，按一定配比配制而成。
1.2絨面制備
實(shí)驗(yàn)所用的硅片是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的硼摻雜p型多晶硅片，其尺寸為156 mmx156 mm，電阻率為1.0~3.0 Ω·cm，厚度約為180 um。反應(yīng)槽采用RENA-InTex濕法腐蝕制絨機(jī)，反應(yīng)溫度為6℃，腐蝕時(shí)間為150 s。腐蝕液由49%的HF溶液、65%的HNO5溶液、去離子水和酸性添加劑按比例混合而成二用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察實(shí)驗(yàn)所得樣品的表面形貌；用全波長積分式反射儀測試其表面反射特性。實(shí)驗(yàn)條件及樣品編號見表1。
1.3電池制作
在制絨實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對每組硅片用POCl3液態(tài)源擴(kuò)散制備p-n結(jié)；經(jīng)濕法刻蝕及去表面磷硅玻璃：用PECVD方法制備氮化硅減反射膜：用絲網(wǎng)印刷鋁背場和電極；用快速燒結(jié)爐制備接觸電極。在25 0C、AMl.5標(biāo)準(zhǔn)光譜條件下，測試所制備電池性能的參數(shù)。
2結(jié)果與討論
2.1酸腐蝕混合液對硅片表面形貌的影響
圖1為在腐蝕溫度為6℃、腐蝕時(shí)間為150 s條件下，采用不同比例的酸腐蝕液所制備的多晶硅絨面微觀形貌圖。
從圖1(a)可以看出，多晶硅片A表面分布著開口為3.0~3.5卜Lm的腐蝕坑。這種腐蝕坑開口大，腐蝕坑密度低，導(dǎo)致絨面表面的反射率較高。圖1(b)~(d)分別為添加不同比例酸性添加劑的腐蝕液對硅片B1—B3表面腐蝕的效果圖。由圖1(b)~(d)可見，隨添加劑溶度增加，多晶硅表面腐蝕坑開口先增后降，當(dāng)HN03/HF/酸性添加劑的溶度比為8:1:0.4時(shí)，絨面表面開口最小，平均開口寬度為2.7um，腐蝕坑細(xì)小而均勻。這種微觀結(jié)構(gòu)可以使光在硅片表面多次減反射吸收，從而降低了表面發(fā)射率。各組多晶硅片絨面顆粒大小列于表2。
圖2是添加不同比例酸性添加劑制絨后多晶硅片絨面斷面腐蝕深度SEM圖。從樣品SEM圖可以看出，當(dāng)HN03/HF/酸性添加劑的溶度比為8:1:0.2時(shí)，斷面腐蝕深度為2.86～3.66um。由于酸性添加劑的添加比例較小，此時(shí)反應(yīng)速率還較大，從圖2(a)可以看出，多晶硅片Bl表面存在深峽谷式溝槽，這種溝槽式腐蝕坑能增加硅表面與電極之間接觸電阻和漏電流。隨著酸性添加劑添加比例提高，反應(yīng)速率得到有效控制，當(dāng)HNO3/HF/酸性添加劑的溶度比為8:1:0.4時(shí)，多晶硅片B2表面深峽谷式溝槽明顯減小，斷面平均腐蝕深度為2.12 um左右。各組多晶硅片絨面腐蝕深度見表3。
2.2絨面反射譜分析
硅片的表面反射率是評價(jià)絨面效果最重要的指標(biāo)。圖3是不同溶度配比下多晶硅表面反射率曲線譜。對比圖3中的4條曲線可以看出：HN03/HF/酸緩和劑的溶度比為8:1:0.4時(shí)，酸腐蝕后的絨面反射率最低（曲線B2），對應(yīng)波長600nm的反射率為21.87%。
2.3電學(xué)參數(shù)研究
表4列出了各制絨T藝制備樣品的電學(xué)性能參數(shù)。
由表4可見，B2組對應(yīng)的電池轉(zhuǎn)換效率最高，同時(shí)短路電流Isc最大，這與絨面陷光效果有直接關(guān)系。同時(shí)，均勻分布在絨面表面的細(xì)小腐蝕坑，能有效地降低硅與電極間的接觸電阻，從而降低電池的漏電效果。從表4中可知，B2組的漏電最低。
3結(jié)論
本文研究了酸緩和劑對酸腐蝕制絨的多晶硅絨面織構(gòu)及反射率的影響。研究結(jié)果表明：傳統(tǒng)酸腐蝕制絨的多晶硅絨面腐蝕顆粒大，表面反射率較高；當(dāng)腐蝕液中加入酸性添加劑后，絨面表面呈現(xiàn)密集分布的細(xì)小均勻腐蝕坑，有效地降低了絨面反射率，減少電池產(chǎn)生的漏電：當(dāng)腐蝕液中HN03/HF/酸性添加劑的溶度比為8:1:0.4時(shí)，所制備絨面的反射率最低，為21.87%，其轉(zhuǎn)換效率最高。
4摘要：
采用各向同性腐蝕法制備多品硅絨面，通常使用的腐蝕液為HNO，和HF的混合溶液，增加適量酸性添加劑，可以有效地改進(jìn)制絨效果，提高多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率。文章研究了酸性添加劑在不同酸腐蝕液濃度配比條件下制備的絨面特性。研究結(jié)果表明，腐蝕液中加入酸性添加劑后，絨面表面腐蝕坑細(xì)小均勻，有效地降低了絨面反射率，減少了電池產(chǎn)生的漏電；當(dāng)腐蝕液中HI\O3/HF/酸性添加劑的濃度比為8:1:0.4時(shí)，所制備絨面的反射率達(dá)到最低值，為21.87%，其轉(zhuǎn)換效率最高。
