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多晶硅表面微结构的湿法制备与性能研究

作　者: 张力典
导　师: 沈鸿烈
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料学
关键词: 多晶硅湿法腐蚀复合微结构表面形貌减反射
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着光伏技术的不断进步，多晶硅太阳电池已成功进入市场并逐步扩大，在多晶硅太阳电池制备工艺中，多晶硅表面陷光结构的制备一直是研究热点。本文利用三种湿法腐蚀工艺，循序渐进，分别制备了三种不同的多晶硅表面陷光结构，研究了腐蚀工艺中的不同工艺条件对多晶硅表面陷光结构性能的影响，并研究分析了这些表面结构的减反射机理。利用HF/HNO₃/H₂O体系腐蚀多晶硅时，腐蚀时间，HF与HNO₃的体积比以及腐蚀液中缓冲剂的含量对多晶硅表面反射率以及表面形貌有着重要影响。分析发现，腐蚀坑的结构特点与反射率有着紧密的关系。当腐蚀时间为3min，腐蚀液中HF、HNO₃和H₂O的体积比为5:1:2时，在多晶硅表面形成了“蚯蚓状”的腐蚀坑形貌，腐蚀坑断面为“U”型，在300⁹00nm波长范围内，该条件下获得的反射率最低，为20.4%。这种结构能增加光在腐蚀坑内的反射次数，从而可以降低表面反射率。利用磁控溅射法在酸腐蚀过的多晶硅表面溅射一层Ni颗粒，然后放入HF/H₂O2体系中进行二次腐蚀，最终在多晶硅表面形成了一种附有细小的针柱状的“U”形腐蚀坑复合微结构。通过分析，这种复合结构可以大幅度降低表面反射率。研究还发现，Ni在辅助腐蚀过程中，自身会慢慢溶解。同时，溅射Ni的时间对多晶硅表面反射率、形貌以及光致发光性能有着重要影响。当溅射Ni的时间为500s时，腐蚀得到的多晶硅表面复合结构在300⁹00nm波长范围内的平均反射率仅为10.1%。利用Fe（NO₃）₃/HF体系腐蚀多晶硅后，在多晶硅表面上形成了一种附有针状褶皱的半球形腐蚀坑微结构。分析发现，腐蚀液中Fe²⁺与Fe³⁺在硅表面不同的浓度分布造成了针状褶皱结构的形成。腐蚀时间与腐蚀液中Fe（NO₃）3浓度对多晶硅表面反射率和形貌有着重要的影响。当采用10M的HF和0.3M的Fe（NO₃）3混合腐蚀液在50℃下腐蚀多晶硅40min后，形成的多晶硅表面在300⁹00nm波长范围内的平均反射率最低，仅为5.8%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-13
第一章绪论  13-29
  1.1 太阳电池的研究背景及发展状况  13-16
  1.2 晶硅太阳电池的基本结构原理及制备工艺  16-21
    1.2.1 晶硅太阳电池的基本结构原理  16-18
    1.2.2 晶硅太阳电池的基本制备工艺  18-21
  1.3 多晶硅太阳电池表面刻蚀技术  21-27
    1.3.1 多晶硅太阳电池表面刻蚀的意义  21-22
    1.3.2 多晶硅太阳电池表面刻蚀方法  22-27
      1.3.2.1 干法刻蚀  22-24
      1.3.2.2 湿法刻蚀  24-27
  1.4 本文研究意义及内容  27-29
第二章实验方法及性能表征  29-38
  2.1 实验原料及设备  29-30
    2.1.1 实验原料  29
    2.1.2 实验设备  29-30
  2.2 多晶硅表面结构的制备  30-33
    2.2.1 硅片清洗  30
    2.2.2 硅片表面损伤层去除  30
    2.2.3 减反射结构的制备  30-33
      2.2.3.1 酸腐蚀多晶硅表面的制备  30-31
      2.2.3.2 多晶硅表面复合结构的制备  31-32
      2.2.3.3 Fe(NO_3)_3腐蚀多晶硅表面的制备  32-33
  2.3 性能表征仪器及方法  33-38
    2.3.1 光学显微镜  33-34
    2.3.2 扫描电子显微镜  34-35
    2.3.3 紫外可见光分光光度计  35-36
    2.3.4 能谱仪  36-37
    2.3.5 光致发光测试仪  37-38
第三章 HF/HNO_3/H_2O 体系制备多晶硅减反射结构及其性能研究  38-51
  3.1 引言  38
  3.2 HF/HNO_3/H_2O 体系腐蚀多晶硅机理研究  38-40
    3.2.1 多晶硅的腐蚀过程  38-39
    3.2.2 影响腐蚀反应速率的主要因素  39-40
  3.3 实验结果与讨论  40-49
    3.3.1 腐蚀时间对多晶硅表面反射率和形貌的影响  41-43
    3.3.2 酸的体积比对多晶硅表面反射率和形貌的影响  43-46
    3.3.3 腐蚀液中缓冲剂的体积比对多晶硅表面反射率和形貌的影响  46-47
    3.3.4 腐蚀坑形貌对反射率的影响  47-49
  3.4 本章小结  49-51
第四章 Ni 辅助腐蚀法制备多晶硅减反射复合结构及其性能研究  51-62
  4.1 引言  51
  4.2 Ni 辅助腐蚀多晶硅机理研究  51-52
  4.3 实验结果与讨论  52-61
    4.3.1 不同实验工艺对多晶硅表面反射率的影响  52-54
    4.3.2 溅射 Ni 的时间对多晶硅表面反射率及腐蚀坑形貌的影响  54-58
    4.3.3 复合结构减反射机理分析  58-60
    4.3.4 复合结构的光致发光性能研究  60-61
  4.4 本章小结  61-62
第五章 Fe(NO_3)/HF 体系制备多晶硅减反射微结构及其性能研究  62-69
  5.1 引言  62
  5.2 实验结果与讨论  62-68
    5.2.1 腐蚀时间对多晶硅表面反射率和形貌的影响  63-65
    5.2.2 Fe(NO_3)_3浓度对多晶硅表面反射率和形貌的影响  65-67
    5.2.3 Fe(NO_3)_3/HF 腐蚀多晶硅的机理分析  67-68
  5.3 本章小结  68-69
第六章结论与展望  69-71
  6.1 结论  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-80
致谢  80-81
在学期间的研究成果及发表的学术论文  81
攻读硕士学位期间参加科研项目情况  81

多晶硅表面微结构的湿法制备与性能研究

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