碳化硅太阳能电池的湿式化学处理

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1、介绍

2、湿法化学工艺广泛应用于晶体硅太阳能电池的生产，主要用于表面纹理和清洁目的。虽然过去的研究主要集中在过程开发上，但过程控制技术进展甚微。本文讨论了目前最先进的湿法化学生产工艺，并提出了工艺控制和质量保证程序(晶片的化学、光学和电学特性)。先进表征技术的目的是提高工艺质量和高质量产品的产量。此外，未来的工业高效电池处理需要具有成本效益和高质量的清洁过程，尤其是在任何表面钝化步骤之前。

3、在硅太阳能电池的工业生产链中，湿化学应用的质量保证和过程控制变得越来越重要。为了克服基于操作者经验的工艺操作，延长普通蚀刻槽的总操作时间，在线表征和控制的新发展将是强制性的。这种质量控制有可能显著降低成本，因为改变浴混合物或缩短加工时间之间的持续时间是最佳的。对于工艺开发，高效电池工艺从实验室规模向工业生产设备转移有了新的要求。特别是在电池工艺的不同阶段，需要更高的晶圆和表面清洁标准；然而，生产成本和工艺复杂性必须保持尽可能低。

4、实验

5、对于不同的晶体取向，用氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)进行碱性蚀刻具有不同的蚀刻速率。因此，对于(100)取向的单晶硅晶片，这种各向异性导致小的金字塔，其正方形基底随机分布在晶片表面上。为了改善蚀刻过程的横向均匀性和各向异性，在蚀刻溶液中加入异丙醇。制绒后，晶圆通常用盐酸和氢氟酸清洗，中间用去离子水冲洗。碱性纹理化通常在批处理过程中进行，其中晶片被保持在允许化学物质润湿整个表面的载体中。对于标准工艺控制，在蚀刻前后称量载体，以确定平均蚀刻深度。典型的工艺温度在70-80之间，接近异丙醇的沸点(82)。可以观察到，异丙醇在蚀刻过程中不断蒸发，这代表了主要的工艺不确定性，这导致需要定期返工。为了简化添加剂的返工，获得更高的初始异丙醇浓度的重现性，需要对其进行测量和控制。这可以通过高效液相色谱(HPLC)作为直接方法或表面张力作为间接方法来实现，如图1所示。异丙醇具有表面活性，降低溶液的表面张力。因为异丙醇经常被重做，所以质地浴中异丙醇的浓度可以是恒定的。

6、图1 IPA浓度通过HPLC分析获得的IPA浓度和IPA浓度，以及通过常规IPA给药的表面张力和碱性质地溶液中的NIR计算的IPA浓度。

7、结果和讨论

8、只有少数更先进的太阳能电池技术被引入工业生产。这些有效方法的主要技术问题之一是在钝化步骤之前准备晶片表面。清洁的表面对于介电层的氧化和钝化很重要，否则，在后续的高温步骤中，表面污染物可能会扩散到主体中。由前面的蚀刻步骤引起的晶体损伤的浅层显著降低了后者的钝化质量。此外，与微电子相反，工业太阳能电池的表面通常由于各向异性损伤蚀刻或纹理化工艺而粗糙。与光滑明亮的蚀刻表面相比，研究粗糙的表面结构是否会限制光学和电学性能是非常重要的。除了这些更基本的表面清洁问题，还需要将高效的清洁顺序转移到工业应用中。根据氧化或PECVD表面钝化工艺前的清洗效率，比较了不同的湿化学溶液和顺序。本文对微电子学中已知的标准RCA工艺顺序(见图2)进行了顺序修改和简化。

9、图2表面清洁的RCA清洁顺序，所有步骤均在larg上进行

10、通过用去离子水进一步稀释清洁混合物来实现简化，并测量对清洁效率的影响。作为清洁措施的有效载流子寿命由准稳态光电导(QSSPC)技术在Dn=1*1014 cm-3的注入水平下确定。蚀刻Fz-和KOH saw损伤蚀刻Cz-Si测试晶片，随后用PECVD非晶硅层进行双面沉积。因此稀释会导致两种材料类型的测量寿命不断缩短(见图3)，这里给出的数字与实验室型热硝酸氢氟酸溶液的清洗顺序相比是绝对变化的。因此，有必要平衡清洁潜力与后期电池效率的提高或损失以及总工艺成本。

11、图3对称处理寿命试验样品上非晶硅沉积的清洗工艺研究。寿命变化标准化为硝酸氢氟酸清洗。

12、摘要

13、介绍了目前最先进的湿化学工艺，激发了未来对更详细的质量保证和过程控制的需求。特别是，在线或基于在线的化学表征技术非常重要，因为例如，它们允许过程本身的连续和短的反馈循环。通过快速调整剂量参数。要全面描述毛化过程，不仅毛化槽的化学信息非常重要，而且毛化表面的光学和电学质量也非常重要。已经提出了不同的在线表征技术来研究表面形态，并且需要进一步的研究和开发来将这些光学和电学信息与织构浴的化学成分相关联。

14、为了高效加工中的高级清洗，光伏的目标应该是逐步简化实验室湿式工作台常用的清洗顺序，实现单步高效的表面清洗。

15、支票

本文到此结束，希望对大家有所帮助。