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摘要
? ? ? 實(shí)驗(yàn)研究了預(yù)清洗對(duì)KOH/IPA溶液中單晶硅表面紋理化的影響。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)念A(yù)清洗，表面污染會(huì)形成比未污染區(qū)域尺寸小的金字塔，導(dǎo)致晶片表面紋理特征不均勻，晶片表面反射率不均勻。根據(jù)供應(yīng)商的不同，晶片的表面質(zhì)量和污染水平可能會(huì)有所不同，預(yù)清洗條件可能需要定制，以達(dá)到一致和期望的紋理化結(jié)果。
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介紹
? ? ? 晶體硅的織構(gòu)化是太陽(yáng)能電池制造中必不可少的工藝之一。具有良好紋理的表 面可以提高太陽(yáng)能電池的光吸收效率，這被認(rèn)為對(duì)電池的IQE（內(nèi)部量子效率），已經(jīng)開發(fā)了許多用于表面紋理化的技術(shù)，但是在c-Si（單晶硅）太陽(yáng)能電池， 的工業(yè)生產(chǎn)中通常使用熱堿性溶液的各向異性蝕刻。通過(guò)適當(dāng)應(yīng)用工藝參 數(shù)，氫氧化鉀（或氫氧化鈉）和異丙醇（異丙醇）的濕化學(xué)混合物與硅反應(yīng)，在（100）取向的cSi晶片表面上形成隨機(jī)金字塔，從而降低總表面反射率。
雖然大部分努力都放在調(diào)整紋理化工藝參數(shù)以控制金字塔尺寸上，但很少關(guān)注晶 片表面質(zhì)量的變量以及紋理化前表面處理對(duì)紋理化結(jié)果的影響。本文通過(guò)應(yīng)用各種清洗條件和使用不同供應(yīng)商的晶片，研究了預(yù)清洗對(duì)c-Si太陽(yáng)能晶片堿性織構(gòu)化的影響，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了討論。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 濕法化學(xué)工藝是在阿克里翁應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室的GAMATM晶圓清洗站進(jìn)行的。典型的順序 是紋理前清洗、紋理化和紋理后清洗。在組織化過(guò)程之前，使用堿性、酸性或其組合， 在各種預(yù)清潔條件下進(jìn)行分批試驗(yàn)。
? ? ? 分別在氫氧化鉀/異丙醇和氫氟酸/鹽酸的固定條件下進(jìn)行組織化和后清洗。通過(guò)重量損失測(cè)量技術(shù)，使用在停滯氣流中操作的微量天平（靈敏度為0.1毫克），探針尺寸為10毫米）的分光光度計(jì)測(cè)量晶片表面的反射率。為了方便起見(jiàn)，使用950納米波長(zhǎng)的讀數(shù)來(lái)指示測(cè)量點(diǎn)的反射率（圖la）。為了評(píng)估反射均勻性，在每個(gè)單獨(dú)晶片的表面上測(cè)量九個(gè)點(diǎn)（圖lb）,然后計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。使用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡技術(shù)獲得表面形態(tài)圖像。
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圖1（a）點(diǎn)測(cè)量的典型反射光譜和950納米處的代表性讀數(shù)，以及（b）太陽(yáng)能晶片上相對(duì) 于時(shí)鐘小時(shí)位置的九點(diǎn)測(cè)量
結(jié)果和討論
? ? ? 圖6顯示了織構(gòu)化蝕刻速率與通過(guò)織構(gòu)化前處理從晶片表面去除的硅總厚度的關(guān)系。為了更好的比較，所有測(cè)試晶片的紋理化蝕刻速率相對(duì)于沒(méi)有任何預(yù)紋理化處理的晶片（即切割晶片）的紋理化蝕刻速率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化?？梢钥闯?，在通過(guò)預(yù)紋理化蝕刻去除了大于10um的表面硅之前，F(xiàn)wafers的紋理化蝕刻速率幾乎沒(méi)有變化。這.種表面硅的量被認(rèn)為是由晶片線鋸工藝引起的SDZ（鋸損傷區(qū)）的大部分。SDZ的高能態(tài)通常比本體材料引起更活躍的蝕刻反應(yīng)，因此增加了紋理化的整體蝕刻速率。一旦SDZ被蝕刻掉，硅紋理化蝕刻速率會(huì)略微降低。
? ? ? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,(100) c-Si晶片的堿性織構(gòu)受襯底初始表面狀態(tài)的強(qiáng)烈影響。I Gosalvez和Nieminen開發(fā)了一個(gè)機(jī)械模型來(lái)描繪c-Si各向異性蝕刻過(guò)程中金字塔形小丘的成核和生長(zhǎng)，并使用蒙特卡羅模擬來(lái)預(yù)測(cè)金字塔形紋理化過(guò)程t ,其結(jié)果與已發(fā)表的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果一致。他們?cè)谒麄兊哪Ｐ椭刑岢?，蝕刻溶液中的雜質(zhì)通過(guò)掩蔽表面的硅原子而在小丘的成核中起關(guān)鍵作用。
? ? ? 在目前的工作中廠分布在晶片表面上的微汚染物， 似乎完美地充當(dāng)了成核的雜質(zhì)，增強(qiáng)了污染區(qū)域上金字塔的密集形成。因此 ,不均勻分布導(dǎo)致整個(gè)晶片的反射率不均勻。作為去除硅表面天然氧化物的有效化學(xué)方法，幾乎不蝕刻硅的HF-dip步驟似乎不足以去除表面污染，并且對(duì)反射率均勻性幾乎沒(méi)有影響。因此，能夠?qū)璁a(chǎn)生清潔和蝕刻效果的偽裝處理是優(yōu)選的。由于切割表面通常會(huì)出現(xiàn)許多微裂紋，因此表面污染程度可能會(huì)超出表面水平，并且可能會(huì)因晶圓供應(yīng)商的清洗、清潔和封裝工藝而有很大差異。預(yù)清潔步驟可能必須針對(duì)進(jìn)入的晶片的表面質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整 ,以獲得一致且期望的紋理化結(jié)果。然而，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，預(yù)清洗步驟不需要進(jìn)行完全的SDZ去除。
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圖7?三組不同初始表面狀態(tài)晶片的織構(gòu)特征
結(jié)論
? ? ? 本文通過(guò)應(yīng)用不同的清洗條件和使用來(lái)自不同供應(yīng)商的晶片，研究了預(yù)清洗對(duì)單晶硅 太陽(yáng)能晶片在氫氧化鉀/異丙醇溶液中織構(gòu)化的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于缺乏適當(dāng)?shù)念A(yù)清洗，相對(duì)較小的金字塔優(yōu)選在污染區(qū)域形成，并導(dǎo)致晶片表面上不均 勻的紋理分布。紋理的不均勻性可以通過(guò)晶片表面反射率的顯著變化來(lái)揭示 。此外，根據(jù)供應(yīng)商的不同，晶片表面質(zhì)量可能會(huì)有很大差異，因此在紋理化之前需要進(jìn)行相對(duì)積極的清潔蝕刻工藝，以實(shí)現(xiàn)一致的紋理化性能。
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