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引言

? ? ? 近年來，太陽能電池和電池板等可再生能源的使用量顯著增加。在已安裝的光伏系統中，90%以上的是單晶硅電池和多晶硅電池，具有成本低、面積大、效率較高的優(yōu)點。清潔硅晶片的表面是器件處理技術中最關鍵的操作之一，特別是在光伏工業(yè)中。污染物的完全去除和表面可充電態(tài)的鈍化是提高對表面重組速度敏感的硅太陽能電池的能量轉換效率的非常重要的問題。關鍵是需要更多的能量來去除更小的粒子，因為在物理上傳遞微小尺寸的必要的力更困難。

? ? ? 在這種情況下，在其他技術中，超聲波攪拌被廣泛用于向濕清洗浴中添加能量。平面和圖案硅片通常用超聲波清洗。在這個過程中，晶片浸在高功率聲波的化學活性溶液中。超聲化學清洗已被證明是特別有效的，例如，預氧化后、化學前氣相沉積、前外延生長、灰后和化學后硅晶片機械拋光。

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實驗?

? ? ? 太陽級n型和p型硅晶片、晶晶和多晶在蒸餾水清洗浴中進行超聲。設置如圖1所示，施加于朗之萬傳感器的振幅為U0的振蕩電壓導致其振動，用硅片將聲功率傳遞到充滿水的燒瓶中。傳感器-水的共振頻率（28kHz）由水的高度h定義。在整個處理過程中，散裝水的溫度保持在70~80°C之間。在圖1中所示的幾何圖形中，在U0≥45V時很容易觀察到空化。

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圖1 對晶圓超聲處理的實驗裝置示意圖

? ? ? SPV瞬態(tài)在電容器排列中測量?；贏C-SPV技術的掃描SPV裝置，利用“飛行點”排列，用于獲得SPV衰變和空間分辨的SPV圖。該技術能夠提供具有100μm空間分辨率的光電壓大小和載流子壽命的晶圓圖。用光譜儀揭示了硅表面的污染顆粒。

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結果和討論

? ? ? 清洗效率：在本方法中，通過追蹤有機粒子污染物的光學吸收帶來確定清潔效率。由有機污染物產生的FTIR吸收光譜在圖2中有幾個峰標記。圖2中的數據可以看出，有機顆粒污染物在短時間內有效地從晶片表面去除(cf。光譜2和3)和超聲清洗表面的透射與常規(guī)清洗的晶片（光譜3和1）非常相似。

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圖2 具有表面的晶體硅晶片的FTIR光譜，常規(guī)清洗的（1），覆蓋著一層薄薄的碳氫化合物污染物，隨后在15min（3）期間在超聲波浴中清洗?

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? ? ? 光伏性能：晶圓超聲，除了清洗本身外，還伴隨著修改界面上形成的自由載流子遷移障礙，從電流-電壓曲線推導出，通過顯微硬度下降觀察到，降低地下對位錯位移的電阻，并能夠加速SPV衰減。這些效應暫時被歸因于空氣/氧化物和氧化物/晶圓界面懸浮鍵的激活。我們將更詳細地討論單晶和多晶硅晶片的比較光伏性能。SPV衰減數據如圖3所示，說明SPV衰變受到超聲處理的顯著影響。所有的衰變都是明顯的非指數形狀，顯示了陷阱和重組中心參與的直接證據。

? ? ? 結果表明，隨著超聲時間的增加，兩種時間逐漸減少，衰減加快。同時，在小于15min的超聲時間情況下，τ1和τ2的單晶晶圓都略有增加，這不太可能在多晶晶圓中復制(插圖在a中)。在圖3中也可以看出，多晶晶片對SPV衰減的影響大于單晶晶圓(曲線a和b中分別為曲線1和2)。

? ? ? 通過獲取SPV信號的表面分布，還可以觀察到超聲化的單晶晶圓和多晶晶圓的光伏性能的差異。繪制了兩種晶片在超聲處理前后的SPV衰減時間τ2，結果如圖4所示，可以看出，購買晶圓(圖像(a)和(c)晶圓)的最初τ2明顯不均勻，這意味著存在影響載流子壽命的分布式站點。最值得注意的是，衰減時間的縮短，已經在圖3中看到了，與(a)和(d)相比，晶片表面的壽命分布顯著平滑。更重要的是，與圖中的單晶硅(d)和(b)相比，多晶硅晶片的平滑效應更為明顯。因此，可以表明，初始衰變（τ1）很可能是通過空化氣泡局部去除二氧化硅，這是由于在裸硅表面形成懸浮鍵。

? ? ? 因此可以假設空化氣泡內的溫度升高可能導致水和氣泡氣體分解，隨后分解的顆粒捕獲在硅表面。這些微粒然后可以被并入晶界區(qū)域。我們認為，這可能部分是由于氫分子在水中分解，而水在硅中是可移動的。

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總結

? ? ? 綜上所述，在超聲攪拌蒸餾水中，有機顆粒污染物從硅片表面有效去除，同時縮短表面光電壓衰減。這將降低載流子的壽命，并限制硅太陽能電池的轉換效率。我們發(fā)現，單晶和多晶硅晶圓的縮短及其表面分布有明顯差異。

? ? ? 這些數據初步用水的聲化學分解和晶圓氫化來解釋，多晶片中晶片的晶界增強了其氫化。我們的研究結果有助于促進制造光伏硅晶片的環(huán)保和無毒的清潔步驟，并試圖提高太陽能級硅的光伏性能。