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本文章將對(duì)表面組織工藝優(yōu)化進(jìn)行研究，多晶硅晶片表面組織化工藝主要分為干法和濕法，其中利用酸或堿性溶液的濕法蝕刻工藝在時(shí)間和成本上都比較優(yōu)秀，主要適用于太陽能電池量產(chǎn)工藝。本研究在多晶晶片表面組織化工藝常用的HF/HNO3混合溶液中加入CH3COOH進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過濕法蝕刻工藝得到的多晶硅晶片的反射率和太陽能電池的光轉(zhuǎn)換效率變化，試圖為濕法蝕刻找到合適的條件。
濕法蝕刻工藝主要用于多晶晶片的表面組織化，在多晶晶片中，每個(gè)晶粒的蝕刻形狀都不同，因此采用酸溶液各向同性蝕刻，濕法蝕刻的酸溶液是HF和HNO3，雖然常見的是與DI混合的溶液，但也會(huì)加入CH3COOH，觀察各溶液的化學(xué)反應(yīng)式和機(jī)理，HNO3與Si作用首先產(chǎn)生SiO2氧化物，SiO2被HF蝕刻生成H2O和H2SiF6，H2SiF6 由于是水溶性物質(zhì)，對(duì)化學(xué)反應(yīng)作用影響不大。
通過改變濕法蝕刻溶液中HNO3和HF的濃度，可以改變蝕刻速度和表面組織化，H2O稀釋了HNO3的濃度，CH3COOH減少了HNO3的降解，從而對(duì)蝕刻速度產(chǎn)生影響。 本實(shí)驗(yàn)通過相同條件的溶液給蝕刻時(shí)間以變化（15秒、30秒、45秒、60秒），分析表面形貌變化，并進(jìn)行反射率及效率測定。實(shí)驗(yàn)使用的基片為boron興奮劑的p-type多晶晶片，具有1~3·cm，具有非電阻、200微米厚、尺寸為15.6×15.6 cm2.實(shí)驗(yàn)進(jìn)行順序如圖1所示。
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圖1
用HF（50%）對(duì)基片進(jìn)行表面組織， 采用HNO3（65%）、CH3COOH（99%）和DI（校準(zhǔn)）water，并以10:20:10:10(vol)的比例混合。為了分析texturing時(shí)間可變后的太陽能電池特性，將texturing時(shí)間可變?yōu)?5秒、30秒、45秒、60秒。 在Texturing工藝后，用光學(xué)顯微鏡(OM)分析了表面現(xiàn)象，并用UV-VIS/NIR spectrophotometer在300~1200nm波長范圍內(nèi)測量了反射率，為了將氮化硅膜用作防反射膜，利用PECVD設(shè)備，所用氣體為SiH4、NH3和Ar，混合氣體的比例為1:2:25.利用Elipsom測量的厚度和折射率分別為75nm和2.1。防反光膜沉積后進(jìn)行了電極形成工藝，利用了網(wǎng)印的方式，后印、干燥后前印、干燥的順序形成電極，電極材料與常規(guī)工藝一樣，背面采用Al菲，正面采用Ag菲 (c)正面的圖案采用了具有80μm finger厚度、2.4 mm finger間距、2mm busbar厚度的圖案。
為了電極形成后硅基板與電極的contact，進(jìn)行了燒成工藝，采用了5個(gè)區(qū)間溫度可控的inline beltfurnace，所用溫度條件為400-425-450-550-880度，燒成工藝 后采用532nm Q-Switched Nd:YVO4 laser進(jìn)行了側(cè)向分離工藝。
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圖2
圖2顯示了HF（5O%）: HNO3（65%）: CH3COOH（99%）:DI中的10:20:10: 在以10(vol)的比例混合的溶液中加入15秒，30秒， 通過45秒、60秒的時(shí)間變化，用光學(xué)顯微鏡(OM)觀察變化的樣子,在15秒的條件下，硅微泡表面還沒有形成表面組織，隨著時(shí)間的推移，我們會(huì)看到組織的形成,在15秒工藝條件下，可以看出原來體積較小的表面組織形貌隨著時(shí)間的推移逐漸增大，數(shù)量減少，這是隨著工藝時(shí)間的延長而形成的表面組織相互合并而形成的。 即尺寸增大的同時(shí)數(shù)目逐漸減少,表面組織的大小和數(shù)目對(duì)晶體晶片的反射率有影響,而隨著工藝時(shí)間的延長，蝕刻量增加，厚度越來越薄。
表面形態(tài)及厚度隨時(shí)間變化的平均反射率測量結(jié)果顯示在圖3中，在300~1200nm波長范圍內(nèi)，barewafer的反射率為32%，但隨著工藝時(shí)間的延長，在15秒時(shí) 反射率為24.7%，30秒后平均反射率上升。
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圖3
圖3是反射率測量結(jié)果的曲線圖，在400～600納米波長范圍內(nèi)，60秒時(shí)反射率最高，在600～1000納米波長范圍內(nèi)，bare狀態(tài)的反射率最高。在1000～1200納米波長范圍內(nèi)，反射率最高，bare狀態(tài)的反射率很低，綜合來看，最初bare狀態(tài)下，通過texturing在表面上沒有形成表面組織，所以平均反射率很高，給15秒的時(shí)間，表面組織的形態(tài)細(xì)長，形成了，光入射的角度也提高了，形成了一個(gè)能鎖住很多光的結(jié)構(gòu)，反射率最低，但是隨著時(shí)間的推移，像針孔這樣的窄寬度表面組織的數(shù)量增加了，多晶硅晶片在acid溶液中的texturing過程是可以理解的，HNO3溶液中的O2在texturing過程中形成氧化膜，有助于部分蝕刻，但隨著texturing時(shí)間的增加，O2含量減少，最終表面逐漸polishing，反射率降低。
本研究了解了多晶硅太陽能電池表面形態(tài)的反射率和效率變化，?以相同溶液為基準(zhǔn)，從晶片表面隨時(shí)間的變化來看，在15秒時(shí)反射率最低，并且可以看到反射率隨時(shí)間增加的現(xiàn)象。在45秒時(shí)，光轉(zhuǎn)換效率最高，15秒時(shí)效率最低，確定了低反射率與高效率不直接相關(guān)。這是因?yàn)楸砻鏍顟B(tài)不同對(duì)后續(xù)工藝的影響較大，其中電極形成工藝受影響較大?？紤]了后續(xù)工藝的表面，組織研究將是必要的，特別是對(duì)低反射率和易于形成電極的表面進(jìn)行研究。 總之，為了接近太陽能電池的低價(jià)化和高效率，可能需要通過大量的研究來分析部分因素，并向更高的效率靠攏。