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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(tǒng)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(shù)中最關(guān)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(zhuǎn)換效率的非常重要的問題。關(guān)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(shù)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(yù)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(shè)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(dǎo)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。基于AC-SPV技術(shù)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(shù)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(jié)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(chǎn)生的FTIR吸收光譜在圖2中有幾個峰標記。圖2中的數(shù)據(jù)可以看出，有機顆粒污染物在短時間內(nèi)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(dǎo)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(yīng)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(shù)據(jù)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(shù)形狀，顯示了陷阱和重組中心參與的直接證據(jù)。
? ? ? 結(jié)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(fù)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(jié)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(jīng)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(yīng)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(shè)空化氣泡內(nèi)的溫度升高可能導(dǎo)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(jié)
? ? ? 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(zhuǎn)換效率。我們發(fā)現(xiàn)，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(shù)據(jù)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(jié)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。