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表面紋理對(duì)減少光反射和改善硅襯底內(nèi)的光約束具有重要作用，從而提高太陽(yáng)能電池的效率，研究了不同厚度碳硅晶片的濕各向異性紋理和隨后的濕各向同性平滑，以改善光捕獲。研究了試劑濃度和蝕刻時(shí)間對(duì)工藝平滑的影響，利用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)監(jiān)測(cè)紋理平滑步驟前后的反射特性，并用掃描電子顯微鏡獲得表面形貌圖像。
在實(shí)踐中，單晶硅表面紋理由各向異性堿性蝕刻組成，容易形成隨機(jī)分布的上行金字塔。盡管這一過(guò)程的結(jié)果確實(shí)能有效地降低硅表面的反射率，但金字塔尖端的結(jié)果是尖銳的，并可能在已完成的太陽(yáng)能電池中產(chǎn)生不希望的分流效應(yīng)。薄晶片目前用于實(shí)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，以降低制造成本，在這項(xiàng)技術(shù)中，薄晶圓硅表面的紋理和平滑對(duì)于改善光捕獲和減少分流效應(yīng)至關(guān)重要。
以氫氧化鉀、水和異丙醇(IPA)三元混合物作為表面活性劑添加劑，電阻率為1Ocm，厚度為350和120 11m的表面；這種各向異性蝕刻工藝常用于單晶硅基電池制造，以減少前的反射損失，經(jīng)過(guò)紋理化過(guò)程后，部分樣品在HF/RN03混合物中通過(guò)平滑過(guò)程進(jìn)行蝕刻，能夠圍繞金字塔尖端，使用HF(50%，CarloErba)和RN03(70%，J.T.Baker)，沒(méi)有進(jìn)一步稀釋，在此過(guò)程中，一般的蝕刻機(jī)理是：氧化劑硝酸在硅片表面形成氧化硅；然后，通過(guò)高頻形成的水溶性配合物從表面除去氧化硅，蝕刻速率受蝕刻劑組成的影響，評(píng)價(jià)了試劑濃度和蝕刻時(shí)間對(duì)樣品的形態(tài)學(xué)和光學(xué)性能的影響。
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圖1
對(duì)于不同的蝕刻時(shí)間，顯示了從350 um厚的襯底開(kāi)始的紋理化硅晶片的典型SEM圖像(圖1),金字塔的尺寸隨著各向異性蝕刻的時(shí)間而增加,對(duì)于10分鐘的蝕刻(S10)，金字塔具有從大約1 μm到40分鐘的蝕刻(S40)的12 um的高度。此外，很明顯，金字塔密度與金字塔大小成反比，盡管金字塔分布包括一些亞微米級(jí)的分枝，但足夠均勻。 為了研究光學(xué)限制，將紋理化樣品的反射率與參考平坦晶片進(jìn)行比較(圖2)，紋理化過(guò)程隨著紋理化時(shí)間從10 (S10)分鐘增加到20 (S20)分鐘而降低反射率；S30(紋理化30分鐘后的樣品)的反射光譜類似于S20的光譜，并且小的降低是明顯的,當(dāng)紋理化時(shí)間進(jìn)一步增加時(shí)(S40),考慮到這一點(diǎn)，選擇反射率約為12%的樣品S20作為平滑過(guò)程的起點(diǎn)。
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圖2
在圖3中，顯示出了平滑樣品S20的掃描電鏡圖像。在氫氟酸濃度較低的溶液A中，蝕刻 處理時(shí)間從30秒到60秒不等，分別產(chǎn)生S20-30A和S20-60A，在溶液B中，更集中在HF中，蝕刻時(shí)間為30 s，獲得樣品S20-30B，將平滑樣品S20-30A和S20-60A(圖3)的形態(tài)與紋理化樣品(圖1)的形態(tài)進(jìn)行比較，很明顯，當(dāng)各向同性蝕刻的時(shí)間增加時(shí)，亞微米金字塔密度降低，金字塔尖對(duì)于60年代的治療來(lái)說(shuō)不太鋒利。相反，在S20-30B樣品的表面上，金字塔的尖端沒(méi)有被區(qū)分，如從掃描電鏡圖像所預(yù)期的，該值隨著蝕刻處理時(shí)間和HF濃度而增加。
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圖3
對(duì)厚晶片進(jìn)行同樣的處理程序也適用于薄晶片(稱為TS分鐘)。特別是，注意力集中在TS20上，其中紋理化時(shí)間為20分鐘，因?yàn)檫M(jìn)一步的紋理化時(shí)間會(huì)導(dǎo)致基底斷裂。 TS20樣品和經(jīng)過(guò)30 s平滑處理的TS20-30樣品的SEM，在這種情況下，在溶液A中進(jìn)行30 s的平滑處理足以獲得尖端錐體中部的圓角，將TS20和TS20-30的反射光譜與無(wú)紋理的進(jìn)行了比較。平滑處理后，反射率值增加，如厚樣品所報(bào)告的那樣。
在這項(xiàng)研究中，不同厚度的碳硅晶片通過(guò)在堿性溶液中垂直浸漬和隨后的濕各向同性平滑來(lái)織構(gòu)化，使用HF/HNO；為了減少成品太陽(yáng)能電池中非預(yù)期的分流效應(yīng)，建議使用濕化學(xué)浴來(lái)完成紋理化過(guò)程，這一過(guò)程能夠使金字塔尖變圓，但會(huì)改變表面反射率，通過(guò)增加平滑效果來(lái)增加反射率值。因此，有必要在這兩個(gè)因素之間達(dá)成妥協(xié)，以符合器件的類型，優(yōu)化太陽(yáng)能電池的性能。