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多孔硅吸杂对单晶硅导电特性的影响

郭素霞  
【摘要】:晶体硅是太阳能电池的主要材料,晶体硅在生长过程中会引入杂质和微缺陷,对太阳能电池的光电转换效率有很大的影响,采用多孔硅吸杂技术可以明显改善硅片质量。在单晶硅中,杂质浓度和缺陷决定了硅片的电学性能,衡量电学性能的重要参数是电阻率,电阻率和杂质浓度存在函数关系。到目前为止,多孔硅的制备方法对其微观形貌和孔隙率的影响、多孔硅的结构对其吸杂能力的影响尚无系统的研究。本文采用不同方法制备多孔硅,研究制备方法对多孔硅的影响,并就多孔硅吸杂对硅中杂质和缺陷的去除效果进行了分析。通过SEM、XRD、FTIR、称重法及电阻率测试仪对多孔硅的形貌、结构、孔隙率和电阻率进行评价,研究内容和主要结论如下: (1)使用电化学腐蚀法制备多孔硅,随着电流密度的增加,孔的尺寸和密度增加,孔隙率增加;从XRD谱中可以判断,多孔硅仍保持单晶硅结构,半峰宽逐渐增加,表明晶粒尺寸变小,此外,衍射峰向小角度方向偏移,表明晶格参数变大,晶格发生膨胀。随着腐蚀时间的增加,孔径和密度增加,孔隙率也增加,孔隙率基本上和腐蚀时间成正比关系,多孔硅层厚度相应增加,当达到一定时间时,可能会出现多孔硅的剥落现象。用化学腐蚀法制备多孔硅,发现随着腐蚀时间的增加,多孔硅的孔径逐渐增加,但达到一定时间后,多孔硅的孔隙率及孔径变化不明显,此时已达到最长腐蚀时间,进一步延长时间,可能会导致多孔硅出现坍塌现象。 (2)对电化学腐蚀法制备的多孔硅进行吸杂处理,随电流密度的增加,样品的电阻率均明显增加,且在电流密度为100mA/cm2时,电阻率提高了51.2%。随腐蚀时间的增加,电阻率均提高,与多孔硅的形貌、孔隙率的变化趋势一致。热处理温度影响多孔硅吸杂的效果,在850℃时电阻率提高最多,950℃时电阻率下降,主要由于高温下多孔硅长时间的退火处理会引起孔结构的粗化、致密化或者坍塌。对化学腐蚀法制备的多孔硅进行吸杂处理,不同腐蚀时间条件下,热处理后电阻率数值均有所提高,且在腐蚀11min时,电阻率达到最大,在14min时,电阻率降低。上述吸杂规律与多孔硅形貌、孔隙率有着直接的关系。 (3)初步研究了电子束轰击对多孔硅吸杂效果的影响,电子束轰击使多孔硅的形貌发生了变化。同时经过电子束轰击3min吸杂后,电阻率的变化明显,这充分证明了电子束轰击起到了热效应作用,对于杂质的去除具有一定的意义。但是实验工艺和参数还需要进一步详细研究。


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