腐蝕減重對硅片少子壽命的影響

晶體硅太陽電池是當今新能源領(lǐng)域一支持續(xù)發(fā)展的主要力量。晶體硅太陽電池在生產(chǎn)過程中都要經(jīng)過表面織構(gòu)、擴散、蝕刻、抗反射層沉積、絲網(wǎng)印刷等基本環(huán)節(jié)，其中表面織構(gòu)化過程兼具硅片損傷層去除、表面清潔及減反射微結(jié)構(gòu)形成等多項作用，是電池生產(chǎn)中不可缺少的一環(huán)。 　　少子壽命是太陽電池設(shè)計及生產(chǎn)過程中的一個重要參數(shù)，反映了太陽電池表面和基體對光生載流子的復(fù)合程度。為了提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，必須盡可能提高少子壽命，增加少數(shù)載流子的擴散長度。理論上，少子壽命越長，太陽電池的短路電流和開路電壓越高，太陽電池的轉(zhuǎn)換效率也相應(yīng)地提高。 　　其中，原始硅片表面的機械損傷層由于存在高濃度的晶格缺陷，是少數(shù)載流子(少子)的主要復(fù)合中心，是導(dǎo)致測量壽命和電池性能偏低的主要原因，因此對于硅片少子壽命的測量通常需要進行表面鈍化處理，以減小表面復(fù)合的影響。 　　隨著電池生產(chǎn)成本的不斷壓低，硅片厚度維持持續(xù)下降的態(tài)勢。在表面織構(gòu)過程中，既要能夠達到完全去除損傷層的目的，同時還要減少盡可能避免過量腐蝕而給后續(xù)制作造成困難，因此確定硅片的最低腐蝕減重就尤為重要。本文就是采用了測試少子壽命的方法從側(cè)面評估所需的最低腐蝕減重，可見在工藝過程中運用少子壽命測試確實有一定的意義。 　　實驗方案 　　采用相同的6.5’硅片（硅片面積15481mm2），電阻率1-3Ω·cm，在同一堿織構(gòu)化溶液中腐蝕，每隔一定的時間取出一片硅片，測量每個硅片的腐蝕前后的失重。將硅片在5%HF中浸泡5min，取出后用純水漂洗。 　　依據(jù)GB/T 26068-2010《硅片載流子復(fù)合壽命的無接觸微波反射光電導(dǎo)衰減測試方法》中8.4.2的方法，將腐蝕之后的硅片立即置入存有碘酒的溶液中進行鈍化處理。 　　采用微波光電導(dǎo)衰減法測試少子壽命，測試設(shè)備為Semilab公司生產(chǎn)的WT-1000型少子壽命測試儀，以及美國Sinton公司的WCT-120少子壽命測量儀。前者是基于微波反射光電導(dǎo)衰減(Microwave Photoconductance, MW-PCD)法的測量儀器，后者基于準穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)方法(Quasi-steady state Photoconductance, QSSPC)。 　　實驗中每個腐蝕減重選取三片，分別在兩種機臺上測量少子壽命，并計算平均值。 　　圖1 集中少子壽命測量技術(shù)的比較，對應(yīng)各技術(shù)典型的注入水平范圍 　　按照半導(dǎo)體中載流子產(chǎn)生的途徑不同，測試壽命有三個基本的方法：瞬態(tài)光電導(dǎo)衰減(TPcD)、穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)衰減(SSPCD)、準穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)(QSSPC)。光電導(dǎo)是半導(dǎo)體材料的一個重要因素，它描述了材料的電導(dǎo)隨著光照的變化。利用光電導(dǎo)測量少子壽命的方法有幾種。所有的技術(shù)都是無接觸的，工作原理就是光激發(fā)產(chǎn)生過剩載流子，這些過剩載流子在樣品的暗電導(dǎo)基礎(chǔ)上產(chǎn)生額外的光電導(dǎo)，載流子濃度的變化導(dǎo)致了半導(dǎo)體的電導(dǎo)σL的變化： 　　這里，W是硅片的寬度，μn和μp和是電子、空穴的遷移率，是摻雜濃度和注入水平的函數(shù)。這些額外的光電導(dǎo)的時間變化反應(yīng)了過剩載流子濃度和它的短期行為，也就是少子壽命。