液相沉積SiO2薄膜在太陽能電池上的應用.pdf

1、近幾十年來，固體太陽能電池作為一種在緩解能源短缺和環(huán)境污染方面有巨大前景的綠色能源，促進了太陽能光伏發(fā)電技術的迅猛發(fā)展。當前，晶體硅太陽能電池在光伏產(chǎn)業(yè)中依然占據(jù)主要份額。然而，太陽能電池有限的光電轉換效率與高純硅料的使用帶來的較高成本嚴重制約著其大規(guī)模的商業(yè)化應用。因此，研究如何進一步地降低硅片消耗，提高光電轉換效率，對促進Si基太陽能電池的發(fā)展具有重要意義。為了提高性價比，在不影響電池光電轉換效率的情況下使用更薄的晶體硅電池片是當前

2、該類電池規(guī)?；a(chǎn)中的主流發(fā)展趨勢。在這一方面，單面濕法制絨技術在減低Si片厚度損失上相對傳統(tǒng)雙面制絨技術具有巨大優(yōu)勢。傳統(tǒng)的單面制絨技術包括PECVD法與硅片漂浮系統(tǒng)兩種方式，而這兩皆存在著操作復雜與成本昂貴的缺陷。
　　在另一方面，液相沉積法(LPD)作為一種濕法化學工藝被用來生長各類功能化覆蓋層，如SiO2、TiO2與金屬氧化薄膜，廣泛應用于微電子、光催化與化學傳感等領域。LPD法具有低溫、高選擇性、沉積面積大與易于量產(chǎn)等諸

3、多優(yōu)勢。在本文的工作中，LPD法被拓展用以在單晶硅片的表面沉積一層氟摻雜的SiO2薄膜，我們首次將該薄膜探索應用作堿性濕法制絨中的硅片背表面抗腐蝕犧牲性的掩膜。我們由此提出了一條全濕法可循環(huán)的單面制絨路線，這種單晶硅片的單面制絨應用旨在節(jié)省單晶硅料與提高光電轉換效率，能夠很好地兼適于Si基太陽能電池的后續(xù)生產(chǎn)工序。
　　本研究工作的主要結果總結如下:
　　二氧化硅薄膜的液相沉積機理在于水溶液中的飽和的H2SiF6在H3BO3

4、的協(xié)助下發(fā)生水解反應，硅基底表面與水解產(chǎn)物Si(OH)nF4-n之間通過羥基基團鍵合形成了一層致密的氧化硅薄膜，且在薄膜形成過程中伴隨著氟元素的摻入。實驗表明，在低于60C下，LPD-SiO2薄膜的生長速率隨著沉積溫度的升高而上升。所得的LPD-SiO2薄膜隨著厚度的變化顯示出不同的顏色，且對75C，1.5wt％的堿性水溶液體現(xiàn)出不同的耐受性。我們在(100)取向的單晶硅片的背表面液相沉積了一層不低于120 nm厚的二氧化硅層作為掩膜，

5、未經(jīng)保護的硅片前表面則在堿性腐蝕液被化學制絨。場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)表明在化學濕法制絨中，硅片前表面被刻蝕成帶有金字塔的絨面，而背表面則保持了不接觸狀態(tài)。所得的單絨面硅片前表面在450-850 nm波長范圍內(nèi)的入射光反射率降低到了11.1％，同時每片硅片背面節(jié)省了5.8μm的硅料損失。
　　我們嘗試應用該法對尺寸為15.6×15.6 cm2的單晶硅片進行單面制絨處理并隨后制備成電池。然而，由于前驅體溶液中Si(OH)

6、nF4-n自沉積加劇，在大尺寸硅片上的二氧化硅薄膜沉積速率變得十分緩慢。四組背表面帶有不同厚度LPD-SiO2薄膜的單晶硅片被用于進行太陽能電池制造與之后的光電轉換效率測試。實驗結果表明:在低于120 nm的LPD-SiO2掩膜保護下，制絨工序帶來的硅片厚度損失同樣也可以減小。但如果硅片表面粗糙的損傷層沒有被預先除去，完全的LPD-SiO2掩膜刻蝕保護反而會顯著降低電池的效率。這是因為硅片背表面粗糙的損傷層形成了大量的少數(shù)載流子復合中心