液相沉積SiO2薄膜在太陽能電池上的應(yīng)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(jìn)了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展。當(dāng)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(zhuǎn)換效率與高純硅料的使用帶來的較高成本嚴(yán)重制約著其大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。因此，研究如何進(jìn)一步地降低硅片消耗，提高光電轉(zhuǎn)換效率，對促進(jìn)Si基太陽能電池的發(fā)展具有重要意義。為了提高性價(jià)比，在不影響電池光電轉(zhuǎn)換效率的情況下使用更薄的晶體硅電池片是當(dāng)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(shù)在減低Si片厚度損失上相對傳統(tǒng)雙面制絨技術(shù)具有巨大優(yōu)勢。傳統(tǒng)的單面制絨技術(shù)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(fù)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(xué)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(yīng)用于微電子、光催化與化學(xué)傳感等領(lǐng)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(yīng)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(yīng)用旨在節(jié)省單晶硅料與提高光電轉(zhuǎn)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(jié)果總結(jié)如下:
　　二氧化硅薄膜的液相沉積機(jī)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(yīng)，硅基底表面與水解產(chǎn)物Si(OH)nF4-n之間通過羥基基團(tuán)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(shí)驗(yàn)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(hù)的硅片前表面則在堿性腐蝕液被化學(xué)制絨。場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)表明在化學(xué)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(shí)每片硅片背面節(jié)省了5.8μm的硅料損失。
　　我們嘗試應(yīng)用該法對尺寸為15.6×15.6 cm2的單晶硅片進(jìn)行單面制絨處理并隨后制備成電池。然而，由于前驅(qū)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(jìn)行太陽能電池制造與之后的光電轉(zhuǎn)換效率測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在低于120 nm的LPD-SiO2掩膜保護(hù)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(yù)先除去，完全的LPD-SiO2掩膜刻蝕保護(hù)反而會(huì)顯著降低電池的效率。這是因?yàn)楣杵潮砻娲植诘膿p傷層形成了大量的少數(shù)載流子復(fù)合中心