氢氟酸溶液处理碳化硅表面新方法

    目前，氮化硅作为优良的减反钝化薄膜，已经成为产业化生产晶体硅太阳电池必不可少的一部分，而在氮化硅表面通过旋涂或者喷涂磷酸等技术是现今诸如激光掺杂等高效选择性发射极太阳电池的重要工序之一。旋涂技术是通过旋转平台将溶液布满在氮化硅表面；喷涂技术是将溶液在喷嘴处击碎成雾状液滴，由低压气流作用出射的液滴散落在氮化硅表面。为了良好的匹配后续工艺，这些技术产生的薄膜厚度是纳米量级的，而且液滴之间需要相互连接形成连续而均匀的薄膜覆盖在硅片表面，这就对薄膜表面的亲水性提出了很高的要求。一种方法是在氮化硅制备工艺中在原位进行NH3等离子体表面处理(申请号201010231360.4)，使薄膜表面出现极性较强的含氮官能团，例如-NH2，-NH等，但是这些官能团在空气中容易被氧化成ONH2，ONH等。另外一种方法是采用氧化性溶液增加氮化硅表面的亲水性，例如采用半导体清洗中使用的SC1溶液，SC3溶液，硝酸溶液等，可以改善氮化硅表面与水之间的接触角。但是这些溶液具有较强的腐蚀性，容易对太阳电池器件中的背面金属电极造成化学腐蚀，并且由于化学溶液的强氧化性操作需要特殊防护。综上所述，寻求简单快捷，改善氮化硅表面亲水性的方法对选择性发射极晶体硅太阳电池技术至关重要。

    发明专利(申请号200910242237.X)采用稀释的氢氟酸对硅片进行清洗。该发明在硅片清洗流程的最后一步化学试剂清洗中采用稀释的氢氟酸对硅片进行清洗。氢氟酸清洗液中氢氟酸与水的体积比为HF∶H2O＝1∶300～1∶2000，稀释的氢氟酸清洗液的清洗时间为：30秒～1000秒。该发明的步骤为：APM→DHF→APM→高倍稀释的氢氟酸。该发明在具有亲水性的硅片表面进行氢氟酸溶液的处理，处理之后保持硅片表面原有的亲水性。

内容:

    本发明要解决的技术问题是：提出一种获得高亲水性氮化硅表面的方法，优化晶体硅太阳电池的制备工艺。

    本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用适宜浓度的氢氟酸溶液，确保对氮化硅具有较低的腐蚀速率，以减少处理过程中氮化硅厚度的损失，并在一定时间内迅速处理硅片的氮化硅表面，改善表面亲水性。

    使用本发明方法，经氢氟酸作用氮化硅表面后，一方面可将氮化硅表面的非极性基团刻蚀掉，例如将氧化的含氮基团脱氧变成极性基团，同时暴露出更多的Si-N键，这种Si-N键是一种极性较高的键。这些含氮的基团(-NH2，-NH)和有较高极性的Si-N键都呈现亲水性，减小了薄膜与溶液的接触角，增加了氮化硅表面的亲水性。采用本发明方法可以简单地增加表面的亲水性，从而在后续氮化硅表面获得全面积的均匀喷涂或者旋涂薄膜。

    本发明方法具体包括以下步骤：

    (1)加水稀释市售的浓度为40％的氢氟酸，制备质量浓度0.5％～3％氢氟酸溶液；

    (2)将步骤(1)制得的氢氟酸溶液置入常规的顶端装有滚轴的溶液槽中，使所述的氢氟酸溶液没过滚轴；

    (3)将硅衬底置于所述的滚轴上，硅衬底的氮化硅面向下与氢氟酸溶液接触；

    (4)驱动硅片使其随着滚轴旋转而前进，通过调节滚轴速度，使氢氟酸处理氮化硅表面的持续时间为5～120秒；

    (5)在经步骤(4)处理过的氮化硅表面旋涂或者喷涂含磷酸或硼酸的溶液，形成均匀的表面薄膜。

    本发明在具有疏水性的氮化硅表面进行氢氟酸溶液处理，处理之后在氮化硅表面产生许多的极性基团，减小了薄膜与溶液的接触角，从而增加了氮化硅表面的亲水性。本发明采用氢氟酸溶液将原本疏水的氮化硅表面处理为亲水的氮化硅表面，对表面的改善程度更大。

    本发明可以在基本不延长工艺时间的同时，方便地增加氮化硅表面的亲水性，生产成本低，生产效率高，可操作性强。