碘酒和氢氟酸钝化单晶硅的试验

摘 要

    关键词研究硅体太阳电池时,如何方便准确地获得最大有效少子寿命是一个值得研究的问题,本文报道了用不同浓度的碘酒溶液和不同体积比的氢氟酸溶液来钝化单晶硅表面的不饱和悬挂键,从而使有效少子寿命近似等于体寿命。研究发现钝化最好的是0.08mol/dm3的碘酒溶液,但其在一小时内钝化的稳定性远差于HF钝化的稳定
。

1 引 言

    晶体硅的体少子寿命对于晶体硅太阳电池的性能具有较大的影响,为了准确地测试体少子寿命值,必须对晶体硅表面进行钝化,减少表面复合的影响。因为只有表面悬挂键完全被饱和掉才能用u-PCD测量法得到的有效少子寿命来表征体少子寿命,减少硅表面的载流子复合对提高有效寿命和提高电池效率来说是一项重要工作川。近几年,已产生了多种表面钝化的方法,聚醋薄膜钝化,湿化学钝化法（硅片经过80℃的水浴然后用NH4F溶液钝化),这些方法是非传统方法而且也不太实用。传统方法中热氧化法生长: SiO2和PECVD沉积SiN训薄膜法,但是这些方法都经过高温过程并且硅片在管道内很容易被污染,且生长周期长,其中热氧化法的温度在950-1050℃,PECVD过程也需要350-400℃。因此一些简单快捷的化学钝化方法倍受青睐。

2 实 验

    采用样品CZ、P型Si（100）,样品大小为4*4cm，720um厚,电阻率为0.5-1,所选样品经过如下RCA清洗

    测量Teff之前将片子放人HF漂一下自然氧化层,吹干后放人透明的塑封袋内,滴人2-3滴某浓度的溶液0.01-0.5mol/dm3的碘酒溶液和不同体积配比的HF溶液),封口后立刻测其Teff（定义为初始值),分别隔半小时和一小时后再次测其Teff。

3 结果和讨论

    所用原始片的有效寿命值为14.67+0.5us,用碘酒溶液或者HF溶液钝化硅表面后其Teff有明显提高。实验发现0.02mol/dm3到0.2mol/dm3的碘酒溶液有较好的钝化效果。表1是不同溶液的钝化情况：

    分析表格数据知0.08mol/dm3的碘酒溶液钝化硅片后立刻测得的Teff值最大,这是因为硅片表面的悬挂键全部以Si-I键的形式饱和掉了,形成机理是：

    其中I是碘原子,在Si（100）表面的硅原子有一不饱和键（用Si表示),碘酒钝化后形成Si-I键以消除悬挂键,这一点已经由X射线波得到了验证。当溶液浓度低于或高0.08MOL/dm3时Teff值会明显下降。并且在一小时内Teff值会大幅度下降,这是因为此过程中硅片有缓慢氧化现象而造成的。本实验中由于条件限制,没有在测试时的碘酒溶液里通人姚,有文献记录此过程通人5Η会减缓硅片表面的氧化速度。

    下图是0.08mol/dm3的碘酒溶液钝化的硅片少子寿命图,整体看其钝化效果比较均匀。

    在表1中,HF体积比是市场上销售的40%的分析纯HF按体积比加去离子水依次稀释成而的。分析数据可知在一小时内Teff值变化幅度较小,其稳定性较碘酒要好的多。40%钝化效果较好,但远比不上0.08mol/dm3碘酒溶液的钝化效果。还发现随着体积浓度的降低,HF的钝化效果变差,这是因为浓度越低提供的∗离子就越少,形成的Si-H键越少,从而不能将硅表面的悬挂键全部钝化掉。为了进一步验证∗ +钝化的具有较好的稳定性,又用40%钝化一硅片并每六分钟测一次Teff值,图1即为Teff值在一小时内的变化情况。

    结果发现在一小时内Teff值变化幅度较小,具有很好的稳定性。其波动值可能因为,Si-H不稳定造成的。

4 结 论

    采用碘酒和HF这种表面化学钝化方法很大程度的提高了单晶硅体的有效寿命,能够很好的复合掉硅体表面的复合中心。其中0.08mol/dm3的碘酒溶液钝化效果最好,比裸片的有效寿命提高了20倍,但其稳定性远不如HF的钝化效果。