《炬豐科技-半導體工藝》晶體矽太陽能電池應用的HF化學鈍化研究

書籍：

《炬豐科技

-

半導體工藝》

文章：

晶體矽太陽能電池應用的

HF

化學鈍化研究

編號：

JFKJ-21-969

作者：炬豐科技

引言

最近，作為替代能源，太陽能電池在世界範圍內受到很大的管道種植。太陽能電池是將太陽能轉換為電能的無汙染和半永久性裝置，其發展性備受期待。在多種太陽能電池中，晶體矽太陽能電池佔整個太陽能電池市場的

80%

以上，正處於太陽產業的核心。據預測，這種晶體矽太陽能電池的產業發展戰將持續一段時間。可以說，太陽能電池產業最重要的是提高效率，降低製造單價。為了減少光的表面反射損失，形成了表面組織和防反射膜，形成了防止太陽電池背面電子

-

專業對團聚損失的背面電場，提高了短波長區域光能的吸收率。

在表面鈍化的情況下，減少晶體矽片表面的

dangling bonds

等引起的電子

-

專業對團聚。在

HF

處理引起化學鈍化的情況下，由於晶圓表面的

dangling bonds

等鍵的氫種團，期待鈍化效果。

Si3N4

膜由於最小的氫

（hydrogen）

減少了

dangling bonds

等缺陷、固定電荷

（fixed positive charge）

的電場效應減少了團聚等原因，正被用作或正在研究太陽能電池前

/

後的鈍化膜。本文采用光引起的礦化度

carrier lifetime

測量方法，考察了

N

型矽片的化學

HF（

以下簡稱

HF）

處理效果。

實驗

表

1

顯示了本研究中的實驗方法。樣品採用

4

等分法使用了無電阻

3-5

ω

CM

、厚度

500-550 m

的

N

型

（100） 4inch

單晶矽基板。樣品的基本清洗採用了

RCA

清洗工藝。為了進行

HF

處理，

H2O

使用了

DHF（DHF）

，

DHF

以一定比例稀釋。在室溫下處理

HF

，根據

HF

處理時間測量樣品的

lifetime

，

HF

處理的樣品暴露在空氣中後，確認了

lifetime

隨暴露時間的變化。確認了

HF

處理後離子以不存在的超純水研磨時的生命時間變化。透過沉積

SiNX

來確認

lifetime

隨

HF

處理鈍化和薄膜鈍化的變化。

結果和討論

高頻處理影響

：

對於經過

RCA

清洗的樣品，由於

HF

處理，可以期待兩種效果。第一，可以蝕刻在清洗和精中形成的化學自然氧化膜。在

RCA

清洗的情況下，

H2O2

溶液與其他溶液混合使用，

H2O2

溶液中的氧氣和矽晶片表面的矽

（silicon）

成分發生化學反應，形成

SiO2

膜。由於此時形成的

SiO2

膜偶不規則且生長迅速，因而具有較高的介面態密度（

interface state density

）。 在高介面態密度的情況下，增加了在介面上的團聚速度，降低了太陽能電池的效率，因此會對太陽能電池造成不利影響。 其次推匯出氫端效應，如矽晶片表面的矽原子和氫（

hydrogen

）原子的結合減少了

dangling bonds

的數目。對於

Dangling bonds

來說，由於增加了矽晶片表面電子

-

電孔對的重聯速度，對太陽能電池的效率會產生不利影響。

初始樣品表面的氫端特特顯示了因性沉積

SiNx

膜而產生的額外的氫端效應。透過調節

HF

處理時間調整樣品表面氫端正

≤

後沉積

SiNx

膜。早期樣品表面氫端的丁

≥

越少，可以確認

SiNx

膜引起的氫種單效應越大。透過這一點，可以看出，由於

HF

處理，具有較低的氫端效應的

JOU

、

SiNx

膜產生的氫端效應對

lifetime

的增加有很大作用但是，

HF

處理產生的氫端效用果相當高的情況下，由於

SiNx

膜沉積，可以確認

lifetime

減少，這是因為在

SiNx

膜沉積過程中，氫終止樣品中的矽原分子和氫原子的結合

（Si-H）

大量破裂後，氫解吸，

SiH4

和

NH3

氣體中的矽錐、氮和氫原子與樣品表面的矽原子相互結合，所以現有的矽原子和氫原子的結合減少了。從整體上看，經過

HF

處理後沉積

SiNx

膜可以確認，與不進行

HF

處理而沉積

SiNx

膜相比，色素的

lifetime

增加了。

圖

4

樣品

HF

處理後給予超純

LINSINING

和

SiNx

膜沉積時的

lifetime

變化。用

HF

和

H2O

以

1：1

的比例混合的

DHF

溶液進行

5

秒

HF

處理，然後進行

2

分鐘的研磨，可以明顯地確認

lifetime

減少，原因是氫氣解吸等。另外，由於

rinsing

，樣品表面的氫縱斷面減少了很多，因此沉積

SiNx

膜時氫端效應會增加

lifetime

。

總結

本

方法

增加了

n

型矽片的生命時間。利用

HF

處理進行化學鈍化以顯現。由於

HF

處理產生的氫端效應，

lifetime

增加，但如果處理時間超過一定時間，反而可以確認

lifetime

減少。另外，如果將

HF

處理過的樣品暴露在空氣中，與空氣中的氧氣反應，自然氧化膜形成和氫的解吸可以確認

lifetime

減少。如果在

HF

處理的同時將

SiNx

膜沉積在樣品表面，則在

SiNx

膜沉積前

HF

處理不這樣做的情況下，可以確認具有更高的

lifetime

。