书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：晶硅蚀刻对电池电学的影响
编号：JFKJ-21-1273
作者：华林科纳

引言
在本文中，我们提出了一种简单的低成本的湿式化学蚀刻工艺，它促进了银金属团簇的存在，并应用于n型硅和商用硅太阳能电池。样品处理分两个步骤进行：首先通过在金属盐溶液中的浸没时间来控制金属颗粒的形成（步骤1），其次通过控制蚀刻时间（步骤2），根据蚀刻参数，可以在大尺度上实现不同深度的表面纹理，这种蚀刻工艺是一个相对简单和廉价的工艺，有望提高光伏器件的效率。

实验
湿蚀刻是通过将硅型和硅太阳能电池浸泡在硝酸银5%m/m和HF5m的混合物中，在室温下给定一段时间，然后将样品浸入过氧化氢为5%m/m和HF5m的第二种水溶液中一定时间，范围为30s~10min。
利用原子力显微镜研究了样品表面的形貌，用WiTecAlpha300AR显微镜以硅悬臂尖的交流/敲击和接触模式记录样品的AFM图像。使用制造商提供的WiTec2.06软件对样品表面进行图像处理。在总反射模式下使用分光光度计（包括漫反射光和漫反射光和镜面光），并计算不透明样品的吸收(A)(=100%-R)。该仪器使用积分球、光源和测量反射率的参考样品来测量光谱反射率。该仪器的光谱范围为200~900nm，分辨率小于1nm。
我们使用单晶n型硅晶片作为衬底，与单晶硅太阳能电池的性质几乎相同。在这两种情况下，蚀刻都是在n型层上进行的。在蚀刻过程中，带有银颗粒的衬底被浸没在高频溶液和氧化剂溶液中，MACE方法可以通过两个依赖于电子空穴的产生和输运的过程来解释，这两个过程是通过银粒子和电解质溶液界面上的氧化还原反应形成的。

通过扫描样品，记录表面的地形图像，并可用于粒子成像和尺寸。对于n型Si的10µm×10µm表面的扫描分辨率为512×512，通过原子力显微镜形貌图像的粒子分析，金属纳米颗粒呈近似球形颗粒，尺寸分布如图1a和1b所示。硝酸银/HF溶液浸没时间对n型Si上的直径有显著影响。在图3显示了在硝酸银为5%m/m和HF5m处理18秒后，沉积在n型Si上的晶体银纳米颗粒的x射线衍射(XRD)模式。利用最强计算了晶粒尺寸。

对于Si晶片样品（Si-18/0、Si18/30和Si-18/120），在300至800nm的波长范围内，反射率值低于抛光的Si晶片（Si-0/0），在硅晶片样品（Si18/0）表面的银纳米颗粒的存在可以有效地降低反射率。这种效应与在平面Si表面使用金纳米颗粒和SiNP纹理表面的报道结果相似。
为了测量样品的I-V曲线，我们制作了具有不同蚀刻时间的商业硅太阳能电池表面纹理化的阵列，在不同的蚀刻时间制备样品，并在标准测试条件下测量其电性能，入射辐射功率密度为1000W/m2。并且也绘制了未经处理的太阳能电池样品、仅含银纳米颗粒样品和多孔纹理样品的J-V特征，参考太阳能电池(SC-Ref)的开路电压为525mV，短路电流密度为36.9mA/cm2，效率为12.7%。为了更好地理解效率与细胞吸收率之间的变化情况，在长时间蚀刻时，由于光捕获特性，可以观察到a的增加，然而改良后的太阳能电池的效率降低了，这种效应与改善的吸收和增加的表面重组之间的竞争有关，这表明这种增强的吸收可能是由表面重组所主导的。

总结
总之，我们在硅晶圆和商业硅太阳能电池上，通过两步银辅助化学蚀刻工艺制备了一个纹理表面，采用湿化学工艺合成银纳米颗粒，将两种底物均浸在含有HF和过氧化氢的溶液中，银NP在硅晶片上呈近似球形的颗粒，原子力显微镜图像显示衬底表面有大量孔，尺寸分布均匀，对于硅片和商用硅太阳能电池，反射率测量结果表明，在较长的刻蚀时间下，总反射率降低。我们发现，在银盐酸溶液中浸泡18秒，在蚀刻溶液(SC-18/30)中浸泡30秒，达到了获得最佳太阳能电池效率所需的最佳实验条件。