书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：湿-化学处理为纹理化的硅异质结太阳能电池的改善的表面钝化
编号：JFKJ-21-1305
作者：华林科纳

硅异质结(SHJ)太阳能电池因其成本低、效率较高而不断受到更广泛的关注。这些太阳能电池的一个重要方面是在c-硅晶片的两侧加入固有的氢化非晶硅(a-Si：H)层，由于良好的表面钝化，这提高了效率潜力，通过应用随机纹理，而不是双面抛光晶圆，实现了光学增强，从而显著减少反射和高短路电流密度(Jsc)，然而，纹理诱导的缺陷导致a-Si：H/c-Si界面的重组增加，这限制了SHJ器件在使用与平板晶片相同的清洗处理后的开路电压(Voc)。因此，工艺参数从平面到纹理c-硅衬底的一对一转移不一定合适，需要不同的湿化学处理。
为了降低界面缺陷密度，需要进行有效的预沉积处理来去除碳化硅衬基中任何可能的污染和纳米粗糙度，纳米粗糙度是指由纹理引起的碳氧化硅表面的结构不规则性，研究表明，在应用湿式化学氧化步骤和随后浸入氢氟酸(HF)后，任何可能的污染都可以完全消除。通过将碳化硅基质浸入硝酸（硝酸）溶液中，实现了氧化作用。通过这种方式，我们使用了一种类似于硝酸氧化硅(NAOS)方法，然后使用高频溶液剥离氧化硅层，在这项工作中，我们将把这种处理方法称为硝酸氧化循环(NAOC)。

在图中1总结了各种处理方法的使用结果。可以看出，当使用溶液时，使用寿命最低，虽然不能排除硫污染，但这可以归因于过氧化氢[10]分解引起的一些纳米粗糙度。因此，我们可以看到，当在食人鱼治疗后应用NAOC清洗时，其使用寿命就会增加，所有的处理都应该能够去除任何可能的污染，这表明观察到的差异是由于晶圆金字塔表面表面的纳米粗糙度的变化，研究表明，沉积后的低温退火可以揭示界面的质量信息。当c-Si衬底向a-Si：H层的转变过程是突然的时，退火可以通过薄膜弛豫来提高钝化性能。

在图中2可以看到所有样品的使用寿命的相对变化。与其他处理相比，只有用NAOC处理清洗的样品的寿命显著增加，这与扁平的样品相似。我们认为，这与通过后续的氧化和氧化物去除步骤来有效地去除纳米粗糙度有关,碳化硅衬底表面的初始粗糙度可以有效地产生与外延生长层相似的界面性质,然而，这可能在很大程度上依赖于纹理化后的衬底的初始形态，以及a-Si：H层的沉积条件。在第一个系列的两个NAOC循环中，我们观察到在退火过程中没有变化，但是沉积后测量的有效寿命已经与抛光衬底获得的有效寿命相当。

器件结构中层厚度的影响如图所示3(b),在图中3(b)这些值是根据抛光衬底上的层的预期厚度，并使用1.73倍来解释金字塔表面来估计的,我们认为，薄于4nm的层的有效寿命的极低值与衬底的覆盖不足有关,这可以通过金字塔结构表面的任何粗糙度来增强，在沉积过程中阴影衬底，并导致非保形钝化层,最后，SHJ太阳能电池器件(面积4cm2)在平板抛光基底上独立制作,该器件的结构如图所示4(a)，而性能总结如图所示4(b)。

对于SHJ太阳能电池，背面的固有层被省略了，因为我们观察到寿命主要受前界面的限制，同时我们观察到FF的改善，对于抛光和纹理设备，我们分别使用1和3NAOC，因为这些处理证明了每种情况的最佳钝化，虽然抛光基底上的器件具有略高的Voc和FF，但由于有效捕获光，其电流密度的活动面积效率为20.8%，我们研究了常用的清洁程序对纹理cSi衬底的调节的有效性，并应用了一种使用硝酸的湿化学氧化方法和随后的去除，纹理化后的清洗过程是实现高效SHJ太阳能电池的重要步骤，然而，根据所使用的化学溶液，清洗也会引入粗糙度，对于我们的纹理样品，重复循环的硝酸氧化过程能够显著提高钝化质量，我们期望这种改进与有效去除金字塔结构表面的污染和纳米尺度粗糙度直接相关。