《炬丰科技-半导体工艺》湿化学蚀刻黑硅晶片提高太阳能电池性能的参数优化研究

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：湿化学蚀刻黑硅晶片提高太阳能电池性能的参数优化研究
编号：JFKJ-21-1307
作者：华林科纳

在本研究中，利用IPA：氢氧化钾溶液的湿式化学各向异性蚀刻工艺，对单晶硅晶片进行了表面纹理化，形成了微锥体表面结构,利用PC1D软件对优化后的BSi晶片进行了数值模拟，分析了太阳能电池的性能，并建立了相关参数之间的相关性。在本研究中，利用IPA：氢氧化钾溶液的湿式化学各向异性蚀刻工艺，对单晶硅晶片进行了表面纹理化，形成了微锥体表面结构,利用PC1D软件对优化后的BSi晶片进行了数值模拟，分析了太阳能电池的性能，并建立了相关参数之间的相关性,通过数值方法研究了BSi的掺杂浓度、纹理化、钝化、防反射等涂层对太阳能电池性能的影响。
本节介绍了BSi制备用的湿式化学各向异性蚀刻的实验过程,本实验的目的是确定在BSi太阳能电池上形成微金字塔结构所需的最佳参数；在整个实验过程中，实验均采用0.01-0.02ohm-cm)，尺寸为2×2cm2。Si（100）晶片最初通过RCA-1和RCA-2工艺进行清洗，以去除表面的有机残留物和金属离子,然后进行亲水处理，生成氢氟(HF)酸和去离子水的混合物，比例为1：50,硅（100）晶片经亲水处理后，用异丙醇(IPA)和氢氧化钾（氢氧化钾）进行湿式化学各向异性蚀刻。因此，在具有3个不同数量的蚀刻溶液(1、3和5g)的蚀刻溶液中使用氢氧化钾托盘，并相应地改变IPA溶液(5、7和10mL),同时，去离子水的用量保持不变（125mL）。
利用实验结果来解释和优化光学参数，以获得更高效率的BSi太阳能电池。因此，将与硅晶片性能相关的实验结果作为模拟过程中的输入参数,然后对输入参数进行相应的调整，以达到最佳的结果,仿真的目的是阐明实验程序优化构建高效BSi太阳能电池的效果。在模拟中测试了p型和n型掺杂浓度的几种组合,不同掺杂浓度如短路电流(Isc)、短路电压(Voc)、最大功率(Pmax)、填充因子(FF)、效率,I-V特性如图2所示。

为了更好地理解BSi太阳能电池的纹理化效应，我们采用湿式化学各向异性蚀刻样品进行了模拟。我们从实验数据中发现，直立金字塔结构的大小在1-2μm左右变化，在直立微金字塔结构面的面基角计算为180135.744.3因此，以44.3平均角度，该微金字塔高度和角值的效率为21.93%。随后，为了进行分析比较，我们使用不同的纹理高度和角度值来确定优化后的太阳能电池纹理化结果。
最后提出了一种获得高效的碱性湿式化学蚀刻(氢氧化钾：IPA)黑硅太阳能电池的新方法。因此，我们首先通过实验研究了化学蚀刻硅晶片的表面性能，从而找出了针对高效BSi太阳能电池的PC一维数值模拟中的参数优化问题，用氢氧化钾：IPA溶液蚀刻单晶硅晶片，在表面形成微锥体结构。优化后的掺杂浓度可行阈值、最佳锥体结构的高度和角度，有助于模拟得到抗反射涂层(ARC)、钝化层和折射率的性能。因此，实验过程中发现的p型晶片和n型发射器的掺杂浓度分别为1×1016cm和1×1018cm，是达到转换效率高达19.66%的最佳值。

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来源：jfkj2021