腐蚀减重对硅片少子寿命的影响

晶体硅太阳电池是当今新能源领域一支持续发展的主要力量。晶体硅太阳电池在生产过程中都要经过表面织构、扩散、蚀刻、抗反射层沉积、丝网印刷等基本环节，其中表面织构化过程兼具硅片损伤层去除、表面清洁及减反射微结构形成等多项作用，是电池生产中不可缺少的一环。 　　少子寿命是太阳电池设计及生产过程中的一个重要参数，反映了太阳电池表面和基体对光生载流子的复合程度。为了提高太阳电池的光电转换效率，必须尽可能提高少子寿命，增加少数载流子的扩散长度。理论上，少子寿命越长，太阳电池的短路电流和开路电压越高，太阳电池的转换效率也相应地提高。 　　其中，原始硅片表面的机械损伤层由于存在高浓度的晶格缺陷，是少数载流子(少子)的主要复合中心，是导致测量寿命和电池性能偏低的主要原因，因此对于硅片少子寿命的测量通常需要进行表面钝化处理，以减小表面复合的影响。 　　随着电池生产成本的不断压低，硅片厚度维持持续下降的态势。在表面织构过程中，既要能够达到完全去除损伤层的目的，同时还要减少尽可能避免过量腐蚀而给后续制作造成困难，因此确定硅片的最低腐蚀减重就尤为重要。本文就是采用了测试少子寿命的方法从侧面评估所需的最低腐蚀减重，可见在工艺过程中运用少子寿命测试确实有一定的意义。 　　实验方案 　　采用相同的6.5’硅片（硅片面积15481mm2），电阻率1-3Ω·cm，在同一碱织构化溶液中腐蚀，每隔一定的时间取出一片硅片，测量每个硅片的腐蚀前后的失重。将硅片在5%HF中浸泡5min，取出后用纯水漂洗。 　　依据GB/T 26068-2010《硅片载流子复合寿命的无接触微波反射光电导衰减测试方法》中8.4.2的方法，将腐蚀之后的硅片立即置入存有碘酒的溶液中进行钝化处理。 　　采用微波光电导衰减法测试少子寿命，测试设备为Semilab公司生产的WT-1000型少子寿命测试仪，以及美国Sinton公司的WCT-120少子寿命测量仪。前者是基于微波反射光电导衰减(Microwave Photoconductance, MW-PCD)法的测量仪器，后者基于准稳态光电导方法(Quasi-steady state Photoconductance, QSSPC)。 　　实验中每个腐蚀减重选取三片，分别在两种机台上测量少子寿命，并计算平均值。 　　图1 集中少子寿命测量技术的比较，对应各技术典型的注入水平范围 　　按照半导体中载流子产生的途径不同，测试寿命有三个基本的方法：瞬态光电导衰减(TPcD)、稳态光电导衰减(SSPCD)、准稳态光电导(QSSPC)。光电导是半导体材料的一个重要因素，它描述了材料的电导随着光照的变化。利用光电导测量少子寿命的方法有几种。所有的技术都是无接触的，工作原理就是光激发产生过剩载流子，这些过剩载流子在样品的暗电导基础上产生额外的光电导，载流子浓度的变化导致了半导体的电导σL的变化： 　　这里，W是硅片的宽度，μn和μp和是电子、空穴的迁移率，是掺杂浓度和注入水平的函数。这些额外的光电导的时间变化反应了过剩载流子浓度和它的短期行为，也就是少子寿命。