《炬丰科技-半导体工艺》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

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硅异质结(SHJ)太阳能电池因其低成本和高效率而备受关注，并逐渐获得了越来越广泛的重视。其中一个重要设计方面是在c-硅晶片的两侧添加固有氢化非晶硅(a-Si：H)层。这些层通过良好的表面钝化特性显著提升了效率提升潜力，并通过采用不规则纹理结构而非双面抛光处理实现了光学增强效果。这种优化措施有效降低了反射现象以及高短路电流密度(Jsc)，然而，在实际应用中由于纹理诱导的缺陷会导致a-Si：H/c-Si界面发生重组变化从而限制了SHJ器件在经过相同清洗工艺处理后的开路电压(Voc)表现。因此，在将平面至纹理c-硅衬底的工艺转移时需要采取不同的湿化学处理手段以确保性能一致性

为了有效降低界面缺陷密度减少碳化硅衬底表面可能存在的污染以及纳米粗糙度带来的负面影响纳米粗糙度特指由纹理所引起的碳氧化硅表面不均匀性这一特性研究表明通过先采用湿式化学氧化步骤再浸入HF溶液能够彻底清除碳氧化硅基质表面的所有潜在污染在此过程中我们发现将碳化硅基质浸泡于硝酸溶液中能够实现氧化作用并在此基础上开发出了一种类似于硝酸氧化硅(NAOS)的方法随后又采用高频溶液剥离氧化SiO₂层的方式最终我们将这一完整的工艺处理流程统称为硝酸氧化循环(NAOC)

图1概括了不同处理方法及其应用效果。观察结果显示，在使用溶液时产品的使用寿命最短；然而，在食人鱼治疗后采用NAOC清洗能显著延长其寿命；所有处理措施均能有效去除潜在污染源；这表明实验中观察到的差异主要源于晶圆金字塔表面呈现的纳米级表面粗糙特征；研究表明，在低温退火过程中沉积层界面的质量特性得以显现；当c-Si衬底向a-Si：H层转变发生时；退火过程可通过薄膜弛豫机制来提高钝化性能。

在图2中可以看到所有样品使用寿命相对变化的具体情况。与其它处理方法相比，在使用NAOC清洗后的样品显示出显著的老化延长现象。其特征与表面高度平坦的样品相似，在后续氧化及氧化物去除步骤的有效执行下能够有效改善表面粗糙度问题。我们推测这一过程可能主要依赖于后续氧化及氧化物去除步骤对纳米表面粗糙度的消除作用机制；碳化硅衬底初始粗糙度能够诱导出类似于外延生长界面性质的效果；然而这一过程可能在很大程度上取决于经过纹理化处理后的衬底初始形态以及致密a-Si:H层沉积所对应的生长条件等多重因素的影响

在图3(b)中所示数值基于抛光衬底上预期厚度计算得出，并通过金字塔表面1.73倍比例进行估算。我们相信，在衬底覆盖不足情况下薄于4nm层具有极低有效寿命这一现象可能与金字塔表面高度粗糙度有关。在沉积过程中出现阴影区域并导致非保形钝化层这一现象最后在沉积完成时得以避免并形成有效的太阳能电池器件面积达4cm²

对于SHJ型太阳能电池片，在背面未设制备工艺的情况下即可实现有效的性能输出。这是因为实验结果表明前界面是影响器件寿命的主要因素之一。此外，在抛光基底上应用1和3NAOC两种钝化工艺分别对应于不同类型的表面处理效果最佳化策略；尽管如此，在抛光处理后的器件显示出略微升高的Voc值与FF值（分别为20.8%的有效电流密度），但其高效能光能转换能力仍为其性能优势所支持。为此我们针对此问题进行系统性的研究并最终确定了一种新型清洗流程：采用不同类型的酸性氧化液作为清洗介质并配合后续去污步骤；经过此方法处理后的纹理cSi衬底呈现出良好的电学性能特征即较高的填充因子以及稳定的伏安特性曲线形状（如图2所示）。这种清洗方法不仅实现了对样品表面粗糙度的有效调控还能显著改善其电学性能指标；更重要的是通过反复进行硝酸氧化处理可显著提升钝化的质量从而为后续的大规模应用奠定了可靠的基础