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      一種用于硅片超薄化的腐蝕技術

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      描述

      介紹

      能源被認為是未來五十年人類面臨的頭號問題。據估計,太陽能在一小時內顯示出供給的潛力,其能量足以滿足世界一年的能源需求總量。光伏產業面臨的一個主要挑戰是以與化石燃料相比具有競爭力的成本產生足夠量的能量。這個因素取決于對高效光伏設備和降低制造成本的需求。據報道,較高效率的太陽能電池比使用晶體硅材料的市售太陽能電池的效率高出20%以上。這些類型的PV電池之一是交叉背接觸太陽能電池。

      IBC太陽能電池是在電池背面既有p+觸點又有n+發射極的電池,這樣可以防止遮光損失。金屬化遵循交叉指型圖案。通過對用于p+接觸的氧化鋁/無定形碳化硅(Al2O3/a-SiCx)、用于n+接觸的磷摻雜碳化硅疊層/氫化無定形碳化硅(SiCX/a-Si:H)和作為背反射器的a-SiCx進行表面鈍化來處理UPC的IBC電池。通過激光加工和最終鋁金屬化來完成制造過程,從而形成觸點。這種電池的優點是:(a)正面沒有金屬陰影損耗(b)由于指狀物和母線造成的電阻損耗非常低,以及(c)電池更容易互連。引入IBC以將晶體硅太陽能電池的轉換效率提高20%以上。憑借這種高效率,傳統電池6.5平方米的電池板尺寸可以減少到4.8平方米或更小,以滿足家庭平均每年的總能源需求。主要目標是開發便于大規模生產的程序。

      IBC太陽能電池允許進一步減小電池厚度。晶體硅電池中的光捕獲方案,如抗反射涂層、隨機紋理等,有助于增加吸收流子的全內反射以及光吸收的百分比,從而在需要更少材料的情況下保持高效率。因此,非常薄的硅層比非常厚的高質量材料薄膜表現得更好。我們相信,通過這些方案,鈍化良好的IBC太陽能電池即使厚度小于20μm,也可以實現高達20%的效率。為了實現這一點并通過實驗證明這一想法,我們嘗試開發可靠的程序,將硅片深度蝕刻至厚度小于20μm。技術趨勢已廣泛用于蝕刻硅片。由于各向異性濕法腐蝕的兼容性和實施成本較低,它已經成為在硅晶片上制造微結構的廣泛使用的技術。四甲基氫氧化銨(TMAH)被用作這項工作的各向異性蝕刻劑。最近的發展引入了干法蝕刻,尤其是被稱為反應離子蝕刻的基于等離子體的技術。RIE包括物理機制(離子轟擊)和化學機制(蝕刻氣體的化學反應)的結合,以產生更各向異性的蝕刻輪廓。

      SPR光刻膠和TMAH蝕刻

      在用SPR 220-7.0光致抗蝕劑進行光刻之后,完美的各向異性輪廓如圖4所示。

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      圖6。顯示結晶取向和底切效應的TMAH蝕刻的錐形各向異性蝕刻輪廓。

      蝕刻速率計算為蝕刻深度/蝕刻時間(單位為微米/分鐘)。2小時、額外2小時和最后4小時的蝕刻速率分別為0.39、0.40和0.41μm/min。這些值繪制在圖7中。

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      蝕刻速率在1.3至1.8微米/分鐘的范圍內,平均蝕刻時間為1.5微米/分鐘。這意味著每小時大約蝕刻90微米,這是TMAH濕法蝕刻的蝕刻速率的3至5倍。蝕刻速度更快的原因是反應離子蝕刻過程中發生的物理和化學機制之間的協同作用。這種效果如圖16所示。電離產生的高能碰撞有助于將蝕刻氣體分解成更具反應性的物質,從而加快蝕刻過程。反應離子蝕刻還有其他優點,如更高的縱橫比,這意味著更粗糙表面的蝕刻輪廓更明顯。當使用這種技術時,很少或沒有底切,并且在深蝕刻后,沒有觀察到針孔。

      結論

      將硅片深度腐蝕到厚度小于20μm,用于制作IBC太陽能電池。開發了使用SU-8光致抗蝕劑的基線光刻工藝。對這種類型的光致抗蝕劑的行為以及掩模光刻和蝕刻的影響進行了研究。SU-8光致抗蝕劑被證明通過紫外線照射變得更硬。它具有更高的縱橫比成像特性。在這種類型的光致抗蝕劑上進行不同厚度的研究,40μm和120μm沉積。

      我們華林科納研究了用于硅片超薄化的腐蝕技術,TMAH濕法各向異性腐蝕和反應離子腐蝕。RIE技術的蝕刻速率被證明比TMAH的蝕刻速率快3至5倍,具有較少的缺點,例如沿晶面的針孔和裂紋。這表明更少的破損和更好的潛在電池產量。反應離子蝕刻證明能夠獲得更小的特征尺寸的微結構,并且有利于未來的應用,例如超薄交叉背接觸太陽能電池。

        審核編輯:湯梓紅

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