硅太阳电池EPILIFT液相外延.doc

硅太阳电池EPILIFT液相外延K.J. Weber1，A.W. Blakers1，1米j的股票和A.汤普森21、中心的可持续能源系统，角北路与大学大道，澳洲国立大学，堪培拉0200，澳大利亚2、发电集团，起源能源Pty有限公司，13级，1国王威廉街，南非5000阿德莱德，澳大利亚 摘要硅液相外延（液相）是一个合适的硅薄膜制备的沉积过程硅太阳能电池。本文讨论了设计和运行批处理液相外延系统是第一步实现大规模生产。在熔融成本可问题处理由熔体和有效回收切换到更广泛的利用金属，如锡。由epilift使用锡熔化层生长技术已表现出色的覆盖范围和形态。外延层可以通过化学方法和分离机械手段，只是最起码的消费基板材料。1、 引言硅液相外延（液相）是一个合适的硅薄膜制备的沉积过程硅太阳能电池。这使得它有它的几个特点吸引力的硅光电： 它允许优质材料生产质量。少数在50us过剩载流子寿命能够实现。 硅的使用情况良好，几乎所有的所使用的在硅外延层。 消耗过程中的气体（氮和氢）是最小的，整个过程气体相对良性的。与最近开发的剥离组合如epilift技术技术1，可让高品质，单晶硅层生成，成本有效，高效率分子能够实现。然而，高容量和高沉积的挑战在融化仍需要加以解决的成本。对于epilift技术，该分支从外延基板也是一个重要的考虑因素。这些问题是文中讨论。2、 外延反应器的设计对于液相外延技术，成为一个合适的高太阳能电池生产量，从重大变化实验室规模的液相外延系统是必需的。批处理模式制度似乎提供了最好的可能性。我们已设计并建成了一批垂直液相外延系统，能够处理多达10 100毫米直径晶圆一次。该系统的原理图见图1。该系统具有5区炉，让良好的温度要实现均匀的熔体。晶圆堆叠与垂直间距为5mm的典型。这项安排层均匀性良好的结果，最大化的数目或可在一个给定体积的熔体和经过处理的晶圆 允许晶圆旋转过程中进一步增长改善均匀性和增长速度。外延增长是一个两步的过程中，涉及第一对硅熔体，其次是外延饱和增长。这通常意味着，硅晶片的来源第一次加载，并用于饱和熔体在增长温度。饱和之后，源晶圆有要卸载和衬底晶圆放置在录音带的增长。我们已经研究了修改生长顺序的来源是在放置晶片底部的两个插槽的磁带与基体晶圆放置在插槽上。 图1：一批液相外延系统示意图增长顺序如下：1）源和衬底晶圆加载到石墨录音带。为了确保没有气泡留在晶圆之间的差距，晶圆石墨盒硅片转让房间发展房间融化加热分子石英管装在一个微小的角度约3。中装货和卸货，转让和关闭阀门氢的增长仍然是下腔超纯气氛，在一个500的温度。的氢纯化是在同一个钯扩散使用点分子。2）转让室是封闭的，疏散到5x10 - 5托尔，并与氢回填两次。3）转让阀门打开，晶圆降低到一个位置上方融化。阿石英上述石墨密封盒放置挡板坩埚。石英挡板减少热损失，从坩埚，提高内温度均匀性现在，它减少了蒸发。4) 温度增加到980oC并且允许稳定生长。5）卡式磁条逐渐被降下入融解。 从来源薄膜被安置在底部，他们接触首先融解和在这之前饱和融解浸没基底薄膜。 6）一旦所有的薄膜被浸没，在降低温度750- 800oC，在0.5-1.5oC左右的冷却范围的条件下生长7）基底会在表面溶解和快速旋转(100rpm)时生长和恢复重新溶解8）炉冷却到500。晶体是提高转移到空间和转让阀关闭。继与疏散和回填氮，传输室可以打开。3、 外延层生长迄今为止，Epilift外延层已成长主要是从铟。这些层显示少数在承运的寿命超过30s即做出，并已用于高效率Epilift细胞制造2。该铟的缺点是其有限的供应，可能成为一个重要的问题在大体积生产。为此，我们已经研究外延原因从锡增长。长征晶圆，面向2.5 - 40关闭（111）飞机被氧化和各种线路种子纹，在开放的氧化物的形态研究造成外延。图2显示了从外延生长锡与线间距的400m和800m分别。它可以看出，外延都非常顺利获得。此外，据发现，横向金额在氧化物的外延增生显着为更高层次已从比铟锡。随着有效后反射器，线间距可达800m出现可行的epilift分子生长。图2 ： 从锡增长的外延层熔化使用(a) 400m and (b) 800m粒子线间距偶尔，大线间距是观察为主以非金属夹杂物的外延，这将是不利的电池性能。夹杂物，可避免由冷却速度慎重的选择。一个主要的缺点锡使用的是，少数载流子寿命上锡层，以数据计算有了显着降低比那些在生成层，通常是与寿命1s内或更少。对于正在寿命低的原因还在研究。4、 外延层分离4.1 化学分离 为了尽量减少外延层蚀刻，它是最好使用有选择性蚀刻的方法。在基于电化学选择性刻蚀技术在n型的p型硅3已使用成功1，但更复杂，因为它们需要电接触，是为了每个晶圆。另一种是使用简单的选择性化学蚀刻技术。这是众所周知，例如，一个部分解决方案的1点03分08秒氢氟酸，硝酸和醋酸蚀刻重掺杂p型硅更快地比轻掺杂硅。我们有系统地研究解决方案组成的氢氟酸，硝酸，乙酸和水。我们发现了1：1：4部分的解决方案氢氟酸：硝酸：水显然衬底较好的选择性比1：3：8，是蚀刻适合的外延分离。以尽量减少基板，蚀刻轻掺杂，氮型衬底的使用量和顶面的扩散与硼前形貌和制备模式。在分离，只重掺硼表面层蚀刻了，离开外延层和衬底其余几乎不被蚀刻这种方法还降低了生成一氧化氮在溶液中。一氧化氮是一种强烈氧化剂，导致在蚀刻减少选择性。另一种方法是增加一个P + / p外延结构。使用液相外延生长期间作为掺杂剂，硼等一结构可以在一个单一的增长步制作4。该上述方法是在图所示3。图3：方法的化学分离其中外延薄膜和基板尽量减少蚀刻。（a）上外延生长了p + +扩散，轻掺杂基板，（b）的p + / p多晶结构上的轻掺杂衬底。4.2机械分离 机械分离是目前分离的化学蚀刻的方法。机械分离的主要挑战是需要大力连接的外延到一个合适的衬底，还没有粘接的基材，因为任何粘合剂它流经孔和接触基板连接同样也将它作为向外延层。在一些实验中，光致抗蚀剂是用来代替二氧化硅作为屏蔽材料的外延生长。高温处理碳化的抵制5。由此产生的炭化层具有弱抗粘连的硅基板。在分离，胶粘剂可以确保，无论是外延和碳化抵制，导致其分离从基板。到目前为止小面积外延几个平方厘米已经脱离了这种技术。该技术似乎很容易扩展到更大的领域。图、4显示了一个外延生长在碳化抵制。图4：横截面形貌的外延生长在一个层屏蔽层碳化抵制致谢作者们感激地承认，对这项工作的支持由澳大利亚研究理事会及成因能源控股有限公司参考文献1 K.J.韦伯，A.W.布莱克斯和K.R.卡彻波尔说：“Epilift的硅“太阳能电池技术，应用物理一个69，195（1999）2米j的股票，K.J.韦伯和A.W.布莱克斯，“太阳能电池用epilift制备技术”，这次会议3 C.J.M. Eijkel，j的Branebjerg，米Elwenspoek和F.C.M.凡代极化，“为新tTchnologyMcromachining硅：掺杂选择性高频阳极蚀刻用于实现低掺杂单晶硅结构“IEEE电子开发。莱特。 11，588（1990）4米麦卡恩，K.J.韦伯和A.W.布莱克斯，“硼硅掺杂层液相生长外延“，j的晶体生长241，45（2002）5河W.麦克莱兰，C.O. Bozler和J.C.C.范，“阿新技术生产薄膜的外延 读后感液相外延是一种从过饱和溶液中析出固相物质并沉积在单晶衬底上生成单晶薄膜的方法。硅液相外延就是将硅溶化在低熔点金属的熔体中（文献中是用到金属锡），使之达到饱和，然后让硅单晶衬底与溶液接触，逐渐降低温度使硅单晶析出并沉积在衬底上。锡熔化层生长技术表现很好的覆盖范围和形态。外延层可以通过化学分离和机械分离手段获得，硅液相外延（液相）是一个合适的硅薄膜制备的沉积过程硅太阳能电池。这使得它有它的几个特点吸引力的硅光电：允许优良材料生产质量，硅的使用情况好；整个过程气体相对良性的；可让高品质，单晶硅层生长，成本有效，高效率能够实现。而采用Si饱和Sn源可有效地防止硅衬底的氧化。Epilift外延层主要是铟，LPE技术在冶金级硅片上生长的。如果上表没有氧化物，由于没有保护层，在低冷却速率下虽然沟道获得了再填，但上表面也存在大量外延，表面很不平整。然而这种不平整的表面可以减少太阳能电池的反射损失，这对太阳能电池的制造是有意义的。为什么从70年代初就开始对GaN开展了研究工作但一直进展缓慢？对GaN相关研究在20世纪70年代达到一个高峰，论文数量在20世纪80年代数量基本固定，而进入20世纪90年代后开始激增。在1969年材料合成取得成功的促动下，研究活动在20世纪70年代活跃起来迎来了一个研究高潮。最初的LED及光激发激光器在20世纪70年代初期就已经实现。但由于存在未能实现p-n结型、发光强度不足等重大缺陷，之后论文数量趋于减少。不过，进入1991年后论文数量再次出现激增。估计这是受到了1989年实现p型层的影响。接着，1992年实现高效LED，1993年实现蓝色LED，研究活动变得更加活跃，论文数量将一步增加。1991年论文数量开始迅速上升，其契机正是源于p型层的实现。当时由于其他难点都已得到解决，p型层这一最后的障碍得以清除，所以立即有大量研究人员投入到了研究之中。以GaN为代表的第三代半导体材料是近十几年来国际上倍受重视的新型半导体材料.然而，由于GaN材料，长期以来由于衬底单晶没有解决，异质外延缺陷密度相当高，GaN特殊的稳定性（熔点2791K,融解压4.5GPa），自然界缺乏天然的GaN体单晶材料，当前的主要工作都是在蓝宝石、SiC、Si等衬底上异质外延进行的。这两种衬底部都比较昂贵，尤其是碳化硅，而且尺寸都比较小。蓝宝石还有硬度极高和不导电的缺点。为克服上述缺点，人们在用硅作衬底生长GaN方面一直不断地进行探