Işık Geliştirilmiş Hidroflorik Asit Pasifleme: Dökme Silikon Kusurları Tespit için Hassas Tekniği
Summary
Toplu silikon kusurları rekombinasyon aktivitesini araştırmak için bir RT sıvı yüzey pasivasyon tekniği tarif edilmiştir. 1 dakika boyunca% 15 hidroflorik asit ve (iii) aydınlatma, (i) kimyasal temizlik ve silikon aşındırma, silisyum, (ii) daldırma: tekniği başarılı olması için, üç kritik adımları gereklidir.
Abstract
Bir prosedür sunulmuştur hidroflorik asit (HF) 'de gofret batırılarak geçici olarak yüzey pasivasyon çok yüksek seviyede alarak, silikon gofret toplu ömrünü (> 100 mikro-saniyeye) ölçmek için. Bu prosedür üç kritik adımlar toplu ömrünü ulaşmak için gereklidir. İlk olarak, HF halinde silikon çipler daldırılması önce, kimyasal olarak temizlenir ve daha sonra,% 25 tetrametilamonyum hidroksit kazınmış. İkinci olarak, kimyasal işlem görmüş gofret daha sonra HF ve hidroklorik asit içeren bir karışım ile doldurulmuş bir büyük plastik bir kap içine yerleştirilir ve daha sonra photoconductance (PC) ölçümleri için, bir endüktif bobin üzerine merkezlenmiş. Üçüncü olarak, yüzey rekombinasyonu inhibe ve dökme ömrünü ölçmek için, gofret 1 dak bir halojen lamba kullanmak için 0,2 güneşler de aydınlatılır, aydınlatma kapanır ve PC ölçümü derhal alınır. Bu prosedür ile, toplu silisyum kusurların özellikleri doğru bir şekilde belirlenebilir. Kürkthermore, onların konsantrasyonu (<10 12 cm -3) düşük olduğunda hassas RT yüzey pasivasyon tekniği toplu silikon kusurları incelemek için zorunlu olacağı tahmin edilmektedir.
Introduction
Yüksek ömrü (> 1 msn) monocrystalline silikon yüksek verimli güneş hücreleri için her zamankinden daha önemli hale geliyor. Gömülü kirliliklerin rekombinasyon özelliklerini kavramak olmuştur ve önemli bir konu olmaya devam etmektedir. Yetişkin kusurların rekombinasyon aktivitesini incelemek için en yaygın kullanılan tekniklerden biri photoconductance yöntemiyle 1 gereğidir. Bu teknik ile, bu nedenle zor yetiştirilen kusurların rekombinasyon özelliklerinin incelenmesi için yapım dökme rekombinasyondan tamamen ayrı yüzeyine genellikle zordur. Neyse ki <5 cm / sn arasında çok düşük bir etkili yüzey rekombinasyon hızları (S eff) elde etmek ve böylece etkili bir yüzey rekombinasyonu inhibe edebilen çok sayıda dielektrik filmler de bulunmaktadır. 2, alüminyum oksit (Al 2 O 3) 3 ve amorf silikon (-Si: lH) 4: Bu silisyum nitrür (SİN H x) 'dür. Depozisyon veBu dielektrik filmlerin sıcaklıkları (~ 400 ° C) kadar sürekli olarak nealing kusurlar yetişkin içinde rekombinasyon aktivitesini etkisizleştirmek için düşük olduğu kabul edilir. Bunun örnekleri, 6 kusurları demir-bor 5 ve bor oksijendir. Bununla birlikte, son zamanlarda n tipi Czochralski (Cz) silikon boşluk oksijen ve boşluk fosfor kusurları tamamen 250-350 ° C 7,8 sıcaklıklarda iptal edilebilir olduğu tespit edilmiştir. Benzer şekilde yüzer bölge (FZ) p-tipi silikon bir kusur, ~ 250 ° C de 9 etkisiz hale geldiği bulundu. Bu nedenle, plazma destekli kimyasal buhar birikimi (PECVD) ve atomik tabaka birikimi (ALD) gibi geleneksel teknikler pasivasyon yetiştirilen dökme kusurları incelemek için yüzey rekombinasyon inhibe etmek için uygun olmayabilir. Ayrıca, SİN x: H ve-Si: H filmleri hidrojenasyon 10,11 ile toplu silikon kusurları devre dışı bırakmak için gösterilmiştir. Bu nedenle rekombinasyon aktivite o incelemek f yetişkin hatalarına, bir RT yüzey pasivasyon tekniği ideal olacaktır. Islak kimyasal yüzey pasivasyon bu şartı yerine getirmektedir.
1990'larda Horanyi ve ark., S eff <10 cm / sn 12 elde iyot-etanol içinde silikon gofret daldırma (IE) çözeltiler, silikon gofret pasifleştiren için bir araç sağlar gösterdi. 2007 yılında Meier ve ark., 2009 Chhabra ve ark., 5 cm S eff / sn silikon gofret daldırılmasıyla elde edilebileceğini göstermişti iyot-metanol (IM) çözeltiler, 7 cm / sn 13 yüzey rekombinasyonu azaltmak olduğunu göstermiştir quinhydrone-metanol (QM) çözümlerinde 14,15 olarak. IE, IM ve QM çözümleri elde mükemmel yüzey pasivasyon rağmen, yüksek saflıkta silikon gofret toplu ömrünü ölçmek için yeterli yüzey pasivasyon (S eff <5 cm / sn) vermeyin.
nt "> Başka vasıta HF asit silikon çipler daldırarak yüzey pasivasyon yüksek düzeyde olduğunu ulaşmak için. silikon gofret pasifleştiren için HF kullanılarak fikri ilk olarak Yablonavitch ve arkadaşları tarafından tanıtıldı. rekor düşük S eff gösterdi 1986 yılında 0.25 ± 0.5 cm / sn 16. mükemmel yüzey pasivasyon yüksek direnç gofret üzerinde elde olmasına rağmen, biz nedenle sürekli elde ederek belirsizliği sınırlamak için. Böylece ömür boyu ölçümü büyük bir belirsizlik ekleyerek olmayan tekrarlanabilir olması için teknik bulduk çok düşük S eff (~ 1 cm / sn), üç kritik adımları içeren yeni bir HF pasivasyon tekniği, (i) kimyasal olarak temizlenmesi ve silikon dilimlerden gravür,% 15 HF solüsyonu (ii) daldırma ve (iii) geliştirdik aydınlatma 1 dakika 17,18 için. Bu prosedür, yukarıda sıralanan geleneksel PECVD ve ALD çöktürme teknikleri ile karşılaştırıldığında basit hem de zamandan tasarruf olduğunu.Protocol
Representative Results
Discussion
Yukarıda tarif edilen hacimli silikon süresi ölçüm tekniğinin başarılı bir şekilde uygulanması, üç kritik adımlar, (i) kimyasal olarak 1 dakika 17 için% 15 HF solüsyonu ve (iii) aydınlatma, (ii) daldırma, temizlik ve silikon gofret dağlama dayanır, 18,19. Bu adımların olmadan, toplu ömür herhangi kesin olarak ölçülen olamaz.
Ölçüm tekniği oda sıcaklığında yapılır gibi, yüzey pasivasyon kalitesi yüzey kontaminasyon (metaller, organi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This program has been supported by the Australian Government through the Australian Renewable Energy Agency (ARENA). Responsibility for the views, information or advice expressed herein is not accepted by the Australian Government.
Materials
| Hydrofluoric acid (48%) | Merck Millipore, http://www.merckmillipore.com/AU/en/product/Hydrofluoric-acid-48%25,MDA_CHEM-100334 | 1003340500 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Hydrochloric acid 32%, AR | ACI Labscan, http://www.rcilabscan.com/modules/productview.php?product_id=1985 | 107209 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Ammonia (30%) Solution AR | Chem-supply, https://www.chemsupply.com.au/aa005-500m | AA005 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Hydrogen Peroxide (30%) | Merck Millipore, http://www.merckmillipore.com/AU/en/product/Hydrogen-peroxide-30%25,MDA_CHEM-107209 | 1072092500 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| Tetramethylammonium hydroxide (25% in H2O) | J.T Baker, https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?product_id=4562992 | 5879-03 | Harmful and toxic. Any supplier could be used provided the chemical is Analytical Reagent (AR) grade. |
| 640 mL round plastic container | Sistema, http://sistemaplastics.com/products/klip-it-round/640ml-round | N/A | This is a good container for storing the 15% HF solution in. |
| WCT-120 lifetime tester | Sinton Instruments, http://www.sintoninstruments.com/Sinton-Instruments-WCT-120.html | N/A | |
| Dell workstation with Microsoft Office Pro, Data acquisition card and software including Sinton Software under existing license. | Sinton Instruments, http://www.sintoninstruments.com | N/A | |
| Halogen optical lamp, ELH 300W, 120V | OSRAM Sylvania, http://www.sylvania.com/en-us/products/halogen/Pages/default.aspx | 54776 | Any equivalent lamp could be used. |
| Voltage power source | Home made power supply | N/A | Any power supply could be used provided it can produce up to 90 Volts and 1-5 Amps. |
| Conductivity meter | WTW, http://www.wtw.de/uploads/media/US_L_07_Cond_038_049_I_02.pdf | LF330 |
References
- Sinton, R. A., Cuevas, A. Contactless determination of current-voltage characteristics and minority-carrier lifetimes in semiconductors from quasi-steady-state photoconductance data. Appl. Phys. Lett. 69 (17), 2510-2512 (1996).
- Wan, Y., McIntosh, K. R., Thomson, A. F., Cuevas, A. Low surface recombination velocity by low-absorption silicon nitride on c-Si. IEEE J. Photovoltaics. 3 (1), 554-559 (2013).
- Hoex, B., Schmidt, J., Pohl, P., van de Sanden, M. C. M., Kessels, W. M. M. Silicon surface passivation by atomic layer deposited Al2O3. J. App. Phys. 104 (4), 044903 (2008).
- Dauwe, S., Schmidt, J., Hezel, R. Very low surface recombination velocities on p.- and n.-type silicon wafers passivated with hydrogenated amorphous silicon films. , 1246-1249 (2012).
- Macdonald, D., Cuevas, A., Wong-Leung, J. Capture cross-sections of the acceptor level of iron-boron pairs in p-type silicon by injection-level dependent lifetime measurements. J. App. Phys. 89 (12), 7932-7339 (2001).
- Schmidt, J., Bothe, K. Structure and transformation of the metastable boron- and oxygen-related defect center in crystalline silicon. Phys. Rev. B. 69 (2), 024107 (2004).
- Rougieux, F., Grant, N., Murphy, J., Macdonald, D. Influence of Annealing and Bulk Hydrogenation on Lifetime Limiting Defects in Nitrogen-Doped Floating Zone Silicon. IEEE J. Photovoltaics. 5 (2), 495-498 (2014).
- Zheng, P., Rougieux, F., Grant, N., Macdonald, D. Evidence for vacancy-related Recombination Active Defects in as-grown n-type Czochralski Silicon. IEEE J. Photovoltaics. 5 (1), 183-188 (2014).
- Grant, N. E., Rougieux, F. E., Macdonald, D., Bullock, J., Wan, Y. Grown-in point defects limiting the bulk lifetime of p.-type float-zone silicon wafers. J. App. Phys. 117 (5), 055711 (2015).
- Hallam, B., et al. Hydrogen passivation of B-O defects in Czochralski silicon. Energy Procedia. 38, 561-570 (2013).
- Hallam, B., et al. Advanced bulk defect passivation for silicon solar cells. IEEE J. Photovoltaics. 4 (1), 88-95 (2014).
- Hornyi, T. S., Pavelka, T., Ttt, P. In situ bulk lifetime measurement on silicon with a chemically passivated surface. App. Surf. Sci. 63 (1-4), 306-311 (1993).
- Meier, D. L., Page, M. R., Iwaniczko, E., Xu, Y., Wang, Q., Branz, H. M. Determination of surface recombination velocities for thermal oxide and amorphous silicon on float zone silicon. , (2007).
- Chhabra, B., Bowden, S., Opila, R. L., Honsberg, C. B. High effective minority carrier lifetime on silicon substrates using quinhydrone-methanol passivation. App. Phys. Lett. 96 (6), 063502 (2010).
- Chhabra, B., Weiland, C., Opila, R. L., Honsberg, C. B. Surface characterization of quinhydrone-methanol and iodine-methanol passivated silicon substrates using X-ray photoelectron spectroscopy. Phys. Stat. Sol. (a). 208 (1), 86-90 (2011).
- Yablonovitch, E., Allara, D. L., Chang, C. C., Gmitter, T., Bright, T. B. Unusually low surface recombination velocity on silicon and germanium surfaces. Phys. Rev. Lett. 57 (2), 249-252 (1986).
- Grant, N. E., McIntosh, K. R., Tan, J. T. Evaluation of the bulk lifetime of silicon wafers by immersion in hydrofluoric acid and illumination. J. Solid State Sci. Technol. 1 (2), P55-P61 (2012).
- Grant, N. E., et al. Light enhanced hydrofluoric acid passivation for evaluating silicon bulk lifetimes. 28.th. European Photovoltaic Solar Energy Conference. , 883-887 (2013).
- Grant, N. E. . Surface passivation and characterization of crystalline silicon by wet chemical treatments. , (2012).
- Kern, W. The evolution of silicon wafer cleaning technology. J. Electrochem. Soc. 137 (6), 1887-1892 (1990).
- Angermann, H., et al. Wet-chemical passivation of atomically flat and structured silicon substrates for solar cell application. App. Surf. Sci. 254 (12), 3615-3625 (2008).
- Angermann, H., Henrion, W., Rseler, A., Rebien, M. Wet-chemical passivation of Si(111)- and Si(100)-substrates. Mat. Sci. Eng. B. 73 ((1-3)), 178-183 (2000).
- Bertagna, V., Plougonven, C., Rouelle, F., Chemla, M. p- and n-type silicon electrochemical properties in dilute hydrofluoric acid solutions. J. Electrochem. Soc. 143 (11), 3532-3538 (1996).
- Bertagna, V., Erre, R., Rouelle, F., Chemla, M. Ionic components dependence of the charge transfer reactions at the silicon/HF solution interface. J. Solid State Electrochem. 4 (1), 42-51 (1999).
- Kolasinski, K. The mechanism of Si etching in fluoride solutions. Phys. Chem. Chem. Phys. 5 (6), 1270-1278 (2003).
- Trucks, G. W., Raghavachari, K., Higashi, G. S., Chabal, Y. J. Mechanism of HF etching of silicon surfaces: A theoretical understanding of hydrogen passivation. Phys. Rev. Lett. 65 (4), 504-507 (1990).
- Zhang, X. G. . Electrochemistry of silicon and its oxide. , (2001).
