本文研究了用两步金属辅助化学蚀刻(mace)工艺制备的黑硅(b-si)的表面形态学和光学性能,研究了银膜低温退火和碳硅片蚀刻时间短的两步mace法制备硼硅吸收材料。该过程包括银薄膜沉积产生的镓氮气,然后进行低温退火。采用不同的蚀刻剂浓度,在hf:h2o2:di水溶液中进行蚀刻70s,以体积比的形式表示。然后分析了蚀刻剂浓度对b-si表面形态和光学性质的影响。计算了最大电位短路电流密度(jsc(max)),以相对估算在300-1100nm光谱区域内b-si的光耦合性能。一旦在优化的b-si吸收材料上制备了太阳能电池,计算出的电位jsc(max)可以用来预测最大可实现的光电流。
本实验采用电阻率为1-10ω的p型单碳化硅晶片(250μm厚度)作为衬底,使用rca技术预先清洗晶片,以去除污染,为了制备b-si,采用射频溅射法,用15nm的银薄膜沉积c-si晶片,为了生产银nps,晶片在n2大气(流速为2l/min)下以230⁰c退火40min,然后将晶片蚀刻在含高频(50%):过氧化氢(30%):di水的水溶液中。该溶液的体积比为x:y:z,分别对应于hf、过氧化氢和di水的体积,本实验中使用的体积比分别为1:5:5、1:5:10和1:5:20,蚀刻工作在室温下进行,蚀刻时间为70s。
fesem用于研究和表征b-硅纳米孔的顶视图和横截面。利用fesem图像,利用imagej软件分析晶片上b-si纳米孔的平均直径、表面覆盖范围和粒间距离。为了研究b-si的光学性质,我们使用配有积分球的cary5000uv-vis-nir分光光度计测量了半球形反射(r)。从反射测量结果中,利用方程a=100%-r-t计算了吸收(a)。由于晶片不透明,因此假设传输(t)为零。
图1显示了在不同蚀刻浓度下,通过两步mace工艺制备的c-si参考片(未纹理)和b-si晶片的图像,体积比为1:5:5的碳硅晶片变成银灰色,经过mace过程后,以1:5:10和1:5:20的体积比,c-si晶片变成深黑色。为了更好地理解不同的蚀刻剂浓度如何影响晶片的表面形态特性,fesem图像如下所示。
本文介绍了我们华林科纳研究了不同蚀刻浓度制备的b-si的表面形貌和光学性质,该工作结合了两步中ag薄膜的低温退火和c-si的短蚀刻时间,在晶片上产生b-si纳米孔。从表面形态学结果来看,体积比为1:5:5的c-si晶片显示出平均直径为101.2nm的纳米孔,表面覆盖率约为40%。晶圆片上的一些区域仍然没有纹理,晶片表面的比例为1:5:10,被覆盖成致密而随机的b-si纳米孔,纳米孔的平均直径较低(84.1nm),但表面覆盖率增加到51%,蚀刻浓度为1:5:20的b硅晶片产生直径为74.9nm的纳米孔,表面覆盖率为45%。在波长为600nm时,反射率为3%,这可以归因于晶片表面致密的b-硅纳米孔的折射率分级效应。这增强了整个300-1100nm波长区域的光吸收。
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