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3．1．2晶体硅表面制绒原理

硅片经过初步清洗去污后，要进行表面的制绒处理。按腐蚀液的种类不同，硅片的制绒可分为碱性制绒和酸性制绒两类。

１．碱性制绒原理

碱性制绒主要适用于单晶硅，碱性制绒的原理是利用ＮａＯＨ（或ＫＯＨ）稀溶液与硅片反应，反应方程式为

为了提高电池的光电转换效率，必须有效地降低表面的反射，在清洗工艺中的表面绒面制备是降低表面反射的一个重要的工艺，我们称之为化学腐蚀法。化学腐蚀法可以在硅表面形成不规则的倒金字塔形织构，工业生产中通常采用两步制绒法，即先采用较高浓度的碱（ＮａＯＨ或ＫＯＨ）在高温条件下对单晶硅片进行短时间的“粗抛”以去除硅片在线切割过程形成的切割损伤，然后再用低浓度的碱（ＮａＯＨ或ＫＯＨ）和醇（ＩＰＡ）的混合溶液对（１００）晶向的单晶硅片进行较长时间各向异性腐蚀，这样可以在硅片表面形成类“金字塔”状的绒面（如图３．２），有效地增强了硅片表面对入射光的吸收，从而提高光生电流密度。

图３．２扫描电子显微镜下观察到的单晶硅表面绒面

出于经济上的考虑，通常用较廉价的ＮａＯＨ溶液，图３．３为１００℃下不同浓度的ＮａＯＨ溶液对（１００）晶向硅片的腐蚀速度。

图３．３硅片在不同浓度ＮａＯＨ溶液中的腐蚀速率

单晶硅绒面结构的形成机理：由于单晶硅不同晶面和晶向的原子排列和原子密度不同，与碱进行反应的速率差异也很大，｛１１１｝相邻两层面间的距离最大，共价键密度最小，因此沿｛１１１｝相邻双层原子面间最容易断裂。另一方面，｛１１１｝原子层内的原子间距最小，共价键密度最大，使得沿着＜１１１＞方向的腐蚀速率最小。所以＜１１１＞晶向的单晶硅片经各向异性腐蚀后最终在表面形成许许多多表面为（１１１）的四面方锥体，而四面方锥体之间的硅已被ＮａＯＨ（或ＫＯＨ）稀溶液所腐蚀。从而单晶硅表面形成布满“金字塔”形四方锥的绒面结构。

２．酸性制绒原理

酸性制绒主要适用于多晶硅，通过对加入不同配方的酸腐蚀液与硅片在一定温度条件下进行反应，实际反应非常复杂，酸腐蚀液是由两种酸与水以适当的比例混合而成。其中一种酸是强氧化剂，在反应中提供反应所需的空穴，另一种是络合剂，与反应的中间产物反应生成另一种络合物以促使反应进行，水是缓冲剂。为了控制化学反应的剧烈程度，还应该添加其他的化学品。由于腐蚀表面受硅片清洁程度的影响，腐蚀前应对硅片进行清洗等预处理；另外，反应结束后，硅片立即采用去离子水冲洗，在碱液中清洗一定时间，再经去离子水冲洗，最后在具有保护气体的炉中烘干，图３．４为酸性制绒实验过程示意图。

目前广泛使用的酸腐蚀溶液主要是以ＨＦ－ＨＮＯ３组成，为了控制化学反应的剧烈程度，有时还加入缓和剂，缓和剂为Ｈ２Ｏ或ＣＨ３ＣＯＯＨ，主要起到减小腐蚀速率与缓和反应的作用。但是，基本的化学反应是不变的，大致的蚀刻机制是ＨＮＯ３（一种氧化剂）腐蚀，在硅片表面形成了一层ＳｉＯ２，然后这层ＳｉＯ２在ＨＦ的作用下去除。酸对硅的腐蚀速度与晶粒取向无关，因此，酸腐蚀又称为各向同性酸腐蚀。图３．５为在扫描电子显微镜下观察到的多晶硅表面绒面，其反应方程式为

图３．４酸性制绒实验过程示意图

图３．５扫描电子显微镜下观察到的多晶硅表面绒面

（作者罗玉峰、张发云、廖卫兵）

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