MACE工艺制备黑硅的表面形态学和光学性能研究

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。

　　审核编辑：汤梓红