硅太阳电池EPILIFT液相外延
晶体硅薄膜的制备方法及晶体硅薄膜太阳电池
晶体硅薄膜的制备方法及晶体硅薄膜太阳电池为了进一步降低晶体硅太阳电池的成本，近几年来，各国光伏学者发展了晶体硅薄膜太阳电池。
即将晶体硅薄膜生长在低成本的衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳电他的激活层，不仅保持了晶体硅太阳电他的高性能和稳定性，而且使硅材料的用量大幅度下降，明显地降低了电池成本。
利用晶体硅薄膜制备太阳电池的基本要求为：（1）晶体硅薄膜厚度为5-150µm；（2）增加光子吸收；（3）晶体硅薄膜的宽度至少是厚度的一倍；（4）少数载流子扩散长度至少是厚度的一倍；（5）衬底必须具有机械支撑能力；（6）良好的背电极；（7）背表面进行钝化；（8）良好的晶粒间界。
4．1 晶体硅薄膜的制音方法4．1．1 半导体液相外延生长法（LPE法）LPE法生长技术已广泛用于生长高质量的外延层和化合物半导体异质结构，如GaAs、AIGaAs、Si、Ge、siGe等。
LPE可以在平面和非平面衬底上生长，能获得结构十分完美的材料。
用LPE技术生长晶体硅薄膜来制备高效薄膜太阳电池，近年来引起了广泛兴趣。
LPE生长可以进行掺杂，形成n-型和p-型层，LPE生长设备为通用外延生长设备，生长温度为300°C-900°C，生长速率为0.2µm-2µm／min，厚度为0.5µm-100µm。
外延层的形貌决定于结晶条件，并可直接获得具有绒面织构表面的外延层。
4．1．2 区熔再结晶法（ZMR法）在硅（或其它廉价衬底材料上）形成SiO，层，用Lp-CVD法在其上沉积硅层（3µm-5µm，晶粒尺寸为0.01-0.µm），将该层进行区熔再结晶（ZMR）形成多晶硅层。
控制ZMR条件，可使再结晶硅膜中的腐蚀坑密度由1×I07cm-2下降到1-2×106cm-2，同时（100）晶相面积迅速增加到90％以上。
为了满足光伏电池对层厚的要求，在ZMR层上用CVD法生长厚度为50µm-60µm的硅层作为激活层，用扫描加热使其晶粒增大至几毫米，从而形成绝缘层硅结构（SOI），激活层为p 型，电阻率为1Ω·cm-2Ω·cm。
硅太阳能电池表面陷光结构
硅太阳能电池表面陷光结构研究摘要众所周知，化石能源等一次能源短缺的问题日益凸显，化石能源的燃烧伴随着大量有害物质的排放，危害人类身体健康，造成酸雨的形成，严重污染水土等。
作为太阳能利用的重要组成部分，光伏发电是一种清洁的、用之不竭的可再生绿色新能源，受到越来越多的关注。
近年来全球光伏产业发展速度迅猛，而我国光伏产业规模已经稳居全球第一。
但是，国内相关的科学研究还很缺乏，技术积累薄弱，阻碍了光伏产业的进一步发展。
因此，开展此方面的基础研究具有重要的科学意义和应用价值。
目前，晶体硅（包括单晶硅、多晶硅和带硅等）太阳电池占光伏产业市场份额的90%以上，在2020年之前，晶体硅太阳电池的统治地位难以撼动。
由于硅材料成本居高不下，减薄硅片厚度成为降低电池生产成本最有效的手段。
在硅片变薄的同时，对光吸收效率和表面钝化的要求也增加了。
增强光吸收对保持薄片晶体硅太阳电池的性能稳定和进一步提升转换效率十分重要。
围绕晶体硅太阳电池的光吸收问题，本文进行了一系列研究，包括金字塔表面陷光结构和多孔硅结构的制备方法和工作机理，多孔-金字塔结构的制备及性能研究，得出了如下结论：THE RESEARCH OF SURFACE LIGHT TRAPPINGSTUCTURE OF SILICON SOLAR CELLABSTRACTAs we all know, fossil energy and other Primary energy shortage Problem has become in creas in gly Prominent, the bur ning of fossil fuels along with a large nu mber of emissi ons. of harmful substa nces, harm to huma n health, result ing in the formati on of acid rain serious Polluti on of water and soil. As a clea n and in exhaustible reProducible gree n energy,Photovoltaics(P W is an imPortant Part of the utilization of solar energy and has draw n exte nsive atte ntio n PV market and corelative aPPlicati on in creased drastically In China, a world-shaking growth of PV industry has been witnessed The outPut had been the first in the world since 2007. However,domestic studies on relative scienee are still short and tech no logy accumulati ons are relatively devoid The lack of tech no logy hin ders the further develoPment of PV industry. Therefore, basic studies on PV have imPerative scie ntific sig nifica nee and aPPlicati on valuePrese ntly,crystalli ne silic on solar cells which acco unts for more tha n 9% ofall kinds of solar cells are the dominator of PV market. According to a matter of sPeculation, crystalline silicon solar cells will still be the dominator of PV market before 2020. Because of the high cost of silicon materials, silicon wafers are getting thinner and thinner for effective cost reducti on. Utilizatio n of thin wafer in creases the request for light absorPti on and surface Passivation. Light absorPtion is imPerative to keeP the ProPerty of silicon solar cells stable and to conv eBi on efficie ncy1绪论1.1硅太阳能电池的研究背景及意义硅太阳电池是最常用的卫星电源，从1970年代起，由于空间技术的发展，各种飞行器对功率的需求越来越大，在加速发展其他类型电池的同时，世界上空间技术比较发达的美、日和欧空局等国家，都相继开展了高效硅太阳电池的研究。
晶体硅太阳能电池结构及原理通用课件
行业政策与市场趋势的挑战与机遇
环保政策
随着全球对环境保护意识的增强，各国政府出台了一 系列的环保政策，对晶体硅太阳能电池的生产和应用 提出了更高的要求，但同时也为环保型、高效能的晶 体硅太阳能电池提供了市场机遇。
市场竞争
晶体硅太阳能电池市场竞争激烈，各国企业都在加大 研发和生产力度，提高产品质量和降低成本，以争取 更大市场份额，企业需要保持技术创新和市场敏锐度， 才能立于不败之地。
分类
太阳能电池主要分为硅基太阳能电池、 薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电 池等几大类，其中晶体硅太阳能电池 是硅基太阳能电池的一种。
晶体硅太阳能电池的应用与优势
应用
晶体硅太阳能电池广泛应用于光伏电站、太阳能热水器、太阳能灯具、太阳能 船、太阳能车等方面。
优势
晶体硅太阳能电池具有稳定性好、寿命长、转换效率高等优点，同时，由于其 在制造过程中技术成熟、成本逐渐降低，因此大规模应用较为广泛。
太阳能光伏电站案例分析
光伏电站类型
根据电站规模和应用场景，太阳能光伏电站可分为集中式光伏电站和分布式光伏电站。集中式光伏电 站通常建设在荒漠、戈壁等土地资源丰富地区，而分布式光伏电站则主要建设在建筑屋顶、墙面等闲 置空间。
案例分析
以某大型集中式光伏电站为例，介绍晶体硅太阳能电池在其中的应用，包括电池组件选型、电站布局 设计、发电效率分析等方面。
太阳能交通工具概述
简要介绍太阳能汽车、太阳能船舶、太阳能 飞机等太阳能交通工具的发展现状及趋势。
晶体硅太阳能电池在太阳 能交通工具中的应用
阐述晶体硅太阳能电池在太阳能交通工具中 的关键技术，如高效能量存储系统、轻量化 设计等，并分析其在提高交通工具续航里程、 降低能耗等方面的作用。同时，探讨晶体硅 太阳能电池在未来太阳能交通工具领域的潜
硅光伏电池原理
太阳能电池的原理及制作作者：魏锐文章来源：本站原创点击数：2508 更新时间：1/3/2006太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。
也是清洁能源，不产生任何的环境污染。
在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。
制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。
一、硅太阳能电池1．硅太阳能电池工作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：/heatpipe05/05/2008-10-17/810174694339.htm图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。
同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。
黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。
如下图。
N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P 型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。
当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。
这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。
《晶体硅太阳电池》课件
晶体硅太阳电池存在的问题
成本高
目前晶体硅太阳电池的生产成本较高，限制了其大规模应用。
能源密度低
相比其他能源存储方式，晶体硅太阳电池的能源密度较低。
不能使用在阴天
晶体硅太阳电池对光线的依赖性较强，无法在阴天等光线较暗的环境中高效工作。
结论
《晶体硅太阳电池》PPT 课件
欢迎来到本课程《晶体硅太阳电池》的PPT课件。本课程将带您深入了解晶体 硅太阳电池的定义、特点、工作过程、应用以及存在的问题和发展前景。
什么是晶体硅太阳电池？
晶体硅太阳电池是一种利用硅材料制造的太阳能电池。它通过光的吸收、电 子释放、电子流动和电荷收集等过程将太阳能转化为电能。
1 晶体硅太阳电池是目前太阳能行业最主要的产品
晶体硅太阳电池作为最主要的太阳能电池产品，具有稳定性高、效率高、寿命长和可靠 性强的特点。
2 技术发展的不断提升
随着技术的不断发展，晶体硅太阳电池的性能将会不断提升，进一步推动太阳能行业的 发展。
晶体硅太阳电池的特点
稳定性高
晶体硅太阳电池具有较高的稳定性，能够在不同 环境条件下长时间稳定工作。
寿命长
晶体硅太阳电池的寿命长，能够持续工作多年， 不易损坏。
效率高
相比其他太阳能电池技术，晶体硅太阳电池具有 较高的电能转换效率。
可靠性强
晶体硅太阳电池具有较高的可靠性，能够适应各 种复杂的工作环境。
日本
日本在晶体硅太阳电池的研究 和生产方面处于领先地位。
中国
中国是全球最大的晶体硅太阳 电池生产国，具有较高的生产 能力。
晶体硅太阳电池的应用
1 光伏发电
晶体硅太阳电池广泛应用 于光伏发电系统，为清洁 能源供电。
硅外延及其应用
硅外延及其应用徐远志;胡亮;吴忠元【摘要】Silicon epitaxy growth technology is introduced,and three kindsof technologies applied to silicon epitaxy are summarized:molecular beam epitaxy (MBE),chemical vapor deposition (CVD),liquid deposition (LPE),and the application of Si base epitaxial material device is also introduced.%介绍了硅外延生长技术,综述了应用于硅外延的分子束外延(MBE)、化学气相沉积(CVD)、液相沉积(LPE)三种工艺,并介绍了Si基外延材料器件的应用.【期刊名称】《云南冶金》【年(卷),期】2013(042)003【总页数】5页(P46-50)【关键词】MBE;CVD;LPE;硅外延;应用【作者】徐远志;胡亮;吴忠元【作者单位】昆明冶研新材料股份有限公司,云南昆明650031;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TN304.1+2硅具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点。
目前，硅半导体材料仍是电子信息产业最主要的基础材料，95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路(IC)是用硅材料制作的。
在21 世纪，它的主导和核心地位仍不会动摇。
半导体制造商生产IC 芯片用硅片分别采用硅抛光片(PW)和硅外延片以及非抛光片三种类型，用量最多的为前二类硅片。
半导体硅材料自从60 年代被广泛应用于各类电子元器件以来，其用量保持高速增长。
SEMI(国际半导体设备与材料协会)报告预测了晶圆的需求前景，2013 年预计99.95 亿in2 (不包括非抛光硅片)。
半导体材料 ---硅外延生长
CVD生长的薄膜未必是单晶，所以严格讲只有生长的薄 膜是单晶的CVD才是外延生长。 CVD设备简单，生长参数容易控制，重复性好， 是目前硅外延生长的主要方法
根据向衬底输运外延材料的原子的方法不同
Epsilon Series Single-Wafer Epitaxial Reactors
硅外延生长基本工艺
硅单晶
定向
切割
400-500μm
磨平
Si02胶体溶液
置于基座 抽高真空 通高纯H2 恒温反应
烘干
清洗 加热去除氧 化层 通氢气和硅源
抛光 通刻蚀剂原位刻蚀
通氢气排出刻蚀剂
断硅源停止反应
室温取出
• 真空外延、气相外延、液相外延
液相外延（LPE）法的原理是通过将硅熔融在母体里， 降低温度析出硅膜。
根据相变过程
气相外延、液相外延、固相外延、 对于硅外延，应用最广泛的是气相外延 以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4,为反应气体, 在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在 加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等
参数测试
5-2-3 外延工艺顺序
1. 2. 3. 把干净的硅片装入反应室 吹入惰性气体并充入氢气（LPVCD：抽真空） 加热到氢气烘烤温度（1200 ℃ ）以除去氧化层（该步 骤能去除50-100A的SiO2层） a)加热到HCl刻蚀温度；b)引入无水HCl(或SF6)以刻蚀表 面的硅层；c)吹气以除去系统中的杂质和HCl a)冷却到沉积温度；b)引入硅原料和掺杂剂以沉积所要 的薄膜；c)吹入氢气以去除硅原料和掺杂剂 冷却到室温 吹走氢气并重新充入氮气 取出硅片
(3)外延
双极型晶体管
制作双极性晶体管，衬底为高 掺杂单晶，外延为低掺杂，晶 体管就制作在外延层上。
n+埋层 n-Si外延层 SiO2 p+隔离墙
利用外延技术的pn
结隔离是早期双极
型集成电路常采用
P-Si衬底
的电隔离方法。
pn结隔离示意图
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P阱
n阱
将CMOS电路制作在外 延层上比制作在体硅抛 光片上有以下优点： ①避免了闩锁效应； ②避免了硅层中SiOx的 沉积；
优势： 1.反应是不可逆的，没卤化物产生，不存在反向腐蚀效应， 对反应室也无腐蚀；
2.外延温度低，一般是650-900 ℃，最低可在600℃完成，减 弱了自掺杂和扩散效应。
问题： SiH4在气相中可自行分解，造成过早核化，对外延 层的晶体结构产生重要影响，甚至生成多晶； SiH4易氧化形成硅粉，要尽量避免氧化物质和水汽的存在， 否则会影响外延层的质量；
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3.2.4 外延掺杂
气相外延工艺中的掺杂是直接将含有所需要杂质元 素的气体掺杂剂，按照所需剂量，和硅源外延剂气 体一起通入反应器内，掺杂剂气体也和外延气体一 样扩散穿越边界层到达衬底，并在衬底上发生分解， 替代硅原子排列在衬底上。
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3.2.4 外延掺杂
因掺杂剂和外延剂的热力学 性质不同，使得外延生长过 程变得更为复杂。
相反。
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外延速率的影响因素（三）
反应剂浓度对生 长速率的影响
SiCl4+H2↔Si+4HCl
SiCl4摩尔浓度 大于0.28出现腐 蚀现象
SiH4：超过临界点，生成多晶硅
SiCl4浓度与生长速率的关系
外延生长_精品文档
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MOCVD设备 Thomas Swan的设备外型
MBE
分子束外延（MBE）是70年代在真空蒸发的基础上迅速发展起来 的制备极薄单晶层和多层单晶层薄膜的新技术。其基本原理是在超高真 空系统中（真空度优于10-11Pa，分子平均自由程可达1m）将组成化合 物的元素材料分别装入喷射炉内，对面喷射炉相隔一定距离放置衬底 （加热到600-700℃）。从喷射炉喷出的热分子或热原子束射到衬底表 面并延表面移动，与表面发生反应生长成单晶薄膜。
瞬态法共有：平衡冷却法，分步冷却法，过冷法和两相溶液法四种
1）平衡冷却法 当温度达到T1时，溶液刚好饱和，使衬底与溶液接触，即在接触瞬间
两种处于平衡状态。然后以恒定的降温速率，一边冷却，一边生长（本方 法对应于过冷度ΔT=0，降温速率α≠0）。 2）分步冷却法
这种工艺首先使溶液在温度T1下饱和，将衬底与溶液接触，并迅速冷却 到Tg（不能出现自发结晶），此后保持Tg不变进行生长直至结束。 3）过冷法
LED制造系列之---外延生长
外延生长的定义与种类
定义：外延生长就是指在某种起始单晶（衬底）上生长 具有相同或接近的结晶学取向的薄层单晶的过程
1. 液相外延（LPE） 2. 金属有机化学汽相沉积（MOCVD） 3. 分子束外延（MBE） 4. 化学分子束外延（CBE）
液相外延（LPE）
液相外延是指在某种饱和或过饱和溶液中在单晶衬底 上定向生长单晶薄膜的方法。生长的单晶薄膜可以与衬底 的晶向相同，也可以相对于衬底表面的晶向具有另一种特 定的晶格取向。液相外延时，首先在较高温度下把加有溶 质的溶剂溶解成溶液，当冷却到较低温度时，溶液就变成 过饱和状态。当衬底与这种溶液接触并逐渐降温时，溶质 就将从溶剂里析出，在衬底上延伸出新的单晶层，生长层 的组分（包括掺杂）由相图来决定。
光伏电池 硅片外延
光伏电池硅片外延
光伏电池硅片外延是一种在硅片表面生长一层薄硅薄膜的技术。
这个过程通常在高度真空的环境下进行，通过气相沉积的方式将硅原子沉积在硅片表面，形成具有特定晶体结构和电学性能的外延层。
硅片外延的主要目的是改善硅片的晶体质量和表面形貌，从而提高光伏电池的转换效率和性能。
通过外延生长，可以在硅片表面形成高质量的单晶硅薄膜，具有更好的晶体完整性和更低的杂质含量。
这有助于减少电池内部的复合损失，提高光吸收效率，并改善电池的稳定性和寿命。
硅片外延技术可以控制外延层的厚度、晶体结构和掺杂浓度，以满足不同光伏电池设计的要求。
常见的硅片外延技术包括气相外延（VPE）、液相外延（LPE）和化学气相沉积（CVD）等。
在实际应用中，硅片外延技术常用于制造高效的光伏电池，特别是基于硅基底的太阳能电池。
通过优化外延层的质量和特性，可以提高电池的转换效率，降低生产成本，并推动光伏产业的发展。
总的来说，光伏电池硅片外延是一项关键的技术，对于提高光伏电池的性能和降低成本具有重要意义。
随着技术的不断进步，硅片外延技术也在不断发展和改进，为实现更高效、更稳定的光伏电池提供了技术支持。
液相外延法生长晶体
液相外延法生长晶体液相外延法（Liquid Phase Epitaxy，简称LPE）是一种用于生长晶体的常用方法。
它是通过在溶液中使底物与溶液中的成分反应，使晶体逐渐沉积在底物上的过程。
液相外延法具有生长速度快、晶体质量高等优点，因此在半导体器件制造、光电子器件以及光纤等领域得到广泛应用。
液相外延法的基本原理是利用熔点较低的材料，在高温下将其溶解于溶剂中，形成溶液。
溶液中含有需要生长的晶体材料的离子或分子。
然后，将底物（通常是晶体片或玻璃片）放入溶液中，通过控制温度和浓度等参数，使溶液中的晶体材料逐渐沉积在底物表面，形成所需的晶体结构。
液相外延法的生长过程可以分为几个主要步骤。
首先是预处理步骤，即对底物进行清洗和表面处理，以保证底物表面的纯净度和光洁度。
然后，将底物放入外延炉中，控制炉内温度和压力，使溶液中的晶体材料在底物表面生长。
在生长过程中，可以通过改变温度、浓度和生长时间等参数，来控制晶体的生长速度和质量。
最后，将生长完毕的晶体进行冷却和固化处理，以获得完整而稳定的晶体结构。
液相外延法在半导体器件制造中有着广泛的应用。
例如，用于生长硅、镓、砷化镓、磷化镓等材料的外延片，可以用于制造各种类型的光电子器件，如LED、激光器等。
此外，液相外延法还可以用于生长光纤材料，用于制造通信领域所需的光纤器件。
液相外延法的优点之一是生长速度快。
由于溶液中的晶体材料可以快速沉积在底物表面，因此可以在较短的时间内得到较大尺寸的晶体。
此外，液相外延法还具有较高的生长温度范围，可以适应不同材料的生长需求。
然而，液相外延法也存在一些限制和挑战。
首先，由于生长过程中需要控制多个参数，如温度、浓度、生长时间等，因此操作相对复杂，需要经验丰富的操作人员。
其次，溶液中的杂质和缺陷会对晶体的生长和质量产生影响，因此需要对溶液进行精确的控制和纯化。
此外，液相外延法的生长速度受到物质扩散的限制，因此无法实现超高速的生长。
总结起来，液相外延法是一种常用的晶体生长方法，具有生长速度快、晶体质量高等优点。
一种在铝硅熔池中液相外延制备n型晶体硅太阳电池发射极的方法[发明专利]
![一种在铝硅熔池中液相外延制备n型晶体硅太阳电池发射极的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3f75b055960590c69fc37645.png)
专利名称：一种在铝硅熔池中液相外延制备n型晶体硅太阳电池发射极的方法
专利类型：发明专利
发明人：周浪,张范,肖志刚
申请号：CN201410579880.2
申请日：20141027
公开号：CN104332529A
公开日：
20150204
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种在铝硅熔池中液相外延制备n型晶体硅太阳电池发射极的方法，其特征是首先将含硅12～40％wt、含硼0～5ppmw的铝-硅-硼混合原料熔融，然后将n型硅片置入熔体中生长p型掺杂硅晶体层，生长完毕后取出硅片，最后清洗除去硅片表面粘附铝层。
本发明可在n型单晶硅片表面外延生长形成连续均匀的p型晶体硅层，其厚度可在0.5～20μm范围调节；其电阻率可在0.5～10Ω·cm范围调节。
申请人：南昌大学
地址：330000 江西省南昌市红谷滩新区学府大道999号
国籍：CN
代理机构：南昌洪达专利事务所
代理人：刘凌峰
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硅基异质结太阳电池物理与器件
硅基异质结太阳电池物理与器件硅基异质结太阳电池物理与器件硅基异质结是一种太阳电池的器件，它由两个电极之间的半导体材料组成，结构简单，但性能优异。
由半导体层组成的异质结太阳电池的优点是其电池可以实现更稳定、更高效的电流输出，具有更高的功率转换效率。
硅基异质结太阳电池的正极和负极通常是一层n型硅和一层p型硅，这样的硅层结构通常称为基层结构，它能够保证太阳电池的效率。
n型和p型硅层以及组成它们的电子、空穴和能量带都非常关键，对太阳电池的性能有着重要的作用。
异质结太阳电池的性能取决于n型和p型硅层的结构、电子和空穴的传输性能，以及层间的能量隙等特性。
n型硅的最本质就是它具有较多的电子，而p型硅就是较少的电子，它们之间的电场作用引起的亲核作用能使高能量电子从n型硅输入到p型硅。
这种电子流动产生的宿主空穴对流，就是太阳电池发电的原理。
当太阳光照射到异质结太阳电池表面时，就会照射到其内部，从而激发出大量的电子空穴对，使电子能够从n型硅层穿过电池物理空穴结构，流向p型硅层，从而产生电流。
为了提高其电池效率，常常会在异质结太阳电池中添加一层受激层，用来吸收太阳光照射的能量。
受激层晶体结构通常是一种金属化合物，它可以有效吸收太阳光的能量，从而提高太阳电池的效率。
此外，为了改善太阳电池的性能，也可以在表面涂覆高反射率的物质，以提高太阳电池对太阳光的吸收率。
同时，太阳电池也可以采用更细致的制造工艺，来改变其内部结构，以更大程度的促进电子空穴对的传输，进而提高太阳电池的性能。
硅基异质结太阳电池是一种用于发电的非常先进的太阳电池，它可以实现更稳定、更高效的电流输出，具有更高的功率转换效率，是太阳能发电系统中的一个重要组成部分。
《硅外延生长》课件
硅外延生长的应用领域
现代半导体类产品如计算机 芯片、智能手机和光通信等 都需要硅外延生长技术。硅外延生Biblioteka 的原理与方法硅外延生长的原理
硅外延生长是核形成、晶核的成长与自发畴界移动 等复杂过程的综合表象。
硅外延生长的方法
• 气相外延法 • 液相外延法
气相外延法
1
原理与流程
气相外延法是指以光刻胶为模板，在硅片上生长SiGe薄膜的方法。
硅外延生长
本课程是关于硅外延生长的介绍，从定义、历史发展到应用领域，深入了解 硅外延生长的原理和方法。
硅外延生长概述
什么是硅外延生长？
硅外延生长是一种通过在硅 基底上沉积高品质单晶硅薄 膜的过程。
硅外延生长的历史发展
硅外延技术从二十世纪六十 年代就开始发展，并随着半 导体工业的高速发展一直得 到迅速发展。
硅外延生长的未来
发展趋势
硅外延生长技术将继续发展，主要趋势是提高生长效率和晶体质量。
发展方向
晶体质量控制、研究新的衬底材料以及外延材料和外延工艺的不断创新。
未来展望
硅外延生长技术将会在电子信息、新能源、生物医学等领域取得更广泛、更深入的应用。
2
工艺参数
气相外延生长的基本工艺参数有衬底温度、反应气体流量、反应时间和硅和外延 材料供应速率。
3
应用
用于光子集成芯片、高分辨率图像传感器和生物传感器等领域。
液相外延法
1
原理与流程
液相外延法是指用硅基底与融合锡（或石墨）作为液相反应体，在相应条件下长 出外延晶体。
2
工艺参数
液相外延法的工艺参数有溶液成分，溶液温度，外延晶体生长速率和升温速率等。
3
应用
用于太阳能电池电极、太阳能电池背反射层、光子晶体、一维纳米线等领域。
硅太阳电池EPILIFT液相外延
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。
材料的电镜扫描透射分析实验报告
实验一材料的电镜（扫描透射）分析扫描电镜一实验目的1 了解扫描电镜的基本结构和原理2 掌握扫描电镜样品的准备与制备方法3 了解扫描电镜图片的分析与描述方法二扫描电镜结构与原理(一) 结构1．镜筒镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。
其作用是产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。
2．电子信号的收集与处理系统在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。
在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至几十nm的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。
通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。
检测二次电子的检测器(图15(2)的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，1就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。
3．电子信号的显示与记录系统扫描电镜的图象显示在阴极射线管(显像管)上，并由照相机拍照记录。
显像管有两个，一个用来观察，分辨率较低，是长余辉的管子；另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的管子。
4．真空系统及电源系统扫描电镜的真空系统由机械泵与油扩散泵组成，其作用是使镜筒内达到 10(4～10(5托的真空度。
电源系统供给各部件所需的特定的电源。
(二) 工作原理从电子枪阴极发出的直径20(m～30(m的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。
在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。
这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。
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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3Ø。
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30μs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400μm和800μm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800μm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) 400μm and (b) 800μm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1μs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索。
由于GaN材料的电荧光对晶体缺陷并不敏感，因此人们预期在Si衬底上异质外延生长Ⅲ族氮化物发光器件在降低成本方面具有明显的技术优势。
又由于GaN与衬底间的晶格失配和热失配，导致异质外延GaN薄膜中具有高的位错密度，位错会形成非辐射复合中心和光散射中心，大大降低光电子器件的发光效率。
另外，异质外延也给器件带来了一些别的问题，如解理困难、散热性差等。
因而开发适合规模制造的GaN衬底材料工艺对发展GaN半导体器件产业至关重要。