多孔硅在高温退火过程中结构变化的研究
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约 为 ４ ｆ ， 池 的 效 率 分 别 达 到 了 １ ． （ 移 至 玻 ０ｍ 电 ６６ 转 璃 衬 底 上 ） １ ． （ 移 至 柔 性 衬 底 上 ） ２ ０ 和 ４６ 转 ＿。 ０９ ３ 年 ， 们 制 备 出 了 自支 撑 的 多 晶 硅 薄 膜 ， 利 用 这 种 他 并 工 艺 在 柔 性 衬 底 上 制 备 了 效 率 超 过 １ 的 太 阳 电 ７
变大的趋势 。
关键词 ： 多子 硅 ； Ｌ 高温退 火 ； 曼谱 ； 拉 形核理 论
中 图 分 类 号 ： ０ ８ ； ２ ． ７ １ Ｏ５ ２ １ 文献标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：∞ １９ ３ （０ ０ １ －０ ００ １ －７ １ ２ １ ）２２ ６ —４
温 退火过 程 中的结构 变 化能够 为设 计合 适 的多孔 层 提 供 可靠 的数据 ， 对 于 后续 太 阳 电池 器件 的制 备 非 常 这
核 理 论ห้องสมุดไป่ตู้对 多 孔 硅 在 高 温 退 火 过 程 中结 构 变 化 的 机 理 进 行 了分析 和研究 。
技术 （ａ ｅ ｒｎ ｆｒ ｒｃｓｅ） １ｙ ｒ ａ ｓｅ ｏｅｓ ｓ制备 硅薄 膜太 阳 电池 的 ｔ ｐ
报 道 日益 增 多 。 日本 Ｓ ｎ ｏ ｙ公 司用 这 种 工 艺 在 ４ｍ。 ｃ 面
理 ， 从 热 力 学 角 度 对 其 微 观 机 制 进 行 了 讨 论 。 实验 并
和理论 分析 的结 果 均表 明 ， 多孔硅 的初 始孔 径 存在 一 个 临界 值 ， 始孔径 小 于此 临界值 时 ， 初 孔在 高温退 火 中
有 收 缩 的 趋 势 ； 之 ， 始 孔 径 大 于 此 ， 值 时 ， 有 反 初 临界 孔
助
材
料
２１ 年第１ 期（１ ００ ２ ４） 卷
多孑 硅 在 高温 退 火 过 程 中结构 变 化 的研 究 Ｌ
蔡 红 沈 鸿烈 黄 海 宾 唐 正 霞 鲁林 峰 沈剑 沧。 ， ， ， ， ，
（ ． 京航空 航天 大学 材料 科学 与技术 学 院 ， １南 江苏 南 京 ２ ０ １ ； １ ０ ６ ２ 南京 大学 物理 系 固体微结 构物 理 国家 重点 实验 室 ， 苏 南 京 ２ ０ ９ ） ． 江 １０ ３
反 应 在 无 光 照 的 条 件 下 进 行 ， 硅 片 抛 光 一 侧 形 成 多 在 孔 硅 。 实 验 中 ， 过 改 变 腐 蚀 电流 密 度 和 腐 蚀 时 间 ， 通 分 别 形 成 了 不 同 结 构 的 多 孑 硅 层 样 品 。将 腐 蚀 好 的 多 孔 Ｌ
重要 。
１ 引 言
目前 ， 在薄 膜太 阳电池 的研发 中， 晶硅 薄 膜太 阳 多 电池 因 同时具有 迁移率 高 、 本低 、 成 可大 面 积制 备 的优
点 ， 为 当 前 的研 究 热 点 。近 年 来 ， 用 多 孑 硅 层 转 移 成 利 Ｌ
多 孔 硅 的初 始 孑 径 和 形 状 决 定 着 多 孔 硅 的 特 性 。 Ｌ
池 。
ｃ ｒ ｏａｉｎｏ ｍｅｉ ） 准 法清 洗 单 晶硅 片 ， 清 洗 ｏｐ ｒｔ ｆ ｏ ａ ｒ ａ标 ｃ 将 干净 的硅片 置于 单 槽 电解 池 中进 行 电化 学 腐 蚀 ， 蚀 腐 液 为 （ （ ０ ） （ 水 乙醇 （ ＨＦ ４ ）： 无 分析 纯 ） ： １：１ ， ）＝ ＝ ）
摘 要 ： 采 用 电 化 学 腐 蚀 的 方 法 制 备 了 不 同孔 径 的
价衬 底带来 的杂 质扩 散 ， 底 与 晶 硅 薄膜 的晶 格 不 匹 衬 配等 缺点 均不 复存在 ， 因而可获 得高 质量 的晶硅 薄膜 。 在多孔 硅层 转 移工 艺 中 ， 高温 退 火 起 到 了很 关 键 的作 用 。经 过 高温退 火后 ， 一方 面 ， 层 的／ ４ 层 能否 上 ｂ Ｌ 恢 复 准单 晶状态 ， 对外 延硅 薄膜 的质量 至 关重 要 ， 而外 延 硅薄 膜 的质量 又 直 接 影 响到 太 阳电 池器 件 的性 能 ； 另 一方 面 ， 层 的大孔层 能否 发生 孔 的扩展 ， 而有 利 下 从 于随后 的剥 离过 程 中 与原 始 单 晶 硅 衬底 发 生 分 离 ， 决
定 着 层 转 移 工 艺 的 最 终 成 败 。 因 此 ， 究 多 孑 硅 在 高 研 Ｌ
多孔硅 薄 膜样 品 ， 并在 １ ５ ０ ０Ｃ高 温 下进行 了退 火。采
用扫 描 电镜 和 拉 曼 光 谱 对 多 孔 硅 退 火前 后 结 构 的 变 化 进 行 了观 察 ， 据 晶 体 形 核 理 论 分 析 了孔 径 变 化 的 机 根
２ 实 验
采用 Ｐ型 （ ０ ） 面抛 光单 晶硅 片 ， １０单 电阻率为０ ０ ．１
～
００ Ｑ ・ Ｉ， ．２ Ｃｌ其厚 度 为 ６ ５ ｍ。首 先 用 Ｒ Ａ （ａ ｉ Ｉ ２ｆ Ｃ ｒｄｏ
他们利 用这 种工 艺 ， 功地 分 别 在玻 璃 和柔 性衬 底 上 成 制备 了直径 达 １ ０ ５ ｍｍ 的单 晶硅 薄膜 ， 制备 的 电池 厚度
然而， 人们 的研 究发 现 ， Ｌ 的形状 在 随后 的退 火 工 多孑 硅 艺 中并不是 固定 不 变 的 。在 本 文 中 ， 们 利 用 单槽 电 我 化学 腐蚀方 法 制备 了多 孑 硅样 品 ， 究 了多 孔 硅退 火 Ｌ 研 过程 前后 的结构 变 化 ， 首 次 尝试 用 晶体 生 长 中 的形 并
积 上制 备 的 １ ＃ 厚 的 电池 的转 换 效 率 为 １ ． ［ 。 ２ｍ ２５ １ ｊ
比利 时 的微 电 子 研 究 中 心 （ＭＥ 首 次 成 功 制 备 了 自 Ｉ Ｃ）
支撑 的 多 孔 硅 薄 膜 ， ５ ｍ× ５ｍ 面 积 上 制 备 的 仅 在 ｃ ｃ
１ｍ 厚 的 电池 的转 换效 率 为 ２ ６ ｊ ｆ ． 。德 国 的 Ｓ ｕｔ ｔｔ— ｇ ｒ 大 学 在 这 一 技 术 领 域 走 在 了世 界 的 前 列 ， ０ ６年 ａｔ ２０
变大的趋势 。
关键词 ： 多子 硅 ； Ｌ 高温退 火 ； 曼谱 ； 拉 形核理 论
中 图 分 类 号 ： ０ ８ ； ２ ． ７ １ Ｏ５ ２ １ 文献标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：∞ １９ ３ （０ ０ １ －０ ００ １ －７ １ ２ １ ）２２ ６ —４
温 退火过 程 中的结构 变 化能够 为设 计合 适 的多孔 层 提 供 可靠 的数据 ， 对 于 后续 太 阳 电池 器件 的制 备 非 常 这
核 理 论ห้องสมุดไป่ตู้对 多 孔 硅 在 高 温 退 火 过 程 中结 构 变 化 的 机 理 进 行 了分析 和研究 。
技术 （ａ ｅ ｒｎ ｆｒ ｒｃｓｅ） １ｙ ｒ ａ ｓｅ ｏｅｓ ｓ制备 硅薄 膜太 阳 电池 的 ｔ ｐ
报 道 日益 增 多 。 日本 Ｓ ｎ ｏ ｙ公 司用 这 种 工 艺 在 ４ｍ。 ｃ 面
理 ， 从 热 力 学 角 度 对 其 微 观 机 制 进 行 了 讨 论 。 实验 并
和理论 分析 的结 果 均表 明 ， 多孔硅 的初 始孔 径 存在 一 个 临界 值 ， 始孔径 小 于此 临界值 时 ， 初 孔在 高温退 火 中
有 收 缩 的 趋 势 ； 之 ， 始 孔 径 大 于 此 ， 值 时 ， 有 反 初 临界 孔
助
材
料
２１ 年第１ 期（１ ００ ２ ４） 卷
多孑 硅 在 高温 退 火 过 程 中结构 变 化 的研 究 Ｌ
蔡 红 沈 鸿烈 黄 海 宾 唐 正 霞 鲁林 峰 沈剑 沧。 ， ， ， ， ，
（ ． 京航空 航天 大学 材料 科学 与技术 学 院 ， １南 江苏 南 京 ２ ０ １ ； １ ０ ６ ２ 南京 大学 物理 系 固体微结 构物 理 国家 重点 实验 室 ， 苏 南 京 ２ ０ ９ ） ． 江 １０ ３
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重要 。
１ 引 言
目前 ， 在薄 膜太 阳电池 的研发 中， 晶硅 薄 膜太 阳 多 电池 因 同时具有 迁移率 高 、 本低 、 成 可大 面 积制 备 的优
点 ， 为 当 前 的研 究 热 点 。近 年 来 ， 用 多 孑 硅 层 转 移 成 利 Ｌ
多 孔 硅 的初 始 孑 径 和 形 状 决 定 着 多 孔 硅 的 特 性 。 Ｌ
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ｃ ｒ ｏａｉｎｏ ｍｅｉ ） 准 法清 洗 单 晶硅 片 ， 清 洗 ｏｐ ｒｔ ｆ ｏ ａ ｒ ａ标 ｃ 将 干净 的硅片 置于 单 槽 电解 池 中进 行 电化 学 腐 蚀 ， 蚀 腐 液 为 （ （ ０ ） （ 水 乙醇 （ ＨＦ ４ ）： 无 分析 纯 ） ： １：１ ， ）＝ ＝ ）
摘 要 ： 采 用 电 化 学 腐 蚀 的 方 法 制 备 了 不 同孔 径 的
价衬 底带来 的杂 质扩 散 ， 底 与 晶 硅 薄膜 的晶 格 不 匹 衬 配等 缺点 均不 复存在 ， 因而可获 得高 质量 的晶硅 薄膜 。 在多孔 硅层 转 移工 艺 中 ， 高温 退 火 起 到 了很 关 键 的作 用 。经 过 高温退 火后 ， 一方 面 ， 层 的／ ４ 层 能否 上 ｂ Ｌ 恢 复 准单 晶状态 ， 对外 延硅 薄膜 的质量 至 关重 要 ， 而外 延 硅薄 膜 的质量 又 直 接 影 响到 太 阳电 池器 件 的性 能 ； 另 一方 面 ， 层 的大孔层 能否 发生 孔 的扩展 ， 而有 利 下 从 于随后 的剥 离过 程 中 与原 始 单 晶 硅 衬底 发 生 分 离 ， 决
定 着 层 转 移 工 艺 的 最 终 成 败 。 因 此 ， 究 多 孑 硅 在 高 研 Ｌ
多孔硅 薄 膜样 品 ， 并在 １ ５ ０ ０Ｃ高 温 下进行 了退 火。采
用扫 描 电镜 和 拉 曼 光 谱 对 多 孔 硅 退 火前 后 结 构 的 变 化 进 行 了观 察 ， 据 晶 体 形 核 理 论 分 析 了孔 径 变 化 的 机 根
２ 实 验
采用 Ｐ型 （ ０ ） 面抛 光单 晶硅 片 ， １０单 电阻率为０ ０ ．１
～
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然而， 人们 的研 究发 现 ， Ｌ 的形状 在 随后 的退 火 工 多孑 硅 艺 中并不是 固定 不 变 的 。在 本 文 中 ， 们 利 用 单槽 电 我 化学 腐蚀方 法 制备 了多 孑 硅样 品 ， 究 了多 孔 硅退 火 Ｌ 研 过程 前后 的结构 变 化 ， 首 次 尝试 用 晶体 生 长 中 的形 并
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比利 时 的微 电 子 研 究 中 心 （ＭＥ 首 次 成 功 制 备 了 自 Ｉ Ｃ）
支撑 的 多 孔 硅 薄 膜 ， ５ ｍ× ５ｍ 面 积 上 制 备 的 仅 在 ｃ ｃ
１ｍ 厚 的 电池 的转 换效 率 为 ２ ６ ｊ ｆ ． 。德 国 的 Ｓ ｕｔ ｔｔ— ｇ ｒ 大 学 在 这 一 技 术 领 域 走 在 了世 界 的 前 列 ， ０ ６年 ａｔ ２０