改进的多晶织构组合物和方法技术

提供了一种用于织构多晶半导体的水溶性酸性组合物，其包括碱性化合物，氟化物离子和氧化剂。还提供了一种织构方法。织构后的多晶半导体具有减小的光入射反射率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改进的酸性多晶半导体织构组合物和方法。本专利技术尤其涉及一种提供各向同性蚀刻并减小入射光反射率的改进的酸性多晶半导体织构组合物和方法。
技术介绍
典型地，多晶半导体晶片由硅或其它相似的陶瓷材料制成并具有从几千埃到2_3μπι变化的粒度。这种晶片可以用于光电装置，例如太阳能电池的制备。太阳能电池是一种将入射到其表面的光能如阳光转化为电能的装置。利用化学气相沉积工艺来制备多晶硅半导体晶片，其中硅烷在高温分解到衬底表面上从而形成锭或相似种类的物品。所述锭利用合适的切割锯和行业中常规的方法切割成不同尺寸和形状的晶片。对晶片表面的锯伤可能会增加晶片的反射率达35%及更大。高反射率降低晶片的入射光吸收能力，并影响使 用所述晶片的太阳能电池的性能。已经尝试了多种通过减小入射到太阳能电池表面上的光的反射率来增加光的吸收率的方法。减小入射光的反射率提高了将光转化电能的效率。代表性地，对半导体晶片的表面进行织构从而减小入射光反射率。常用碱性材料如氢氧化钠和氢氧化钾进行织构(texturing);然而，这些碱性织构材料表现的各向异性太强而不能成为有效的多晶晶片织构试剂。另外，这些碱性金属氢氧化物趋于在晶片上留下不希望有的可能难于去除的硬壳或残渣。尽管氢氧化四甲基铵蚀刻的各向异性比所述碱性金属氢氧化物低，但是还是很容易暴露晶界。在各向异性蚀刻中，一些晶体取向比其它的蚀刻得要快并暴露出晶界，从而成为重组的位置并降低太阳能电池的效率。通常，重组是一个移动电子和电子空穴被消除并且能量以不能被太阳能电池利用的方式损失的过程。晶界暴露引起的另一个问题是减小的分流电阻，Rsho低的分流电阻通过为光生电流提供一个替代电流通路来引起太阳能电池中的电力损失。这样一个转换降低了流过太阳能电池接合点的电流量并降低了来自太阳能电池的电压。分流电阻的影响在低光能级尤其严重，因为光生电流很少。因此，流到分路的电流的损失对电池性能有严重的影响。尽管例如氢氟酸和硝酸的混合物的酸蚀刻为硅多晶半导体晶片提供了可接受的各向同性蚀刻，它们还是表现出很多问题。这些材料是危险的，在处理、储存、使用和清除中需要极度小心。取决于当地和区域的处理要求，在清除这些化学药品时可能需要相当大的费用。利用氢氟酸和硝酸的混合物对多晶晶片进行织构包括将浓度49 %的氢氟酸和69 %的硝酸进行稀释从而得到一个包含10%的氢氟酸和35%的硝酸的酸浴。这是一个可能对处理这些酸的工作者造成危险的放热反应。另外，所述酸混合物的流动浴包括补充大量酸并产生大量的酸废物，这会导致产业的高额费用并对环境造成废物危险。通常，利用氢氟酸和硝酸混合物处理的并在400nm-1100nm的光波长下具有27%的平均反射率的多晶硅半导体晶片对产业来说是可接受的；然而，反射率越低，太阳能电池越高效。现在的产业目标是在400nm-l IOOnm的光波长下具有20%或更低的反射率。因此，需要一种改进的各向同性织构组合物和方法来改进太阳能电池的性能。
技术实现思路
一方面，一种组合物包括一种或多种碱性化合物，一种或多种氟化物离子源，一种或多种氧化剂源，并且PH小于7。另一方面，一种方法包括提供多晶半导体晶片；将所述多晶半导体晶片与一种组合物接触从而各向同性地蚀刻所述多晶半导体晶片，所述组合物包括一种或多种碱性化合物，一种或多种氟化物离子源，一种或多种氧化剂源，并且PH小于7。所述酸性组合物和方法各向同性地对多晶半导体晶片进行织构，而基本上不暴露晶界，从而减小或防止重组和分流。与许多常规的酸性和碱性织构组合物和方法相比，入射光反射率也减小了。沉积在晶片表面上的金属的附着力也提高了。因此，利用所述组合物和方法织构的多晶半导体晶片提高了太阳能电池的效率和性能。另外，处理、使用和存储所述酸性组合物不会对工作者或环境造成与常规氢氟酸和硝酸各向同性织构溶液相同程度的危险。进一步，产业中制备、维持和废物处理的花费少于常规氢氟酸和硝酸各向同性织构溶液的花费。·附图说明图I是利用10%的氢氟酸和50%的硝酸的混合物对硅多晶体掺杂(bulk-doped)半导体晶片进行织构的5000倍SEM ；图2是利用7. 5%的TMAH，I %的过氧化氢和15%的氟化氢铵的混合物对硅多晶体掺杂半导体晶片进行织构的5000倍SEM ；图3是利用9%的TMAH水溶液对硅多晶体掺杂半导体晶片进行织构的2500倍SEM。具体实施例方式正如在整个说明书中使用的那样，术语“组合物”和“溶液”可交换地使用。术语“各向同性”表不相对于方向是不变的。术语“各向异性”表不随着方向改变的性质。正如在整个说明书中使用的那样，除非文章指出，下列缩写具有下面的意思°C=摄氏度；A =安培；dm =分米；μ m =微米；nm =纳米；SEM =扫描电子显微照片;UV =紫外线；IR =红外线。除非指出，所有百分比和比例都以重量计。所有数值范围都包括端点并可以任何顺序结合，除非这些数值范围总计达到100%是合乎逻辑的。组合物包括一种或多种氨的衍生物，一种或多种氟化物离子源，一种或多种氧化剂源，并且PH小于7。所述组合物为酸性水溶液。所述组合物基本上不含碱金属氢氧化物。所述酸性组合物各向同性地对多晶半导体晶片进行织构，而基本上不暴露晶界，从而减少或防止重组和分流。与许多常规的酸性和碱性织构组合物和方法相比，还降低了入射光反射率。在400nm到IlOOnm的光波长下，光反射率平均为22%或更小。金属对晶片表面的附着力也提高了。因此，利用所述组合物和方法织构的多晶半导体晶片提高了太阳能电池的效率和性能。另外，处理、使用和存储所述酸性组合物不会对工作者或环境造成与常规的氢氟酸和硝酸各向同性织构溶液相同程度的危险。进一步，产业上用于制备、保持和废物处理的费用少于常规的氢氟酸和硝酸织构溶液的费用。所述织构组合物包括一种或多种用于各向同性地对多晶半导体晶片进行织构的碱性化合物。所述碱性化合物包括，但不限于胺类如链烷醇胺和季铵化合物。所述化合物在所述组合物中的含量为织构组合物的1% -20%，或例如1% -10%，或例如1% -5%。链烷醇胺包括，但不限于，具有下列通式的化合物R3-nN(CmH2m(0H))n，其中R是氢原子或具有1-4个碳的烷基，m是2-4的整数，η是1_3的整数。这些化合物的例子是单乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，丙醇胺，二丙醇胺，三丙醇胺，异丙醇胺，二异丙醇胺，三异丙醇胺，丁醇胺，N-甲基乙醇胺，N-甲基二乙醇胺，N, N- 二甲基氨基乙醇，N-乙基乙醇胺，N-乙基二乙醇胺，N，N-二乙醇胺，Ν，Ν-丁基乙醇胺，N，N-二丁基乙醇胺以及它们的盐。链烷醇胺优选为单乙醇胺，二乙醇胺和三乙醇胺。季铵化合物包括，但不限于，具有下列通式的化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，包括一种或多种碱性化合物，一种或多种氟化物离子源，一种或多种氧化剂源，并且pH小于7。

【技术特征摘要】
2011.04.21 US 61/477,9331.一种组合物，包括一种或多种碱性化合物，一种或多种氟化物离子源，一种或多种氧化剂源，并且pH小于7。2.根据权利要求I所述的组合物，所述一种或多种碱性化合物选自链烷醇胺和季铵化合物。3.根据权利要求2所述的组合物，所述链烷醇胺具有通式 R3-nN(CmH2m(OH))n，其中R是氢原子或具有1-4个碳的烷基，m是2-4的整数，η是1_3的整数。4.根据权利要求2所述的组合物，所述季铵化合物具有通式5.根据权利要求I所述的组合物，所述一种或多种氟化物离子选自二氟化合物和氟化盐。6.根据权利要求I所述的组合物，所述一种或多种氧化剂选自过氧化氢及其盐，次氯酸盐，过硫酸盐，过氧有机酸，高锰酸盐，次氯酸钠，过碳酸钠，氯...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·K·巴尔，C·欧康纳，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：