Diese Methode kann sagen, beantworten Schlüsselfragen in geschichtet Silizium integrierte Solarzellen Herstellung, wie eine hohe Silizium-Massenlebensdauer während des Wachstums zu halten. Die Hauptvorteile dieses Verfahrens sind, dass wir eine lange Silizium-Massenlebensdauer erreichen können, auch nach heterovalentem Wachstum des selektiven Kontakts des Galliumphosphidträgers auf Silizium. Dies ermöglicht uns den Zugriff auf die Bandlücken anderer III-V-Halbleiter.
Es ist eine Form der Multijunction-Solarzelle mit einer Silizium-Bodenzelle. Zu Beginn eine Piranha-Lösung in einem Hochdichte-Polyethylensäure-Heizbad vorbereiten, auf 110 Grad Celsius erhitzen und warten, bis sich die Temperatur stabilisiert. In einem anderen Säurebad eine verdünnte Salzsäure- und Wasserstoffperoxidlösung zur Beseitigung der Ionenkontamination vorbereiten, auf 74 Grad Celsius erhitzen und darauf warten, dass sich die Temperatur stabilisiert.
Legen Sie vier Zoll Durchmesser FloatZone Ende Typ doppelseitig poliert Silizium-Wafer in eine saubere Polypropylen Vier-Zoll-Wafer-Kassette. Die Wafer 10 Minuten in Piranha-Lösung einweichen. Dann spülen Sie die Wafer 10 Minuten lang mit entionisiertem Wasser ab und legen Sie sie in eine saubere Kassette.
Die Wafer in der ionischen Reinigungslösung 10 Minuten einweichen und dann 10 Minuten lang mit entionisiertem Wasser abspülen. Dann die Wafer in einer gepufferten Oxid-Ätzlösung von 10 bis 1 Ammoniumfluorid zu Flusssäure drei Minuten bei Raumtemperatur einweichen und 10 Minuten lang mit entionisiertem Wasser abspülen. Trocknen Sie die sauberen Wafer unter einem Strom von trockenem Stickstoffgas.
Als nächstes legen Sie einen sauberen Wafer in ein Quarzboot und laden Sie ihn in einen Quarzrohrofen, der auf 800 Grad Celsius mit einer Atmosphäre aus fließendem Stickstoffgas erhitzt wird. Rampe den Ofen auf 820 Grad Celsius im Laufe von 20 Minuten. Dann schalten Sie das Trägergas auf Stickstoff, der durch Phosphoroxychlorid bei 1 000 SCCM geblasen wird.
Nach 15 Minuten, stoppen Sie den Fluss des Trägergases und rampen den Ofen auf 800 Grad Celsius. Entfernen Sie den Wafer aus dem Ofen und lassen Sie ihn abkühlen. Dann in frisch gepufferte Oxid Ätzlösung für 10 Minuten einweichen, um Phosphorsilikatglas zu entfernen.
Spülen Sie den Wafer 10 Minuten lang in entionisiertem Wasser und trocknen Sie ihn mit Stickstoffgas. Kurz vor der Siliziumnitridablagerung den Wafer in einer gepufferten Oxid-Ätzlösung für eine Minute einweichen, um native Oxide zu entfernen. Spülen Sie es in entionisiertem Wasser für 10 Minuten, und trocknen Sie es mit trockenem Stickstoffgas.
Legen Sie den Wafer auf einen sauberen monokristallinen Siliziumträger und laden Sie ihn in ein PECVD-Instrument, das mit Silan- und Ammoniakquellen ausgestattet ist. Stellen Sie den Kammerdruck auf 3,5 Torr ein und legen Sie 150 Nanometer Siliziumnitrid auf 3,9 Nanometer pro Sekunde bei 300 Watt HF-Leistung ab. Als nächstes laden Sie den Wafer in ein MBE-Instrument, das mit Gallium-, Phosphor- und Silizium-Ergusszellen ausgestattet ist.
Den Wafer in der Einleitenderkammer drei Stunden lang bei 180 Grad Celsius ausgasen. Dann übertragen Sie den Wafer in die Pufferkammer und vergasen Sie ihn bei 240 Grad Celsius für zwei Stunden. Den Wafer in die Wachstumskammer laden und bei 850 Grad Celsius 10 Minuten backen.
Danach kühlen Sie den Wafer auf 580 Grad Celsius ab und bereiten die Ergusszellen vor, um die entsprechenden Flussmittel zu erzeugen. Öffnen Sie das Gallium, Phosphor und Silizium schaudern, und wachsen 25 Nanometer Galliumphosphid mit einer unterbrochenen Wachstumsmethode, gefolgt von 121 Sekunden ununterbrochenem Wachstum. Danach die Probe auf 200 Grad Celsius abkühlen und vom Instrument abladen.
Als nächstes bedecken Sie die Galliumphosphid-Oberfläche mit einem säurebeständigen Dicing-Band. Den Wafer in etwa 300 Milliliter 49% Flusssäure für fünf Minuten einweichen, um die Siliziumnitridschicht zu entfernen. Entfernen Sie das Band, spülen Sie den Wafer 10 Minuten lang mit entionisiertem Wasser ab und trocknen Sie es unter einem Stickstoffgasstrom.
Dann die Galliumphosphid-Oberfläche mit frischem Dicing-Band bedecken. In einem Plastikbecher 500 Milliliter einer Mischung aus Flusssäure, Salpetersäure und Essigsäure zubereiten. Den Wafer vorsichtig in die HNA-Lösung geben und drei Minuten bei Raumtemperatur einweichen lassen.
Entfernen Sie das Band, spülen Sie den Wafer mit entionisiertem Wasser und trocknen Sie es mit Stickstoff. Verwenden Sie einen Diamantstift, um den vorbereiteten Wafer in vier Viertel zu schneiden. Legen Sie die Stücke in einen Korb, reinigen Sie sie gründlich in einem Tank mit entionisiertem Wasser und trocknen Sie sie mit Stickstoffgas.
Dann die Stücke in einer gepufferten Oxidätzlösung für 30 Sekunden einweichen und mit entionisiertem Wasser und Stickstoffgas abspülen und trocknen. Als nächstes 50 Nanometer amorphes Silizium auf eine Probe ablagern und die Siliziumlebensdauer überprüfen. Legen Sie dann neun Nanometer eines intrinsischen amorphen Siliziums und 16 Nanometer eines p-Typ-Amorphsiliziums mit einem Bordopant auf der nackten Siliziumseite einer zweiten Probe ab.
Verwenden Sie bei einer dritten Probe die thermische Verdunstung, um neun Nanometer Molybdänoxid auf der nackten Siliziumseite bei 0,5 Angstroms pro Sekunde bei Raumtemperatur aus einer Molybdäntrioxidquelle abzulagern. Als nächstes legen Sie die amorphen Silizium- und Molybdänoxid-beschichteten Proben in ein HF-Sputternsinstrument, wobei die Galliumphosphidseite nach oben zeigt. Ablagerung 75 Nanometer Indium 10 Oxid, mit einer Sauerstoffdurchflussrate von 2,2 SCCM.
Entladen Sie dann die Proben und drehen Sie sie um. Platzieren Sie eine Mesa-Schattenmaske auf jeder Probe. Laden Sie sie wieder in das Instrument und legen Sie weitere 75 Nanometer ITO ab.
Entladen Sie die Proben, tauschen Sie die Maske gegen eine Fingerschattenmaske aus und legen Sie 200 Nanometer Silber auf die ITO-Mesa bei einem Kilowatt und acht Torr ab. Drehen Sie die Proben um und legen Sie weitere 200 Nanometer Silber auf der ITO-Galliumphosphidseite als Rückenkontakt ab. Schließlich die Proben in einem Ofen bei 220 Grad Celsius und atmosphärischem Druck anneal.
Die Atomkraftmikroskopie zeigte, dass die Galliumphosphidschicht eine wurzelmittlere quadratische Rauheit von etwa 0,52 Nanometern hatte, was auf eine hohe Kristallqualität mit einer geringen Threading-Dislokationsdichte hindeutet. Pendellosung Fransen, die aus dem Doppelkristall Omega beobachtet wurden, waren die Gesteinskurve an der Silizium- und Galliumphosphid 004-Reflexionen mit glatten Schnittstellen konsistent. Die wechselseitige Raumkarte von 224 Defraktionsflecken zeigt kohärente Galliumphosphid- und Siliziumspitzen, was darauf hinweist, dass Galliumphosphid mit guter kristalliner Qualität vollständig auf das Siliziumsubstrat gespannt ist.
Die Bildung einer N-Plus-Schicht durch Phosphordiffusion vor Zugabe der Galliumphosphidschicht hielt die Silizium-Massenlebensdauer auf einem Niveau von bis zu Millisekunden. Die Lebensdauer von Galliumphosphid-Silizium betrug etwa 100 Mikrosekunden. Die Geräte wurden entweder mit einer Schicht aus amorphem Silizium oder einer Schicht Aus Molybdänoxid konstruiert.
Die interne Quanteneffizienz des Molybdänoxid-Geräts blieb bei niedrigeren Wellenlängen hoch als bei einem amorphen Siliziumgerät, aber es hatte auch eine höhere Reflexion bei niedrigeren Wellenlängen. Für beide Geräte wurde eine vielversprechende Leistung von Solarzellen beobachtet. Die amorphen Silizium- und Molybdänoxid-Geräte wiesen vergleichbare Wirkungsgrade, Leerlaufspannungen und Füllfaktoren auf.
Insgesamt schnitt die Molybdänoxidschicht insgesamt besser ab als die amorphe Siliziumschicht. Denken Sie beim Versuch dieses Verfahrens daran, den zweiten Wafer vor dem Laden in die MBE-Kammer so sauber wie möglich zu halten, insbesondere bei der Ablagerung von Siliziumnitrid.
