この方法は、成長中に高いシリコンバルク寿命を維持する方法についての層化シリコン統合太陽電池製造における重要な質問に答えることができます。このプロセスの主な利点は、シリコン上のリン化ガリウム担体の選択的接触のヘテロバレント成長後も、長いシリコンバルク寿命を達成できることです。これにより、他のIII-V半導体のバンドギャップにアクセスすることができます。
これは、シリコン底セルを備えた多接合太陽電池の一形態です。まず、ピラニア溶液を高密度ポリエチレン酸加熱浴槽に準備し、110°Cに加熱し、温度が安定するのを待ちます。別の酸浴では、イオン汚染を除去し、74°Cに加熱し、温度が安定するのを待つために、希釈された塩酸および過酸化水素溶液を調製します。
4インチの直径フロートゾーンエンドタイプの二重側研磨シリコンウエハースをクリーンポリプロピレン4インチウエハカセットに入れます。ウエハースをピラニア溶液に10分間浸します。その後、水を脱イオンにしてウエハースを10分間洗い流し、清潔なカセットに入れます。
ウエハーをイオン洗浄液に10分間浸し、脱イオン水で10分間洗い流します。次に、ウエハースを10~1フッ化アンモニウムの緩衝酸化エッチ溶液に浸し、フッ化水素酸を室温で3分間浸し、脱イオン水で10分間洗い流します。乾燥窒素ガスの流れの下できれいなウエハースを乾燥させます。
次に、石英船にきれいなウエハーを入れ、窒素ガスを流す雰囲気で摂氏800度に加熱した石英管炉に積み込みます。20分の間に820°Cに炉をランプ。次に、キャリアガスを1,000SCCMでオキシ塩化リンを通して泡立つ窒素に切り替えます。
15分後、キャリアガスの流れを止め、炉を摂氏800度まで下げます。炉からウエハーを取り出し、冷却します。次いで、新鮮な緩衝酸化エッチ溶液に10分間浸し、リンケイ酸ガラスを除去する。
ウェーハを脱イオン水で10分間リンスし、窒素ガスで乾燥させます。窒化ケイ素沈着の直前に、ウエハーを緩衝された酸化物エッチング液に1分間浸し、天然酸化物を除去する。脱イオン水で10分間リンスし、乾燥窒素ガスで乾燥させます。
ウエハーをクリーンな単結晶シリコンキャリアに置き、シランとアンモニア源を備えたPECVD機器にロードします。チャンバーの圧力を3.5トルに設定し、150ナノメートルの窒化ケイ素を毎秒3.9ナノメートル、300ワットのRF電力で堆積させます。次に、ガリウム、リン、およびシリコン流出細胞を搭載したMBE機器にウエハーを積み込みます。
入門室のウエハーを摂氏180度で3時間アウトガス。次いで、ウエハーを緩衝チャンバーに移し、2時間摂氏240度で外気にする。成長室にウエハースを積み込み、摂氏850度で10分間焼きます。
その後、ウエハを摂氏580度まで冷却し、適切なフラックスを生成するようにエフュージョンセルを調製する。ガリウム、リン、シリコン震えを開き、中断された成長法で25ナノメートルのリン化ガリウムを成長させ、続いて121秒間の途切れない成長を続けます。その後、サンプルを摂氏200度まで冷却し、計器から降ろします。
次に、酸抵抗性ダイシングテープでリン化ガリウム表面を覆います。ウエハーを約300ミリリットルの49%フッ化水素酸に5分間浸し、窒化ケイ素層を除去する。テープを取り出し、エウハを脱イオン水で10分間リンスし、窒素ガスの流れの下で乾燥させます。
次に、新鮮なダイシングテープでリン化ガリウム表面を覆います。プラスチックビーカーで、フッ化水素酸、硝酸、酢酸の混合物を500ミリリットル調製します。慎重にHNA溶液にウエハを入れ、室温で3分間浸します。
テープを取り出し、エウハを脱イオン水ですすいで、窒素で乾燥させます。ダイヤモンドペンを使用して、準備したウェハーを4四半期にスライスします。かごに入れ、脱イオン水のタンクで十分に洗浄し、窒素ガスで乾燥させます。
その後、緩衝された酸化物エッチ溶液に30秒間浸し、脱イオン水と窒素ガスですすいで乾燥させます。次に、1つのサンプルに50ナノメートルのアモルファスシリコンを堆積させ、シリコン寿命を確認する。次いで、組み込みのアモルファスシリコンの9ナノメートル、および16ナノメートルのp型アモルファスシリコンを、ホウ素ドーパントを用いて、第2の試料の裸のシリコン側に付着する。
3番目のサンプルでは、熱蒸発を使用して、モリブデン三酸化水源から、室温で、毎秒0.5オングストロームで、裸のシリコン側に9ナノメートルの酸化モリブデンを堆積させます。次に、非晶質シリコンと酸化モリブデンコーティングサンプルをRFスパッタリング装置に入れ、リン化ガリウム側を上に向けます。75ナノメートルのインジウム10酸化物を堆積させ、酸素流量は2.2 SCCMである。
次に、サンプルをアンロードし、それらをひっくり返します。各サンプルにメサ シャドウ マスクを配置します。それらを装置に戻し、ITOの別の75ナノメートルを堆積させる。
サンプルをアンロードし、マスクを指の影のマスクと交換し、1キロワットと8トルでITOメサに200ナノメートルの銀を堆積させます。サンプルをひっくり返し、背中の接触として、リン化されたITOガリウム側に別の200ナノメートルの銀を堆積させます。最後に、220°Cの炉内のサンプルをアニールし、大気圧。
原子間力顕微鏡は、リン化ガリウム層が約0.52ナノメートルの根平均平方粗さを有することを示し、低いねじ転位密度で高い結晶質を示した。二結晶オメガ2のシテタロッキング曲線から観察されたペンデロスンフリンジと、リン化ガリウム004反射は、滑らかな界面と一致していた。224の屈折スポットの相互空間マップは、一貫したリン化ガリウムとシリコンピークを示し、リン化ガリウムが結晶質の良いシリコン基板に完全に張り込まれていることを示しています。
リン化層を添加する前にリン拡散によってNプラス層を形成し、シリコンバルク寿命をミリ秒レベルまで維持した。このガリウムリン化シリコン寿命は約100マイクロ秒であった。デバイスは、非晶質シリコンの層、または酸化モリブデンの層のいずれかを使用して構築された。
酸化モリブデンの内部量子効率は、非晶質シリコンデバイスよりも低波長で高いままであったが、低波長でも反射率が高かった。両方のデバイスに対して有望な太陽電池性能が観察された。非晶質シリコンとモリブデン酸化物デバイスは、同等の効率、開放回路電圧、および充填因子を有していた。
全体として、酸化モリブデン層は、非晶質シリコン層よりも全体として選択的接触を行った。この手順を試みている間、特に窒化ケイ素を堆積させる場合は、MBEチャンバーにロードする前に、第2のウエハーをできるだけ清潔に保つことを忘れないでください。
