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《3.6 晶体硅太阳电池设计-化学腐蚀基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、实用文案单晶制绒(各向异性腐蚀)硅的各向异性腐蚀是指对硅的不同晶面具用不同的腐蚀速率.各向异性腐蚀剂一般分为两类:一类是有机腐蚀剂,包括EPW和联胺等,另一类无机腐蚀剂,包括无机碱性腐蚀剂,如KOHNaOHLiOH等,我们单晶制绒腐蚀剂用的是无机碱性腐蚀剂.在腐蚀液浓度一致的前提下,改变腐蚀液的温度,各晶面的腐蚀速率随温度的变化示于图5单晶制绒溶液通常用低浓度（0.5.—1.5wt%）的氢氧化钠混合（5---10vol%）的异丙醇（或乙醇）配制成，在75---80℃温度范围内对（100）晶向的硅片表面进行各向异性腐蚀，便可以得到由（111）面包围形成的角锥体分布在表面上构成的绒面。我们将<
2、100>晶向上腐蚀速率与<111>晶向上腐蚀速率比值定义为各向异性因子AF.当AF=1时,腐蚀硅片可以得到平坦的表面.当制绒液在<100>方向上具有相对高的腐蚀速率(0.6um/min)和AF=10的各向异性系数时在硅片表面上得到最高的角锥体密度,能够腐蚀出高质量绒面.腐蚀碱溶液的浓度,温度对AF有显著影响.一般来说,低浓度的碱溶液和较低的温度具有较高的AF值;反之,高浓度的碱溶液和较高溶液温度则对应低的AF数值.因此,前者用于制绒工艺,后者用于抛光工艺,在实验和生产实践中发现,制绒溶液配制好后,初次使用时AF不高,并且锥体的覆盖率也不高.使用若干次以后,AF值和绒面覆盖率逐渐提高并趋进最
3、大值.再继续使用若干次后,AF值和绒面覆盖率逐渐降低,直到溶液失效不能使用,这时候就要重新配制溶液了.硅在碱溶液中的腐蚀现象，可以用电化学腐蚀的微电池理论进行解释.阳极处Si+6OHˉSiO3-2+3H2O+4e阴极处2H++2eH2↑总的反应式Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑NaOH的作用Si在NaOH腐蚀液中反应过程，首先由水分子分解出氢氧根离子,氢氧根离子与表面原子未配对的电子结合形成Si—O键,然后打断表面原子与其它硅原子连接的共价键,最后生成Si(OH)4.我们以(100)面的原子为例,其反应过程可表示为:标准文档实用文案在第二步反应中,由于硅表面存在成键的OH基
4、团,使硅表面原子的背键强度降低,Si(OH)2团中的Si—Si背键被打开,形成了带正电荷的氢氧化硅复合物:氢氧化硅复合物进一步与两个OH-反应产生原硅酸:从以上反应过程可以看出,在硅表面的原子被“移去”的过程中.除去硅原子未受腐蚀的起始态和被腐蚀反应为原硅酸的最终态之外,还有若干个中间状态,从微观角度来说,各中间状态反映出腐蚀的微观过程,可用来说明腐蚀的机制.我们认为,处在不同晶面的硅原子的腐蚀速率之所以不同,一方面是与被反应原子所处的初始状态有关,另一方面也与反应过程中存在的各个中间状态有关.硅(100)晶面原子在NaOH腐蚀过程中出现的状态示意图(图1)首先,我们根据反应的过程看图1中
5、八种微观状态之间的转换.相应于图1中八种不同的状态,就反应中各个状态之间可能的转换示于图2中.其中,有的状态在反应条件不确定的情况下,受各种因素的影响,有可能有多种形式状态的转化.硅(100)晶面原子在腐蚀过程中各微观状态之间转化关系(图2)标准文档实用文案IPA的作用IPA1)增加硅片表面的可湿润性2)碱溶液对硅片的腐蚀速率随着IPA浓度的增加而降低3)适当浓度发IPA在溶液中起到消泡的作用我可以从碱腐蚀硅的化学原理可知,伴随腐蚀的进行,硅表面有气泡产生,气泡的尺寸与溶液的粘度,溶液的表面张力有关,气泡的大小和在硅片表面的附着时间,的表面反应的进行乃至腐蚀形成的表面形貌有直接音响.谈到气
6、泡的大小我们就必须谈到接触角(润湿角)接触角定义为液—固—气界面相交点,液—气界面的切线与液—固界面切线的夹角.CosØ=(δg-s–δl-s)/δg-l图.液体与固体表面的接触角定温定压平衡时液体在固体表面的接触角决定于固—气相、固—液相和液—气相三个界面张力的大小关系。θ＜90°时，液体润湿固体表面良好，θ＞90°时，液体润湿固体表面不好，θ=180°时，完全不润湿。纯净的硅表面是不能与水润湿的（疏水的）。实验中观察到，对于氢氧化钠水溶液，它和硅表面的润湿角θ＞90°并与溶液浓度有关。溶液中加入异丙醇（或乙醇）可以改善润湿程度，在这里，起到表面活性剂的作用。 液体在固体表面上铺展的趋势
7、大小决定于三个相的界面张力值。铺展系数定义为：Φl/s=δg-s–δg-l–δl-s 标准文档实用文案定温定压下，液体在固体表面铺展（润湿）并达到平衡时，铺展系数越大，润湿程度越高。腐蚀过程中气泡在硅片表面的演变方式决定了绒面角锥体的形成，变化和最终形貌。在润湿良好的表面上，一种腐蚀形成绒面的气泡模型如图所示。图3.液体表面张力对腐蚀气泡和角锥体尺寸的影响,表面张力(a)<（b）对于表面张力较小的情形（a），腐蚀产生
