晶體 Si 片切割表面損傷及其對電學性能的影響

晶體 Si 片切割表面損傷及其對電學性能的影響

摘要：對比觀察了不同工藝條件下金剛石線鋸和砂漿線鋸切割晶體 Si 片的表面 微觀形貌；分析了其切割機理及去除模式；對比分析了三種不同化學方法鈍化 Si 片的效果和穩定性；采用逐層腐蝕去除 Si 片的損傷層，使用碘酒對其進行化 學鈍化，然后測試其少子壽命，分析 Si 片少子壽命隨去除深度的變化趨勢，根 據 Si 片少子壽命達到最大值時的腐蝕深度，測試確定 Si 片的損傷層厚度。經實 驗測得，砂漿線鋸切割 Si 片的損傷層厚度為 10μm 左右，金剛石線鋸切割 Si 片的損傷層厚度為 6μm 左右。結果表明，相比于砂漿線鋸切割 Si 片，金剛石線 鋸切割 Si 片造成的表面損傷層更淺，表面的機械損傷也更小。

 關鍵詞：硅片；切割；表面損傷；少子壽命；鈍化

0 引言

Si 片表面和近表面特性對晶體硅太陽電池的性能有很大影響。太陽電池用 Si 片普遍采用砂漿線鋸切割技術切片。近年來 Si 片的切割設備與工藝技術不斷 改進，各個廠家的 Si 片表面機械損傷情況實際有很大差異，特別是近期固結金 剛石磨料線鋸開始應用于 Si 片切割，其表面機械損傷情況更有本質不同。因此， 對切割 Si 片的機械損傷及其對電學性能影響的測定顯得極其重要。

 研究和測量 Si 片的表面質量和近表面損傷的方法有很多［1］：張力誘導畸 變測量法、X 射線雙晶衍射法、表面粗糙度測量法、光譜漫放射法、去極化紅外 掃描法和激光聲波法等。還有一些間接表征 Si 片表面損傷的方法，例如通過表 面光電壓法或微波光電導衰減法測定 Si 片的少子壽命等。微波光電導衰減法（μ -PCD）測試少子壽命具有無接觸、相對簡單、快捷準確等優點，較其他測量損傷 層深度的方法更加方便，適合生產上應用［2］。此方法測量損傷層的基礎是依 靠于 Si 片的少子壽命與機械損傷引入的復合中心密度緊密相關。μ-PCD 方法實 測得到的少子壽命稱為有效少子壽命，它主要受兩個因素影響：體壽命和表面壽 命。Si 片較薄時，表面壽命遠遠小于體壽命，此時的有效壽命基本上等于表面 壽命；在 Si 片厚度一定的情況下，如果表面復合速率很大，則在測試高體壽命 樣品時，測試的壽命值與體壽命值就會偏差很大；而對于低體壽命的樣品，不會 使少子壽命降低很多。因此，表面復合對有效少子壽命的影響是非常明顯的。

 砂漿線鋸切割 Si 片的機械損傷，多數學者已經進行了大量的研究，而金剛 石線鋸切割 Si 片的近表面損傷，學者們對此研究較少。本文采用逐層腐蝕的方 法去除 Si 片的近表面損傷層，并結合微波光電導衰減法測量其少子壽命，然后 根據少子壽命的變化趨勢，對砂漿線鋸和金剛石線鋸切割 Si 片的損傷層進行測 定，對比分析其切割損傷的深度及其原因機理。