结构化p型硅界面的钝化表面形貌和湿化学预

结构化p型硅界面的钝化-表面形态和湿化学预处理的影响

研究了具有特殊表面结构的单晶和多晶硅基片的表面形态和湿化学预处理对电子表面和界面特性的影响。通过表面光电压（SPV）测量确定了这些表面的表面电荷、能量分布和可充电状态的密度。这些结果与之前报道的单晶硅片的原子层Si()和Si()表面的结果相关联。在本文中，首次详细描述了一个特别优化的清洁、湿化学氧化和去除氧化物的程序序列。这种方法被成功地应用于去除污染和受损的表面层，并在具有均匀分布的原子阶梯的基片、多晶和具有随机分布的金字塔的单晶基片上获得原子平面区域。实现了表面微粗糙度、界面状态密度和重组损失的明显减少。通过湿式化学氧化或H端化的钝化，优化的表面状态可以在接下来的制备步骤和随后的a-Si:H等离子体增强化学气相沉积（PECVD）过程中保留下来。

关键词。

硅衬底

湿化学预处理界面状态密度重叠损耗

a-Si:H/c-Si异质结太阳能电池电气特性分析

表面光电压

1.简介

微电子器件的密度、集成度和性能不断提高，以及纳米级器件的进一步发展，如物理、化学和生物传感器，都需要在无缺陷和无污染的硅基底上制备具有不同表面方向的极薄薄膜。此外，各种应用需要具有特殊晶体结构的硅衬底。在原子平面上均匀分布的台阶，如在临近的Si()上，作为有机分子或生物层的一维或二维沉积的起点是很有利的。各种纹理的单晶和多晶衬底通常被用来优化太阳能电池的光捕获性能。在结构化的基底上，界面缺陷对氧化层、外延层和生物层的质量变得越来越关键。

钝化层在这些衬底界面上彻底清除污染和钝化可充电状态，对于进一步提高硅太阳能电池的能量转换效率是非常重要的问题。

电荷载流子在硅界面上的重组损失主要由表面电荷和充电状态Dit的密度和特性控制[1]。这些电子界面状态来自于在非常小的层间延伸的悬空键缺陷，只有几A?。因此，这些状态的密度这些状态与表面形态和微观粗糙度密切相关。为了减少界面重组损失，专门建立了不同的方法，以尽量减少硅界面上的电子活性缺陷的密度。可以利用表面带状弯曲的工程来分离电子结和晶体界面[2]。然而，在非晶/晶体异质结太阳能电池的情况下，晶体硅和非晶（a-Si:H）层之间的界面被用来形成p/n结，衬底表面直接成为电子界面的一部分。在这种情况下，湿化学预处理的最终目的必须是氢气去除硅表面的受损区域，并使表面和近表面区域的悬空键饱和（H终止）[3]。

稀释的氢氟酸--所谓的HF浸渍--被广泛用作氧化清洗程序后的最终蚀刻液，以获得H端化的硅表面[4]。通过几种表面分析技术研究了如此制备的H-端化表面。EELS测量显示，Si()表面主要由单水化物BBSis-H覆盖[5]。在MIR-IR测量的基础上，Chabal等人进一步确定了由HF处理过的表面的微粗糙度引起的二氢化Sis(-H)2和三氢化Sis(-H)3的存在[6]。通过额外的ATR调查，BBSis-OH键在Si()和Si()表面都被发现[4]。此外，通过XPS和HREElS测量，在HF处理的表面上观察到不同的氟化物覆盖率（BBSis-F），范围在=F/cm2和一个单层之间。卤化物覆盖率被发现取决于处理时间和HF浓度以及蚀刻溶液的pH值[4,7,8]。

为了通过化学[6,9-11]和电化学[12,13]平滑来减少Si()表面的微观粗糙度，开发了各种应用氟化铵（NH4F）溶液的程序。结果发现，在洁净室条件下，通过H端化产生的表面钝化，在几分钟到几小时的时间内，可以抑制原生氧化。然而，为单晶、平面抛光晶圆开发的湿化学清洗和钝化方法，对多晶基材和结构化及纳米结构的表面并不那么有效。最近报道的结果表明，可充电界面状态的密度主要受到初始基片表面的清洁、平滑和化学钝化的影响[14]。

湿化学清洗和平滑程序通常包括两个基本步骤：用氧化剂形成硅/硅-氧化物界面，随后用含HF或NH4F的溶液去除所制备的氧化物层。本文报告了对具有不同表面结构的p型硅衬底的湿化学氧化和蚀刻过程的系统调查。为了去除污染和受损的表面层，并减少结构化单晶和多晶基底上制备引起的表面微观粗糙度，开发了优化的湿化学平滑和氧化物去除程序序列。

通过应用非破坏性的、对表面非常敏感的非接触表面光电压（SPV）测量技术，研究了这些湿化学处理对电子表面特性的影响。表面光电压Uph、表面费米级EFS以及界面状态的能量分布Dit(E)在制备过程中和在洁净室环境中长期储存后被反复测定。这些调查的结果与之前报道的通过脉冲光致发光（PL）[15,16]、红外（IR）和紫外可见（UV-Vis）区域的光谱-椭圆仪（SE）[17]、原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）[21]测量抛光单晶基片[14,18-21]得到的结论相关。这样在表面形态、可充电界面状态的密度和能量分布以及由此产生的硅界面上的重组损失之间建立了相关关系。

在几个月内，通过H终止和薄的湿化学氧化层的化学表面钝化的稳定性得到了改善。为了回答这个问题，在随后通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）进行a-Si:H沉积时，表面状态的优化化学钝化能在多大程度上被保留下来，湿化学预处理的可靠性和有效性在异质结太阳能电池（ZnO/a-Si:H（n）/c-Si（p）/Al）上得到了改善。正如最近报道的那样，在具有金字塔形捕光结构的基底上应用优化的表面预处理技术，使非晶/晶异质结太阳能电池（ZnO/a-Si:H(n)/c-Si(p)/Al）的效率从17.4%（已确认）[22]提高到18.4%[23]。

2.实验性

2.1.结构化硅表面的湿化学制备

使用的硅材料包括抛光的单晶Si()和Si()p型硅片(1-10Vcm)以及p型多晶的边缘沉积?lm助长(EFG)硅片。准备工作通常是通过美国无线电公司（RadioCorporationofAmerica）的传统清洁方法开始的。

美国无线电公司（RCA）的传统清洗方法--自年以来经常用于硅设备制造--由W.W.Kern[24,25]公布的方法（表1）。之后，首先对基片进行处理，以获得不同应用所需的宏观晶体构型，然后进行特殊序列的湿化学氧化和蚀刻处理，以减少微观的表面粗糙度。具有不同切口的边缘Si()被用来在浓缩的氟化铵溶液（NH4F48%）中蚀刻，以实现基片表面均匀分布的原子阶。具有随机分布的颠倒金字塔的基片，高度为1-2毫米的基片是通过在碱性溶液中对Si()晶片进行各向异性的蚀刻而制备的。

为了降低原子范围内结构化表面的粗糙度，采用了不同序列的湿化学氧化和氢终止程序。湿化学氧化是通过使用不同的程序进行的。(a)RCAI溶液在75℃下10分钟，(b)RCAII溶液在75℃下10分钟，(c)H2SO4:H2O2（1:1）沸腾溶液在℃下10分钟，(d)HCl36%40℃下5分钟，(e)HNO3（65%）在60℃下5分钟，(f)HNO3（65%）在℃下15分钟，以及(g)去离子水在80℃下分钟（表3）。

通过使用(i)NH4F(40%,pH7.8)溶液4或6.5分钟，或者(ii)稀释的HF(1%)溶液不同的处理时间(60-秒)来去除准备好的湿化学氧化物，完成氢终止。通过在(h)浓缩的HF(48%)溶液中的蚀刻，实现了表面微观粗糙度的系统增加。为了提高氢终止以及湿化学氧化物的表面钝化的稳定性，样品被储存在洁净室空气中（25℃，湿度约50%）。

非晶硅a-Si:H层（8纳米）是通过传统的13.56MHz等离子体增强化学气相沉积法，在9mW/cm2的射频功率下，在?oat区生长的单晶p型硅片（1-2Vcm，-mm厚）上沉积的[26]。

a-Si:H的掺杂是通过混合SiH4和H2稀释的PH3来实现n型掺杂。a-Si:H发射器层的沉积温度约为℃。

2.2.表面电荷和界面状态密度的确定

非常敏感的电学方法，如电容电压（CV）或SPV测量，对于测量范围在至cm-2eV-1的电子状态密度是必要的，这极大地改变了硅表面和界面的电子特性。

大信号表面光电压方法在这里被应用于表面带状弯曲和界面状态密度Dit(E)的能量分布的无接触测量。测量是在湿化学处理后进行的，没有任何接触准备，使用云母箔电介质隔板，与[20]中描述的实验装置相同。SPV测量的实验构架示意图见图1。一个透明的电极和样品与薄云母层一起构成一个电容器。一个脉冲激光二极管（脉冲长度。ns，波长l=nm，光子流量F?s-1cm-2）被用来激发电子-空穴对。照射强度足够高，以获得高注入条件，使带状弯曲潜入?at带条件。从用瞬态记录仪记录的大信号光电压脉冲（分辨率为5ns），可以得到表面电位，如[13]中所述。

以前曾详细介绍过从依赖电场的SPV测量中获得表面费米级EFs和界面状态的能量分布的方法[13,20]。表面和界面状态的能量分布Dit(E)是通过测量表面光电压Uph作为外部偏置电压Uf的函数来确定的，这种技术最早由Heilig在年描述[27]。为此，一个垂直于表面的变化电场

垂直于表面的变化电场，使表面电位Fs作为电场电压的函数连续变化[28]。一个电场电压脉冲的持续时间是毫秒，然后是一个相反的但相同的脉冲，以尽量减少电荷积累的影响[29]。能量分布Dit(E)的最小值Dit,min被用作硅衬底电子质量的一个指标。

技术过程中的表面和界面。在室温下测量的光电压脉冲的时间衰减，还可以得到有关界面重组行为的信息[30]。

3.结果和讨论

3.1.制备引起的表面状态和平面抛光的p型硅片上的电荷

以前在平面抛光的样品上详细研究了表面取向和微粗糙度对湿化学处理的p型硅（）和硅（）的电子特性的影响[14,17,18]。研究表明，H型硅基底的表面电荷和界面态密度主要由制备引起的表面微粗糙度和表面覆盖决定。图2显示了蚀刻溶液和洁净室条件的影响。表2中还简要介绍了基材制造工艺和表面取向的影响。图2a显示了有代表性的光电压与菲尔德电压Uph（UF）图。大信号的光电压与表面势垒有关，它在实际排列中由外部偏压控制[31]。图2b显示了计算出的界面状态分布Dit(E)，这通常是在标准RCA工艺（RCAI+II）（曲线1）后立即在抛光的H型终止的P型样品上获得的，并在随后的含HF溶液中处理后获得。HF（48%，30秒）处理（曲线2）和Chabal等人报告的标准H终止工艺之后。[6]（H2SO4：H2O2（1：1）10分钟+NH4F6.5分钟），在环境条件下进行（曲线3）和在洁净室条件下进行（曲线4）。如图2b，曲线1所示，在RCA处理后，一般会发现高密度的界面状态。这个标准过程的两个步骤，RCAI（APM：氨/过氧化氢混合物）和RCAII（HPM：盐酸/过氧化氢混合物），已经被证实可以有效地去除颗粒以及有机物和金属表面的污染[25]。然而，快速和不规则的湿化学氧化生长，增加了硅衬底和剩余氧化层之间的界面微粗糙度[32]。此外，在RCAI过程中，所谓的光点缺陷的发展是H2O2分解的副作用。

观察到H2O2溶液的分解[33]。含有HF的溶液对于在RCA工艺后蚀刻剩余的湿化学氧化物是必要的。浓度为48%的HF溶液会导致高密度的表面状态和正的表面电荷，导致p型基底上的强烈反转（图2，曲线2）[18]。使用NH4F（48%，6.5分钟）（图2，曲线3）或稀释的HF1%（如图4，曲线1和4所示），发现正的表面电荷以及表面状态的密度明显减少。通过在优化的洁净室条件下（图2b，曲线4）或在干燥的氮气（N2）气氛中（表2）进行制备，可以实现表面电荷和界面状态密度的进一步减少，这可以抑制湿化学制备过程中的初始表面氧化。[34-36].其余小的正表面电荷值（图2a，曲线4）是由于硅和氢原子之间的电负性不同而导致的BBSi-H键的极化[3]。

图1.SPV测量的实验装置。

图2.SPV(UF)曲线(a)和Dit(E)(b)为经过RCAI和II工艺[25](曲线1)，以及随后在含HF的溶液中蚀刻得到的p型Si()表面。HF48%（曲线2），以及在环境空气中（曲线3）或在洁净室条件下（曲线4）进行的标准H端化[6]。

表2给出了Dit,min的最小值，这些值是在优化的制备条件下在平面、抛光的H-终止的Czochralski（CZ）和FloatZone（FZ）晶片上得到的。相关的有效表面微粗糙度hdri是通过同时进行UV-VisSE测量确定的[17]。在这些研究中，Si()和Si()的表面通过应用湿式化学氧化和在干燥的N2气氛中的清洁室条件下进行的去除氧化物的组合而被H端接。总结这些结果，在Si()上，由于NH4F溶液的各向异性蚀刻，发现Dit,min和hdri的值普遍较高[37]。另一方面，在CZSi()晶片上，与FZ晶片相比，同样的制备方法产生了更高的表面状态密度。

与FZ晶片相比。最低的值，Dit,min1.5×cm-2eV-1，是在最光滑的、经热水预处理的H-端接的Si()表面获得了最低值。这清楚地表明，制备引起的H-端接硅表面的微粗糙是由两个不同的化学过程造成的：表面的湿化学氧化以及氧化硅和不同基底表面在去除氧化物时的蚀刻行为。

为了验证在最终蚀刻步骤之前不同的湿化学氧化程序的效果，研究了p型衬底上产生的氧化层界面上的状态密度和表面电荷。为了这个目的，各种氧化溶液被应用在原子层上，之前的H-终止的表面。表3总结了准备工作的细节，以及由此产生的界面状态密度Dit,min和有效氧化物厚度hdoxi的值，这些值是通过同时进行SPV和UV-VisSE测量确定的[19]。标准RCA处理

(a,b,a+b)，详见表1，导致化学氧化层的厚度从10到13A?，其特点是高界面态密度Dit,min5×cm-2eV-1（图2b，曲线1）。传统意义上的界面态密度在制备的湿化学氧化物（c-f）的界面态密度被观察到高于Dit,min?3×cm-2eV-1。使用热水处理(g)得到的最佳值约为Dit,min?4×cm-2eV-1，产生的氧化层厚度达15A，在Si()和Si()上的25A?的氧化层。

图3显示了在湿化学氧化（a-g）和H-端接（h和i）的p型表面上测定的表面费米级位置EFs=EF-Ei（x=0），其体部费米级EFb?EF-EiexwT?-0:31...-0:33eV。高频处理（图2a，曲线2）会在H-端点的p型硅表面产生一个强的反转层（图3，h），这是由于负电荷引起的正电荷。

由硅表面原子上的电负性表面基团（-H、-O-H和-F）引起的正电荷。在洁净室条件下使用NH4F作为最终蚀刻剂（图2a，曲线4），剩余的表面电荷量来自硅和氢之间的电负性差异（图3，i）。

在对最初的H-末端表面进行湿化学氧化后，得到了表面费米级EF的特征值，这是由于界面捕获的电荷Qit和不同种类的氧化物电荷造成的。大多数氧化溶液RCAII、HCl和HNO3导致p型硅表面的空穴强烈耗尽（图3，b，d-f），这是由于正的固定的氧化物电荷，这也是从热制备的氧化物的CV测量中得知的。与此相反，RCAI过程导致了一个负的表面电荷，我们认为这源于碱性溶液中氧化层的BBSi-OH基团的解离（BBSi-OHBBSi-O-+H+）。

仅仅应用H2SO4:H2O2溶液（图3，c）和热水处理（图3，g）被确认为在湿化学表面氧化过程中没有导致p型基板上界面电荷的明显增加。正如下一节所示，这两种处理方法在湿化学平滑和钝化程序中被证明是最有效的，这些程序被进一步开发用于结构化表面。

3.2.用湿化学氧化物对单晶和多晶硅进行平滑和钝化处理

在湿化学氧化过程中，Si/SiO2界面向Si体中移动块，因此，几A?厚的Si表面层可以通过氧化物的回蚀而被去除。这个原理可以用来清除污染，并减少多晶和纳米结构基材的表面微粗糙度。然而，前提条件是平滑和H终止程序必须针对具有不同表面取向的区域的氧化和蚀刻行为进行优化。表面方向和晶界对各种H终止程序效率的影响在p型单晶硅()和硅()晶圆以及多晶EFG硅上得到了体现，这些晶圆通常用于降低光伏应用的基底成本。

图4显示了在p型（a）Si（），（b）Si（）和（c）EFG基底上，使用HF（1%）或NH4F（40%，pH7.8）处理后，紧接着RCA、H2SO4/H2O2或热水处理后得到的界面状态分布Dit（E）。传统的RCA处理[24]，然后是经常使用的HF1%浸渍（60秒），导致单晶硅（）和硅（）表面的界面状态密度约为Dit,min?1×cm-2eV-1（图4a和b，曲线1），但在EFG基板上的值明显更高（图4c，曲线1）。由Chabal等人描述的标准H-终止程序。[6]，使用H2SO4:H2O2作为氧化溶液，然后在NH4F溶液中蚀刻，结果在Si()上的Dit,min?5×cm-2eV-1的值更低，表面更光滑（图4a，曲线2）。在Si()上Dit,min2×cm-2eV-1的较高值（图4b,

曲线2），分别。在EFG基板上（图4c，曲线2），这个标准的H终止程序会导致非常高的Dit,min1×cm-2eV-1的值，由于各向异性的蚀刻区域的

含有Si()取向和晶界的各向异性蚀刻。一个可以确定的原因也可能是非常高的污染水平，这将在下一章更详细地描述。

在Si()上Dit,min?1-2×cm-2eV-1的最低值（图4a，曲线3），以及在Si()上Dit,min?5×cm-2eV-1（图4b，曲线3）是通过在C的去离子水中氧化，结合NH4F溶液中去除氧化物实现的。

然而，在Si()表面，NH4F处理会导致各向异性的蚀刻[38]，导致Si()面高达7纳米。

图3.在p型表面上确定的费米级位置EFs=EF-Ei(x=0)，散装费米级EFb?EF-EiexwT?-0:31...-0:33eV后，用HF48%终止(h)和NH4F(i)，以及随后在各种溶液中的湿化学氧化，详见表3（a-g）。

图4.通过RCAII（曲线1）、H2SO4/H2O2（曲线2和4）或热水（曲线3）的湿化学氧化，以及随后分别通过HF（1%）（曲线1和4）或NH4F（40%，pH7.8）（曲线2和3）的处理去除氧化物，在H端P型衬底（a）Si（）、（b）Si（）和（c）EFG-Si上获得Dit（E）。

[39].为了避免Si()表面区域的各向异性蚀刻，HF(1%)处理(60秒)被用作这里的最终蚀刻步骤，随后在H2SO4：H2O2溶液中进行氧化。这样一来，均匀的?atSi()表面得到了Dit,min?5×cm-2eV-1的可攻击值（图4b，曲线4）。通过在EFG子板上应用这种优化的H终止程序，实现了Dit,min?1×cm-2eV-1的显著降低（图4c，曲线4）。

表面钝化的稳定性是技术过程中的一个重要参数，因为无意的和不规则生长的原生氧化物降低了形态和电子界面的性能，阻碍了高质量外延和非晶硅薄膜的低温生长。表面的H-终止主要限制了室温下原生氧化物的生长，但不能完全抑制最初的氧化过程[40,41]和缺陷的产生[42]。为了避免在环境气氛下储存期间的这些负面影响，在储存期间利用薄的湿化学氧化层来钝化最初制备的表面结构。为此，单晶石基片和EFG晶圆首先被清洗，然后进行蚀刻，以达到所需的宏观表面构型和H型端点，同时考虑到表面取向。晶片表面随后在H2SO4：H2O2（1：1）溶液中重新氧化10分钟。

正如原子力显微镜测量所显示的，在这种湿化学再氧化和随后在空气中储存几个月后，发现最初的H端化的硅表面的形貌被保留下来。通过在短时间的HF浸泡（1%HF，90秒）中去除氧化层，重新建立了H-末端表面不变的初始形态[21]。这种方法被成功地应用于具有均匀分布的台阶的基底钝化，并获得用于沉积C60富勒烯薄膜的原子级区域，用于自旋量子计算机研究[43]。

3.3.用于太阳能电池的随机分布的金字塔的表面制备

由于几个重要的影响因素，为平面表面开发的湿化学清洗和钝化方法对于结构化和纳米化的表面并不那么有效。

对于结构化和纳米结构化的基材来说并不那么有效。首先，如上所示，不同的表面方向会导致在亲核溶液中出现各向异性的蚀刻行为[38,39]。其次，在清洁、冲洗和储存在洁净室空气中的过程中，H型末端表面的原生氧化物的生长速度强烈地依赖于表面形态、微粗糙度和结晶学方向[14,44]。此外，结晶学上的表面不规则增加了六氟硅酸铵（NH4）2SiF6沉淀的风险，这是在含有NH4F的溶液中与Si和SiO2反应产生的[45]。为了去除制备引起的表面损伤、污染和结构化基底上的原生氧化物，有必要根据表面取向和形态进行特殊的湿化学程序序列的优化。

研究了湿化学清洗、氧化和蚀刻步骤的各种组合，以最大限度地减少基底表面的状态密度和a-Si:H(n)/c-Si(p)异质界面的重组损失，这些异质界面是通过在随机分布的金字塔结构的单晶基底上使用PE-CVD进行a-Si:H沉积制备的。制备条件详见表4。在a-Si:H沉积之前，通过SPV测量，确定了H端基底表面的结果密度和能量分布。

图5显示了在标准RCA+HF1%预处理（曲线1）和在表4中详细描述的各种预处理后的金字塔结构表面上获得的Dit（E）曲线。金字塔的蚀刻过程增加了带边缘附近和间隙下部的状态密度，即更接近价带边缘，并导致能量分布明显变窄（图5，曲线2）。这些状态的增加，与氧化程度较低的硅原子上的应变键缺陷和由羟基形成的Si+1（Si2OBBSi-）缺陷有关[14]，通常在HF（48%）蚀刻的高微粗糙度表面观察到（图2，曲线2）。在各向异性的蚀刻过程中，Si()衬底的初始表面取向变为金字塔面的Si()取向。很明显，这个过程也导致了表面不规则性的强烈增加。

除此之外，为平面Si()表面开发的标准平滑程序将NH4F溶液作为最后的蚀刻步骤，增加了Si()金字塔以及EFG基片上能量分布最小的状态密度（图5，曲线3）（如图4c，曲线2所示）。含有NH4F的溶液会产生各种铵盐，在表面上形成沉积物，即使通过密集的水冲洗也无法去除[45]。正如SEM调查显示的那样[21]，这些沉积物的形成似乎特别始于表面颗粒污染，或结构表面的结晶不规则。

为了避免NH4F溶液的表面污染，对平滑程序进行了优化，利用H2SO4/H2O2进行湿化学氧化，HF1%作为最终的蚀刻溶液。这样一来，与表面粗糙度有关的间隙下部的状态密度明显减少（图5，曲线4和5）。高频处理时间从60秒（图5，曲线4）延长到秒（图5，曲线5），导致间隙上部的状态密度降低，即更接近传导带边缘。间隙上部的这些状态的密度是由较高阶段的氧化，Si+2（SiO2BBSi-）的悬空键造成的，并被发现与硅表面氧化的阶段密切相关[20]。

总结一下这些结果。在Si()金字塔上的Dit(E)，发现Dit(E)主要受表面预氧化的两个步骤的影响。

图5.在标准RCA+HF1%预处理（曲线1）和在表4中详细描述的各种预处理后的金字塔上获得的Dit(E)（编号2-5）。RCA和HF1%60秒（曲线2），NH4F的标准H终止（曲线3），随后通过H2SO4/H2O2和HF1%的不同处理时间60秒（曲线4）和秒（曲线5）的平滑程序。

处理方法：首先，湿化学平滑程序对基材的原子层和结构区域的有效性；其次，在HF（1%）溶液的最终蚀刻过程中，彻底清除本地和湿化学的氧化物。

此外，通过对非晶硅/晶硅异质界面的时间分辨SPV测量，对制备引起的表面微粗糙度和去除剩余的湿化学氧化物对界面重组行为的影响进行了研究（图6）。

图6显示了SPV瞬态Uphoto(t)，通常是在表4中列出的不同表面预处理（编号6-8）后，在结构为随机分布的颠倒金字塔的基片上制备的a-Si/c-Si界面上测量的：标准RCA清洗+HF浸渍（秒）（图6）。6，曲线1），标准RCA清洗+HF浸渍（秒），然后在H2SO4/H2O2中进行湿化学氧化，随后通过HF浸渍（秒）去除氧化物（图6，曲线2），以及延长HF浸渍（秒）（图6，曲线3）。在这里，光电压衰减的增加可以被视为衡量通过湿化学平滑（图6，曲线2）实现的界面重组的逐步减少，以及通过延长高频处理时间（图6，曲线3）实现的额外优化的氧化物去除。

总结对基材表面和非晶/晶界面的测量结果：通过结合优化的湿化学平滑程序和延长的HF处理，实现了Si()金字塔上最有效的缺陷钝化。

图6.在有金字塔的基底上制备的a-Si/c-Si界面上测量的SPV瞬时值Uphoto（t），如表4（编号6-8）所述，经过不同的表面预处理：标准RCA清洗+HF1%秒（曲线1），标准RCA清洗+HF1%秒，然后在H2SO4/H2O2中进行湿化学氧化，随后用HF1%秒去除氧化物（曲线2），以及延长HF1%秒（曲线3）。

以完全去除湿化学氧化物（表4，编号8），（图6，曲线3）。

在a-Si/c-Si异质结太阳能电池上沉积a-Si:H之前，将这种优化的制备方法应用于结构化的c-Si基片，实现了太阳能电池参数Isc、Voc、?ll因子和ef?ciencyh的显著增加[23]。这样一来，就有可能提高电池的可靠性。

在随机分布的金字塔基片上制备电池的可靠性，并将非晶-晶体异质结太阳能电池（ZnO/a-Si:H(n)/c-Si(p)/Al）的能效从17.4%（已确认）[22]提高到18.4%[23]。

4.结论

研究表明，湿化学表面处理的效果受到各种参数的强烈影响，例如，洁净室条件、基片的体积特性和表面取向、湿化学溶液的成分以及清洁、氧化和蚀刻步骤的优化顺序。为了在薄膜制备之前立即控制表面条件，在技术过程中需要快速、非破坏性的方法来监测电子表面特性。研究表明，非接触式SPV测量提供了关于湿化学制备过程对表面电荷、状态密度和湿化学氧化的Si界面和H端接表面的重组损耗的影响的详细信息。

这些调查的结果被成功地用于减少具有特殊表面结构的硅基材的表面污染和微粗糙度。湿式化学氧化层的表面钝化被发现在环境空气中长期储存是稳定的。在Si()金字塔上，通过优化的湿化学平滑和H-终止过程，制备引起的表面电荷、表面状态密度和电荷载体的界面重组损失都明显减少。研究表明，在随后的a-Si:H沉积过程中，优化的Si基底表面状态可以被保留下来，并转移到具有低界面重组速度的a-Si:H/c-Si异质界面中。

然而，到目前为止，关于湿化学处理的缺陷钝化机制仍有许多问题需要澄清。为了更好地理解结构化硅表面的化学反应和由此产生的电子界面特性，有必要进一步调查硅表面缺陷和湿化学溶液之间的微观相互作用。

鸣谢

文献：Passivationofstructuredp-typesiliconinterfaces:Effectofsurfacemorphologyandwet-chemicalpre-treatment