论文部分内容阅读
气候变暖和化石能源日益枯竭促使人类大规模开发利用太阳能。当前硅基太阳能电池占据光伏市场绝大部分份额。冶金法制备太阳能级硅因成本低廉,环境友好具有大规模应用的潜力。该法目前虽已取得许多研究成果,但因对B、P等非金属杂质去除不理想,依然没有大规模商业化应用。为推动解决B、P去除这一关键问题,论文创新性的提出在硅表面原位构建多孔层,通过多孔层强化吸除杂质B、P。论文主要以工业硅为研究对象,采用水热金属离子辅助法原位构建多孔层,探明刻蚀过程各因素对多孔形貌和B、P杂质吸除的影响规律,同时研究了退火对工业硅中B、P杂质的强化吸除作用,在此基础上,分析多孔层吸除非金属杂质B、P的作用机理,深化对多孔层吸除B、P的理论认识。论文主要研究内容和结论如下:（1）硅表面多孔层的原位构建。先以单晶硅为对象,比较了HF-Mex（NO3）y-HNO3中金属离子种类等对多孔层形貌的影响规律,初步确定了水热金属离子辅助法的工艺参数;并用工业硅片和工业硅粉验证了HF-Mex（NO3）y-HNO3体系刻蚀制备多孔层的可行性。实验结果表明,工业硅粉在HF-Fe（NO3）3-HNO3刻蚀体系中,固液比为1:25的条件下,获得的多孔层结构孔道分布较为均匀且密集。（2）HF-Fe（NO3）3-HNO3刻蚀体系中各因素对工业硅中B、P吸除影响规律。实验结果表明HF浓度、刻蚀温度对B杂质的吸除具有显著影响;Fe（NO3）3浓度、刻蚀时间、HNO3浓度对P杂质的吸除效果显著;获得的最佳实验参数为HF 4.00 M,Fe（NO3）3 0.03 M,HNO3 1.00 M,固液比1:25,刻蚀温度170℃,刻蚀时间5 h,在此条件下,工业硅中B、P含量从29 ppmw和59 ppmw降低到7 ppmw、15 ppmw,去除率分别达到75.862%、74.576%;再经950℃退火强化吸除后酸洗,B、P去除率提高到82.759%、76.271%。（3）多孔层对B、P吸除作用机理。分析了多孔层结构、多孔层中氧含量与B、P吸除的关系,结果表明多孔层中含有非晶SiO2,多孔层的比表面积、孔径体积和孔隙率与P杂质的去除率成正相关,非晶SiO2含量与B杂质的去除率成正相关;热力学计算表明,因O对B、P的结合能力比Si与B、P的结合能力更强,非晶SiO2多孔层又因有大量缺陷所形成的空位,而对B、P产生吸附迁移作用,使B、P进入非晶SiO2多孔层并与HF反应生成易溶于水的离子而去除,在此基础上,提出了多孔层对B、P杂质吸除作用机理模型。