双界面调控的n型单晶硅的处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电化学电池技术领域，特别是涉及一种双界面调控的η型单晶硅的处理方法。
【背景技术】
[0002]太阳能是地球上最为丰富的清洁能源之一，同样，氢气也被认为是“零排放”的高效清洁能源。利用集成了半导体光电极、太阳能和水/电解液的光电化学电池来制氢被认为是一种低成本、清洁、环境友好的绿色能源产生方法，从而受到广泛重视。其中，太阳光能-化学能转换效率、长时间稳定工作及降低成本是光电化学电池领域中研宄的重点。
[0003]Si半导体是重要的电子工业和光伏材料，其低成本、理想的能带结构、优异的光电转化和电荷传输特性，使Si半导体成为极具潜力的光电化学电池制氢的电极材料。光电化学电池中光阴极的材料一般是选用P型硅片，为了提高光解水的开启电压和效率，有人提出在P型硅表面制备一层η+层。但是，如此会大大增加表面载流子的俄歇复合，使得光电流受到限制。
[0004]因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种双界面调控的η型单晶硅的处理方法，以克服现有技术中存在的不足。
[0006]为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下:
[0007]一种双界面调控的η型单晶硅的处理方法，其包括如下步骤:
[0008]S1.提供η型硅片，在η型硅片的背面制作Al掺杂的P+发射极，对背面制作有Al掺杂的P+发射极的η型硅片进行预退火处理，之后再对其进行二次退火处理；
[0009]S2.在η型硅片的正面进行制绒，并对制绒面进行清洗；
[0010]S3.在清洗过的制绒面上沉积形成Al2O3薄膜层；
[0011]S4.在形成的Al2O3薄膜层进行贵金属修饰。
[0012]作为本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法的改进，所述步骤SI中，通过丝网印刷的方法在所述η型硅片的背面制作Al掺杂的P+发射极。
[0013]作为本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法的改进，所述步骤SI中，预退火的温度为150°C，时间为5min ;二次退火的温度为900°C，时间为1s?lmin。
[0014]作为本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法的改进，所述步骤S3中，通过原子层沉积法在制绒面上沉积形成Al2O3薄膜层。
[0015]作为本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法的改进，所述原子层沉积法沉积Al2O3薄膜层中，使用的前驱体为三甲基铝。
[0016]作为本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法的改进，所述原子层沉积法沉积Al2O3薄膜层中，沉积时的温度控制在200°C，沉积形成的Al 203薄膜层的厚度为2 + 0.1nm0
[0017]作为本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法的改进，所述步骤S4中，通过电沉积的方式进行贵金属修饰。
[0018]作为本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法的改进，电沉积的方式进行贵金属修饰中，沉积时的电压为-0.2±0.1V，沉积时间为160s。
[0019]作为本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法的改进，所述步骤S4中，所述贵金属为钼金。
[0020]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法使得光电化学电池中光生电子与空穴之间的俄歇复合率明显降低，且稳定性增强、使用寿命长，同时具有较高的光解水效率。
【具体实施方式】
[0021]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0022]本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法包括如下步骤:
[0023]S1.提供η型硅片，在η型硅片的背面制作Al掺杂的P+发射极，对背面制作有Al掺杂的P+发射极的η型硅片进行预退火处理，之后再对其进行二次退火处理。
[0024]其中，优选通过丝网印刷的方法在所述η型硅片的背面制作Al掺杂的ρ+发射极。此外，预退火的温度为150°C，时间为5min ;二次退火的温度为900°C，时间为1s?lmin。进行预退火的目的在于使Al掺杂的P+发射极中有机物蒸发，进行二次退火的目的在于使η型硅片的背面形成Al-P+发射极。
[0025]S2.在η型硅片的正面进行制绒，并对制绒面进行清洗。
[0026]其中，清洗的目的在于除硅片表面的机械损伤层以及油污和金属杂质，提高光的吸收。
[0027]S3.在清洗过的制绒面上沉积形成Al2O3薄膜层。
[0028]其中，形成的Al2O3薄膜层还起到了表面钝化和降低光生电子进入电解质势皇的作用，从而增加稳定性。这是由于，电极的表面处于浅掺杂，使得光生电子与空穴之间的俄歇复合率明显降低。
[0029]进一步地，优选通过原子层沉积法在制绒面上沉积形成Al2O3薄膜层。进一步地，所述原子层沉积法沉积Al2O3薄膜层过程中，使用的前驱体为三甲基铝。沉积时的温度控制在200°C，沉积形成的Al2O3薄膜层的厚度为2±0.lnm。
[0030]S4.在形成的Al2O3薄膜层进行贵金属修饰。
[0031]其中，优选通过电沉积的方式进行贵金属修饰。进行贵金属修饰的目的在于进一步提高电极的光分解水能力。进一步地，电沉积的方式进行贵金属修饰中，沉积时的电压为-0.2±0.1V，沉积时间为160s。此外，进行修饰时使用的贵金属可以为铂金。
[0032]下面结合具体实施例对本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法进行举例说明。
[0033]实施例1
[0034]分别取单晶η型硅片和单晶P型硅片各一组。
[0035]将其中单晶η型硅片背面运用丝网印刷的方法形成Al掺杂的ρ+发射极。将经过丝网印刷的η型硅片进行预退火，使铝电极中的有机物蒸发。再将经过预退火处理的η型硅片送入炉中，在900°C条件下进行二次退火处理。对二次退火处理后的η型硅片的正面进行制绒，并清洗。通过原子层沉积法在制绒面沉积2nm厚的Al2O3薄膜层，并在在形成的Al2O3薄膜层通过电沉积的方式修饰铂金。
[0036]在其中单晶P型硅片的背面制作欧姆接触的铝电极，正面经过制绒、扩散、刻蚀后形成η.层。然后，在单晶P型娃片的正面沉积一层2nm厚的Al 203薄膜层，最后在Al 203薄膜层表面修饰铂金。
[0037]对上述经过处理后的η型硅片和单晶P型硅片进行电化学测试。电化学测试中，电化学测试所用的光源为氙灯模拟太阳光光源，光强为:100毫瓦/平方厘米；所用的溶液为:高氯酸或硫酸，浓度为lmol/L。
[0038]经电化学测试可知，经本发明处理方法处理的单晶η型硅片稳定性得到增强，其在酸性溶液中能够连续光解水约150h，通过贵重金属修饰后的开启电压为0.54V(相对于可逆氢电位RHE)，光电转化效率为8.6%。
[0039]而单晶P型硅片，表面n+掺杂的光电极在酸性溶液中只能够连续光解水约100h，通过铂金修饰后的开启电压为0.42V (相对于可逆氢电位RHE)，光电转化效率为4.93%。
[0040]综上所示，本发明的双界面调控的η型单晶硅的处理方法使得光电化学电池中光生电子与空穴之间的俄歇复合率明显降低，且稳定性增强、使用寿命长，同时具有较高的光解水效率。
[0041]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0042]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种双界面调控的η型单晶硅的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括如下步骤: 51.提供η型硅片，在η型硅片的背面制作Al掺杂的ρ+发射极，对背面制作有Al掺杂的P+发射极的η型硅片进行预退火处理，之后再对其进行二次退火处理； 52.在η型硅片的正面进行制绒，并对制绒面进行清洗； 53.在清洗过的制绒面上沉积形成Al2O3薄膜层； 54.在形成的Al2O3薄膜层进行贵金属修饰。2.根据权利要求1所述的双界面调控的η型单晶硅的处理方法，其特征在于，所述步骤SI中，通过丝网印刷的方法在所述η型硅片的背面制作Al掺杂的P+发射极。3.根据权利要求1所述的双界面调控的η型单晶硅的处理方法，其特征在于，所述步骤SI中，预退火的温度为150°C，时间为5min ;二次退火的温度为900°C，时间为1s?lmin。4.根据权利要求1所述的双界面调控的η型单晶硅的处理方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过原子层沉积法在制绒面上沉积形成Al2O3薄膜层。5.根据权利要求4所述的双界面调控的η型单晶硅的处理方法，其特征在于，所述原子层沉积法沉积Al2O3薄膜层中，使用的前驱体为三甲基铝。6.根据权利要求4所述的双界面调控的η型单晶硅的处理方法，其特征在于，所述原子层沉积法沉积Al2O3薄膜层中，沉积时的温度控制在200°C，沉积形成的Al 203薄膜层的厚度为 2±0.lnm。7.根据权利要求1所述的双界面调控的η型单晶硅的处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过电沉积的方式进行贵金属修饰。8.根据权利要求7所述的双界面调控的η型单晶硅的处理方法，其特征在于，电沉积的方式进行贵金属修饰中，沉积时的电压为-0.2±0.1V，沉积时间为160s。9.根据权利要求1或7所述的双界面调控的η型单晶硅的处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述贵金属为钼金。
【专利摘要】本发明公开了一种双界面调控的n型单晶硅的处理方法，其包括如下步骤：S1.提供n型硅片，在n型硅片的背面制作Al掺杂的p+发射极，对背面制作有Al掺杂的p+发射极的n型硅片进行预退火处理，之后再对其进行二次退火处理；S2.在n型硅片的正面进行制绒，并对制绒面进行清洗；S3.在清洗过的制绒面上沉积形成Al2O3薄膜层；S4.在形成的Al2O3薄膜层进行贵金属修饰。本发明的双界面调控的n型单晶硅的处理方法使得光电化学电池中光生电子与空穴之间的俄歇复合率明显降低，且稳定性增强、使用寿命长，同时具有较高的光解水效率。
【IPC分类】H01G9/20
【公开号】CN104900412
【申请号】CN201510158432
【发明人】沈明荣, 范荣磊, 苏晓东
【申请人】苏州大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月3日