Reduction of optical losses in crystalline silicon solar cells by surface modification is one of the most important issues of silicon photovoltaics. Porous Si layers on the front surface of textured Si substrates have been investigated with the aim of improving the optical losses of the solar cells, because an anti-reflection coating and a surface passivation can be obtained simultaneously in one process. We have demonstrated the feasibility of a very efficient porous Si AR layer, prepared by a simple, cost effective, electrochemical etching method. Silicon p-type CZ (100) oriented wafers were textured by anisotropic etching in sodium carbonate solution. Then, the porous Si layer were formed by electrochemical etching in HF solutions. After that, the properties of porous Si in terms of morphology, structure and reflectance are summarized. The surface morphology of porous Si layers were investigated using SEM. The formation of a porous Si layer about $0.1{\mu}m$ thick on the textured silicon wafer result in an effective reflectance coefficient Reff lower than 5% in the wavelength region from 400 to 1000nm. Such a surface modification allows improving the Si solar cell characteristics.
Porous silicon was prepared by anodic reaction. The process was controlled by current density and etching time an the thickness change and the room temperature PL was measured. The thickness of porous silicon was increased with etching time and was decreased after critical time. It was the same as increasing current density. It needed only 15 sec to electropolish the surface of porous silicon above current density 70 mA/cm2. We can understand that increasing etching time leads narrow size of Si column by porous silicon formation mechanism. And the sample with narrow Si column revealed PL blue shift. The specimens were heated in the range of 300-1000$^{\circ}C$ in order to see PL changes. The heat treatment was proceeded in H2 atmosphere vacuum system to avoid oxidation. The PL was disappeared above 600$^{\circ}C$. In high temperature some sintered Si columns were observed in SEM photography. There was no difference of -Hx bonds which was suggested as evidence of hydride compounds luminescence between 500$^{\circ}C$ and 600$^{\circ}C$. Thus it is concluded that quantum confinement is major factor of PL of porous silicon.
Reduction of optical losses in crystalline silicon solar cells by surface modification is one of the most important issues of silicon photovoltaics. Porous Si layers on the front surface of textured Si substrates have been investigated with the aim of improving the optical losses of the solar cells, because an anti-reflection coating and a surface passivation can be obtained simultaneously in one process. We have demonstrated the feasibility of a very efficient porous Si AR layer, prepared by a simple, cost effective, electrochemical etching method. Silicon p-type CZ (100) oriented wafers were textured by anisotropic etching in sodium carbonate solution. Then, the porous Si layer were formed by electrochemical etching in HF solutions. After that, the properties of porous Si in terms of morphology, structure and reflectance are summarized. The surface morphology of porous Si layers were investigated using SEM. The formation of a porous Si layer about $0.1{\mu}m$ thick on the textured silicon wafer result in an effective reflectance coefficient $R_{eff}$ lower than 5% in the wavelength region from 400 to 1000nm. Such a surface modification allows improving the Si solar cell characteristics.
Rapid developing automation technology enhances the need of sensors. Among many materials, silicon has the advantages of electrical and mechanical property, Single-crystalline silicon has different piezoresistivity on 야fferent directions and a current leakage at elevated temperature, but poly-crystalline silicon has the possibility of controling resistivity using dopping ions, and operation at high temperature, which is grown on insulating layers. Each wafer has slightly different thicknesses that make difficult to obtain the precisely same thickness of a diaphragm. This paper deals with the fabrication process to make poly-crystalline silicon based pressure sensors which includes diaphragm thickness and wet-etching techniques for each layer. Diaphragms of the same thickness can be fabricated consisting of deposited layers by silicon bulk etching. HF etches silicon nitride, HNO$_3$+HF does poly -crystalline silicon at room temperature very fast. Whereas ethylenediamice based etchant is used to etch silicon at 11$0^{\circ}C$ slowly.
Silicon capacitive pressure sensor has been fabricated by using electrochemical etching stop and silicon-to-glass electrostatic bonding technique. A diaphragm structure is designed to compensate the nonlinear response. A cavity is etched into the silicon to the depth of 2$\mu\textrm{m}$ by anisotropic etching in 20wt.% TMAH solution at 80$^{\circ}C$. A fabricated sensor showed 3.3 pF zero-pressure capacitance, 297 pp.m/mmHg sensitivity, and a 7.4 7%F.S. nonlinear response in a 0-1 kgf/cm$^2$pressure range.
불산과 에탄올 혼합용액에서 전기화학적 에칭을 통하여 다공성 실리콘 층을 제작하였다. 에칭 시 인가된 초음파의 주파수, 전류밀도, 에칭시간의 변화에 따른 다공성 실리콘 층의 변화를 확인하였다. 초음파를 가해주지 않은 시편은 표면에 특별한 변화가 일어나지 않았으나, 초음파 진동자의 주파수가 40 kHz와 130 kHz인 초음파 발생조에서 실험한 시편을 관찰한 결과, 가해준 초음파의 주파수가 높을수록 다공성 실리콘 층의 기공의 크기가 더 커지고 실리콘 표면에서의 에칭이 더 균일하게 일어났다. 후면접촉 에칭조와 current shield를 이용한 결과 다공성 실리콘 층 전면에 걸쳐 균일하게 기공이 발생하였다. 다공성 실리콘 층의 기공의 크기는 전류밀도가 증가함에 따라 함께 증가하였고, 에칭 시간에는 영향을 받지 않았다.
A luminescent porous silicon sensor, whose surface was passivated with organic molecule via hydrosilylation under various conditions, has been researched to measure the photoluminescence (PL) stability of porous silicon (PSi). Photoluminescent PSi were synthesized by an electrochemical etching of n-type silicon wafer under the illumination with a 300 W tungsten filament bulb during the etching process. The PL of PSi displayed at 650 nm, which is due to the quantum confinement of silicon quantum dots in the PSi. To stabilized the photoluminescence of PSi, the hydrosilylation of PSi with silole molecule containg vinyl group was performed. Surface morphologies of fresh PSi and surface-modified PSi were obtained with a cold FE-SEM. Optical characterization of red photoluminescent silicon quantum dots was investigated by UV-vis and fluorescence spectrometer.
The effects of nanotexturing and post-etching on the reflection and quantum efficiency properties of diamond wire sawn (DWS) multicrystalline silicon (mc-Si) solar cell have been investigated. The chemical solutions, which are acidic etching solution (HF-$HNO_3$), metal assisted chemical etching (MAC etch) solutions ($AgNO_3$-HF-DI, HF-$H_2O_2$-DI) and post-etching solution (diluted KOH at $80^{\circ}C$), were used for micro- and nano-texturing at the surface of diamond wire sawn (DWS) mc-Si wafer. Experiments were performed with various post-etching time conditions in order to determine the optimized etching condition for solar cell. The reflectance of mc-Si wafer texturing with acidic etching solution showed a very high reflectance value of about 30% (w/o anti-reflection coating), which indicates the insufficient light absorption for solar cell. The formation of nano-texture on the surface of mc-Si contributed to the enhancement of light absorption. Also, post-etching time condition of 240 s was found adequate to the nano-texturing of mc-Si due to its high external quantum efficiency of about 30% at short wavelengths and high short circuit current density ($J_{sc}$) of $35.4mA/cm^2$.
The MAM(Megasonic Agitated Module) has been fabricated for improving the characteristics of wet etching. The characteristics of the MAM are investigated during the wet etching with and without megasonic agitation in this paper. The adoption of the MAM has improved the characteristics of wet etching, such as the etch rate, etch uniformity, and surface roughness. Especially, the etching uniformity on the entire wafer was less than ${\pm}1%$ in both cases of Si and glass. Generally, the initial root-mean-square roughness($R_{rms}$) of the single crystal silicon was 0.23nm. Roughnesses of 566nm and 66nm have been achieved with magnetic stirring and ultrasonic agitation, respectively, by some researchers. In this paper, the roughness of the etched Si surface is less than 60 nm. Wet etching of silicon with megasonic agitation can maintain nearly the original surface roughness during etching. The results verified that megasonic agitation is an effective way to improve etching characteristics of the etch rate, etch uniformity, and surface roughness and that the developed micromachining system is suitable for the fabrication of devices with complex structures.
We have systematically studied the evolution of the photoluminescence(PL) tuning of porous silicon(PS) by electrochemical etching in various mixed electrolytes. The electrolytes employed as an etchants were mixtures of HF:CH$_3$COOH:HNO$_3$:C$_2$H$\_$5/OH solutions where the composition ratios (%) were varied from 10:1.98:0:88.02 to 10: 1.98:8.4:79.62 under constant concentration of HF and CH$_3$COOH with a total volume of 100 ml. Changes in the surface morphology of the samples caused by variations in the etching process were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). After samples are etched in various mixed electrolytes, FTIR analyses show that there is the non-photoluminescent state and the photoluminescent state simultaneously. The PL spectra show the PL tuning in the ranging from 560 to 700 nm with the increase of HNO$_3$ concentration. An analysis of the subsequent PL relaxation mechanism was carried out by time-correlated single photon counting (TCSPC) method. Based on experimental results, it is assumed that a red shift of the main PL peak position is related to the HNO$_3$ activated formation of silicon oxygen compounds. Therefore, the use of electrolyte mixtures with composition ratios can be obtained adequate and reproducible results for PL tuning.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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