[發明專利]一種PN結硅微球的制備方法

有效

• 申請號: 202010751539.6
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111863604B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 洪捐;蒯源;程鹍;張澤新
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: H01L21/228
• 分類號: H01L21/228;H01L31/18;H01L21/67
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

本發明公開了一種PN結硅微球的制備方法，該方法選用一定尺寸的N型硅微球為原料，先用氫氟酸浸泡后，除去表面的氧化層，然后再用去離子水和無水乙醇清洗后進行真空干燥。選取包含硼元素的溶液作為擴散源，按照一定的體積比浸潤干燥后的硅微球，然后真空干燥。取出干燥后的硅微球，在保護氣氛中在一定溫度下進行熱擴散，擴散結束后采用一定濃度的氫氟酸清洗，然后再用去離子水和無水乙醇清洗，最后經真空干燥，獲得PN結硅微球。與現有技術相比，本發明方法工藝設計合理，可操作性強，生產成本低廉，生產效率高，所得PN結硅微球的尺寸均勻，擴散濃度和深度可控的，可大規模工業化生產用于太陽能電池、光電子器件、半導體和傳感器等領域可。

技術領域

本發明涉及一種半導體材料的制備領域，具體涉及一種PN結硅微球的制備方法。

背景技術

硅半導體材料，如晶體硅太陽能電池，薄膜太陽能電池，硅光電子器件、硅發光材料等已經引起了材料科學家的廣泛關注。含有PN結的硅作為光吸收和能量轉化材料，在各種探測器、生物微傳感器、光電納米器械、儲能材料等領域，尤其作為太陽能電池材料近年來備受關注。

單結光伏器件固有的障礙導致大部分能量值低于硅的基本吸收邊緣的紅外光無法被吸收利用，將其光電轉化效率限制在Shockley-Queisser（SQ）限值所規定的最高值33%以內。為了克服這個障礙，必須探索新的光電器件。單結光伏器件在微納米光子結構上的發展為突破SQ的限制帶來了新的可能，具有陷光結構的半導體器件可以使入射光被限制在光子結構內部，從而增強了光電子的產生。特別地，球形半導體增加了光被吸收的可能性，即使光子能量值在吸收系數極低的硅吸收邊緣以下，使得光電流響應增強。另外球狀硅半導體大大節省了硅的使用量，節省了成本。

PN結硅微球的制備方法主要有點滴法（M.?Garin,?et?al.,?All-siliconspherical-Mie-resonator?photodiode?with?spectral?response?in?the?infraredregion,?Nature?Communications,?5(3440),?DOI:?10.1038/ncomms4440,2014.），硅微球的結晶度主要取決于生長過程、冷卻率、氣體壓力以及晶體形狀，硅微球形成后需要進行兩步擴散形成PN結。另外，還有粉末熔化的方法制備（Yasuhiro?Shirahata，et?al.Microstructures?and?Optical?Properties?of?Silicon?Spheres?for?Solar?Cells,Materials?Transactions,?57(7),?1082-1087,?2016.），將未摻雜的硅粉放入模板中，在1450℃下將硅微粉進行融化，再用1200℃進行退火，接著在保護氣體下900℃下進行硼擴散，硼擴散后在生長N型薄膜，形成PN結接觸。以上兩種方法制備過程均非常復雜，成本高，不利于大量制備。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種PN結硅微球的制備方法，該方法利用N型硅微球作為原材料，運用硼元素制備擴散劑進行熱擴散制備出尺寸均勻，擴散濃度和深度可控的PN結硅微球，以滿足在光電納米器件上的不同應用需求。該方法具有制備工藝流程設計合理，不需要復雜設備，產率高，可工業化生產等優點。

為解決現有技術問題，本發明采取的技術方案為：

一種PN結硅微球的制備方法，其包括如下步驟：

步驟1，量取粒徑為0.5～30μm?的N型硅微球；

步驟2，將N型硅微球置于體積分數為1～10%的氫氟酸溶液中，超聲輔助下浸泡5～30分鐘；

步驟3，超聲結束后，依次用去離子水和無水乙醇離心沖洗；

步驟4，將清洗后的N型硅微球在80～120℃下真空干燥1-5h；

步驟5，干燥后的N型硅微球置于含硼元素摻雜劑溶液中充分浸潤；