Texturing of the Silicon Substrate with Nanopores and Si Nanowires for Anti-reflecting Surfaces of Solar Cells

(1)

є

Si

х

ч

х

г г

бХ г г

Є

бХ г г

бХЄг г

бХ г г

а

в

“ в в

а

а”, в . . а

, 12, 7ое1и в в,

а а

Э ХжлгейгзежкрХ online 10.06.2015)

Х Х Х Х Х Х Х

Х Х Х“чlackХSi”Х Х Х Х Х в

є Х Х Х Х гХ Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х“чlackХSi”Х Х Х в

Х Х гХ Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х“чlackХSi”Х Х є Х Х Х в

Х Х гХ Х Х Х Х Х є Х

Х Х Х Х бХ Х Х Х бХ Х Х

- Х Х г

ч п Х бХ Х бХ Х бХ ХSiбХ в

Х бХ Х бХ Х г

PACS numbers: 42.79.Wc, 84.60.Jt

1. Х

Х

в

Х

є

Х

Х Э

ЮХ

єХ

Х

Х Х

Х

Х Х

Х –

400-1100

гХ

Х

в

Х

бХ

Х

бХ

Х

в

Х Х

Х

ХЭ

Ю

,

Х Х

Х

бХ

Х Х

бХ

Х Х

в

Х Х

Х

ХЭ

ЮгХ

Х

є

Х

бХ

Х [ж]бХ

Х

п

–

Х

в

Х

Х Х

Х

р

–

є Х

Х

р

–

Х

Х Х

Х

в

Х

бХ

Х

єХ

Х

Х Х

Х

р

–

Х

в

Х

-n

-

Х Х в

Х

Х Х

Х

г

Х Х

Х

г

Х

[з]пХ жЮХ

Х Х

Х

рХзЮХ

Х

рХ

иЮХ

Х

Х Х в

гХ

Х

ХЭ

Х Х

в

Х

в

Х

є

Х

Х Х

в

Х

ЮХ

Х

в

Х

бХ

Х

в

Х

бХ Х

Х

Х Х

Х в

Х

бХ

Х

Х ЧчlackХ SiЧХ

ЭbSiЮХ[ибХй]бХ

Х Х

Х

ХSiбХ Х

Х

в

Х

г

Х

Х bSiХ

Х Х

Х

Х SiХ

Х

бХ

Х

Х Х

Х

г

Х

бХ

Х

в

Х Х

ХєХ бХ

Х

в

Х

в

гХ

Х

в

Х

єХ

Х

бХ

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

гХ

Х

в

Х

в

Х

гХ Х

Х

Х Х

Х

в

Х

ХbSiХ[кбХл]гХ

Х

пХ

-

Х

Х[м

-

о]рХ

Х

Х[же]рХ

Х

в

рХ

Х

рХ

в

Х

Х “

”бХ

“

”Х [жж]бХ Х

Х

в

Х Э

ЮХ Х

Х Sы

6

/O

2

Х[жз]гХ

Х

Х bSiХ

є

Х

Х Х

Х

Х Х

SF

6

/O

2

гХ

єХ

Х

в

Х

Х Х

бХ Х

Х

Х Х

Х

Cl

2

Х

є

Х

бХ

Х

єХ

Х

гХ

в

ХbSiХ

є

Х Х

в

Х

гХ

Х

бХ

Х

єХ

Х

гХ

Х Х

є

Х

бХ Х

Х

є

гХ

Х

Х Х

Х

в

Х

Х Х

Х

(2)

Х

Х Х

в

ХSы

6

/O

2

Х

ХSы

6

Х в

Х

ХыЯХ

Х

бХ Х

Х

Х Siы

4

гХ

Х

бХ

Х

єХ OЯХ

Х

Х Х Si

x

O

y

F

z

,

Х

єХ

в

Х

гХ

Х

в

Х

є

Х

бХ

Х

бХ

Х

(

ЮгХ

Х

ХєХ

Х

Х Х єХ

в

Х

г

Х

Х єХ

Х

в

Х

в

Х

ХbSiбХ Х

Х

Х Х

в

Х

ХSiбХ

Х

є

Х

бХ Х

Х

Х Х

Х

бХ

Х

Х Х

Х

є

Х

г

2. И І

И

в

И

“BLACK S

i

”

в

ХІ ІЧ

Х

в

Х

в

Х

гХ

Х

г

1 Х

Х

Х ЧчlackХ SiЧХ Х

Х

в

Х

гХ

Х

бХ

Х

Х –

20-

иебХ

Х

Х[жи]г

. 1– Х Х Х Х“чlackХSi”Х Х в

Х Х Х

Х

г

2 Х

Х

в

Х

ХЧчlackХSiЧг

. 2– Х Х Х в

Х Х ХЧчlackХSiЧ

Х

ХЭbSiЮХ

єХ

Х

Х Х

в

Х

в

Х

в

Х Х

Х

бХ пХ

n

air

 n1  n2 

…

 n

i

 n

N

(

n

air



1,

n

Si



ибкЮгХ

Х

Х Х

Х

в

Х

Х Э

Х

ЮгХ

Х

єХ

Х

бХ

ХєХ

є Х

Х Х

Х

в

Х

гХ

Х

бХ

Х

єХ

Х

Х Х

Х

г

Х

в

Х

ХbSiХ Х

Х

Х ХжеХЭ

гХиЮгХ

Х

є

Х

Х Х

Х

ХЭ

гХ

г

жХ Х

г

2)

–

Х

Х Х

Х в

Х

г

Ю

. 3– Х Х Х Х

Х Х Х Х “чlackХ Si”Х

Х Х Х Х Х Х

Х Х пХ ЮХзрХ ЮХжбк

Х

Х bSiХ

Х

є

Х

в

(3)

Х

Х Х

бХ

Х

бХ

Х

єХ

Х

бХ

Х

Х Х

бХ

Х

в

Х

Х Э

Х

бХ

Х

бХ

Юг

Х

Х Х

Х

є

Х

пХ

j

m

 t

m



constбХ Х

m

–

Х

Х в

Х

гХ

Х

є

Х

Х ХзееХ Хже

д

2

Х

пХ

1 1

m m

j

t

j

_

t

_





2 Х

_mm₁ m_m₁

j

t

j

_

t

_





жбкХЭ

г

и Х Х

г

3 бХ

в

ЮгХ

Х

гХй

.

. 4– Х Х Х є Х Х Х

Х Х“чlackХSi”Х Х Х

Х

г

5 Х

Х

“

Bla

ckХSi”Х

Х

ХжбкгХ Х

Х

в

Х

бХ

Х

в

Х

Х“чlackХSi”Х

єХ

Х

Х ХзеХ

Х Х

Х в

Х Х

Х

бХ Х Х

Х

Х –

Х кХ

гХ

Х

в

Х

в

Х Х

Х

бХ

Х

бХ

в

Х

є Х

Х

бХ

в

Х

Х Х

Х

в

г

. 5– Х Х Х Х в

Х Х“чlackХSi” Х Х Х в

Х

Х Х

Х

в

Х

в

Х

Х Х

Х

бХ Х

Х

є

Х Х

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

гХ

Х

Х“чlackХSi”Х Х

Х

бХ

в

Х Х

Х

Х в

Х

г

3. И І

И

І

И

І

И

ИХ

И

І

в

І

Х

бХ

Х

є в

Х

є

Х

єХие

-40

%бХ

ХєХ

Х

в

Х

Х Х

Х

ХSiХ

гХ

бХ

Х

бХ

Х

бХ

Х

є Х

Х Э

ЮХ

Х

гХ

бХ

Х

Х Х

Х

в

Х



/

йХ

Х

бХ

Х

Х Х

Х

[жйбХжк]гХ

Х

ХєХ

в

Х Х

Х

Х Х

Х

в

г

Х

Х Х

Х

в

Х

єХ

Х

Х Х

Х

бХ

Х

ХЭ

ЮХSiХЭ

г

6 ЮгХ

Х

в

Х

Х бХ Х

бХ

в

Х

Х Х

Х

бХ

Х

є

Х

в

Х

бХ Х

Х

гХ

Х

бХ

Х

Х Х

Х

Х Х

ХbSiгХ

бХ Х

в

Х

бХ Х

ХbSiХ

Х

в

Х

є

Х

бХ

Х

є

Х Х

Х

бХ Х

Х

є

Х

Х Х

Х

гХ Х

Х

в

Х

Х Х

бХ

Х

в

Х

Х–

г

. 6– Х Х Х Х

ХSiбХ Х ХшVщХ Х Х в

Х Х Э Х Х T 900 KбХ Х

(4)

Х

бХ Х

Х

пХ

в

Х

бХ

Х

в

бХ

Х

ХЭ

J

sc

ЮбХ

в

Х

бХ

Х

ХЭ

V

oc

ЮгХ

Х Х

Х

J

sc

Х

V

oc

Х Х

Х

бХ

Х

Х Х

в

Х

гХ

Х

в

Х

'

гХ

Х

бХ '

є

Х

в

Х

гХ

Х

в

Х

є

Х Х

Х

бХ

Х

Х бХ

Х

Х Х

Х

гХ

Х

бХ

Х

в

Х

є

Х Х

Х

Х Х

бХ

Х Х

Х

бХ

Х

в

Х

бХ

Х

бХ

Х

p-n

-

гХ

Х

Х в

Х

Х Х 'є бХ

в

Х

Х єХ

Х

гХ

бХ

Х

Х Х

Х

Х Х в

Х

Х Х

Х

г

Х Х[жл]Х

Х

єХ в

Х

ХЭ

г

7).

в

Х

є Х

Х

Х SiпХ жЮХ

Х

в

Х

в

рХзЮХ

Х

бХ

Х

Х Х

Х

гХ

Х

бХ

Х Х

в

є Х

Х

Х єХ

Х

бХ

Х

Х Х

бХ

Х

єХ

Х

є Х

Х

г

. 7– Х є Х Х Х Х

Х Х Х Х ХSiпХжХ– Х

ХSiрХзХ– ХSiрХиХ– ХSi

Х

бХ

Х

в

Х

є

Х

в

Х

ХєХ

Х

ХЭ

ХшVщЮгХ

в

бХ Х

Х [жм

-

жо]Х

бХ

Х

в

Х SiбХ

Х

бХ

Х

в

Х

Х в

бХ

Х

Х Х

Х

гХ

бХ

Х Х

є

Х

бХ

Х

Х Х

-

Х

-

ХЭцuбХіtбХцgХ Х гЮХ

Х Х

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

-Х -Х

Х

гХ

Х

в

єХ

Х Х ’є Х

Х

гХ

Х

Х–

Х

в

Х

гХ

є Х

бХ

Х

бХ

Х Х

-

Х

в

Х

гХ

Х

бХ

-

Х

Х ЭMacEtchЮХ

єХ

Х

в

Х

бХ

Х

Х Х

Х

в

Х

Х Х

Х

гХ

Х

бХ Х

єХ

Х

ХЭ

-ЮХ Х

бХ

Х

в

Х Х

ХЭ

Х

Х Х

ЮХ

в

гХ

Х

ХєХ

Х Х

Х

бХ

єХ

Х

Хже

бХ Х Х

Х

є

Х

в

Х

бХ

Х

Х ’є Х Х

бХ

Х Х

бХ

є

Х

г

бХ

ХзщХ

Х в

Х

-

ХЭ

ЮХ Х

Х

в

Х

є

Х

Х Х еби

%Х [зе]гХ

Х

є бХ

Х

в

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

в

Х

гХ

Х

єХ

Х

гХ

Х

Х Х

Х

в

Х

Х Х

Х ЭSiO

2

ЮХ Х

Х

гХ

Х

Х Х

в

Х

Х Х

Х ш

2

F

6

/O

2

бХ Х

Х SiO

2

Х

Х Х

Х

ХЭэыЮг

Х

бХ Х

бХ

Х

в

Х

Х ЭSiO

2

ЮгХ

Х

в

Х SiO

2

Х

-

Х

Х ж

Х

2000

д ХЭ

г

8).

. 8– Х Х Х Х є Х в

(5)

Х

бХ

в

Х

є Х

ХЭ

г

9).

. 9– Х Х Х в

Х Х Х Х є Х бХ Х

ХMacEtch

Х

є Х

бХ

Х

MacEtchбХ

єХ

є Х

Х

Х Х

Х

гХ

Х

Х –

в

Х

бХ

Х

єХ Х

Х

бХ

Х

p-n

-

бХ Х

Х

г

4. И

И

Х

в

Х

“чlackХSi”Х Х

Х

Х в

бХ Х

Х

Х Х

в

Х

гХ

бХ Х

Х

Х“чlackХ

Si”Х

Х

Х Х

Х

бХ Х

Х єХ

Х

єв

Х

г

Х

є

Х

в

Х

в

Х

Х Х

в

Х

в

Х

гХ

Х

в

Х

Х “чlackХ Si”бХ

Х

Х Х

в

Х

Х з

-

йХ Х зе

-30,

Х Х

є Х

Х

бХ

ХєХ

в

Х

Х ЭжЮХ Х

Х ЭибкЮХ Х

Х

Х Х

Х

гХ

в

Х

Х Х ж

%Х

Х

Х жбкХ Х

Х

400-1000

Х Х

Х

є

Х

Х Х

в

Х

г

Х

Х“чlackХSi”Х Х

Х

в

Х

Х Х

Х

в

Х

єХ

Х

бХ

єХ

Х

Х Х

єХ

Х

гХ

бХ

Х

в

ХЭMacEtchЮХ

Х

Х Х

Х

є Х

бХ Х

єХ

Х

Х Х

Х

є Х Х

Х

.

Х

ХMacEtchбХ

Х

Х Х

є

Х

бХ

Х

г

Si

щ х

х

ч

х

г г

бХ г г

а

в

" в в ая

а", . . а

, 12, 7ое1и в в,

а а

Х Х Х Х Х Х в

Х Х Х ХЧчlackХSiЧХ Х Х Х в

Х Х Х Х Х гХ Х Х

Х Х ХЧчlackХSiЧХ Х Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х ХЧчlackХSiЧгХ в

Х Х Х Х Х Х Х Х

Х ХЧчlackХSiЧХ Х Х Х Х Х Х в

гХ Х Х Х Х Х Х Х Х Х

Х бХ Х Х Х бХ Х Х - Х

Х г

ч п Х бХ Х бХ Х бХ ХSiбХ

(6)

Texturing of the Silicon Substrate with Nanopores and Si Nanowires for Anti-reflecting

Surfaces of Solar Cells

A.A. Druzhinin, V.Yu. Yerokhov, S.I. Nichkalo, Y.I. Berezhanskyi, M.V. Chekaylo

Lviv Polytechnic National University, 12, S. Bandera Str., 79013 Lviv, Ukraine

The paper presents the prospects of obtaining a functional multi-layer anti-reflecting coating of the front surface of solar cells by texturing the surface of the silicon by electrochemical etching. The physical model of the "Black Si" coating with discrete inhomogeneity of the refractive index and technological as-pects of producing of "Black Si" functional anti-reflecting coatings were presented. The investigation re-sults of the spectral characteristics of the obtained multilayer multiporous "Black Si" coatings for silicon solar cells made by electrochemical etching are presented. The possibility of creating the texture on a sili-con wafer surface using silisili-con nanowires and ordered nanopores obtained by metal-assisted chemical etch-ing was shown.

Keywords: Anti-reflecting coating, Porous silicon, Solar cell, Si nanowires, Surface texturing, Electro-chemical etching, Photoelectric converter.

И

І

И

1. S.-Y. Liena, D.-S. Wuua, W.-C. Yeh, Sol. Energ. Mater. Sol. C.90, 2710 (2006).

2. M.A. Green, Solar Cells – Operating Principles, Technolo-gy and System Applications (Kensington: University of NSW: 1992).

3. M.R. Gartia, Y. Chen, Z. Xu, Proc. SPIE 8096, Plasmonics: Metallic Nanostructures and Their Optical Properties IX,

art. no. 80962B (SPIE: Digital Library: 2011).

4. C.-L. Cheng, C.-W. Liu, J.-T. Jeng, J. Electrochem. Soc.

156, H356 (2009).

5. C.-H. Lin, D.Z. Dimitrov, C.-H. Du, phys. status solidi c7, 2778 (2010).

6. V.Y. Yerokhov, R. Hezel, M. Lipinski, R. Ciach, H. Nagel, A. Mylyanych, P. Panek, Sol. Energ. Mater. Sol. C.72, 291 (2002).

7. W. Fang C. Changshui, H. Huili, Appl. Phys. A 103, 977 (2011).

8. M. Halbwax, T. Sarnet, P. Delaporte, Thin Solid Films

516, 6791 (2008).

9. X. Zhu, H. Zhu, D. Liu, Adv. Mat. Res. 418-420, 217 (2012).

10.A. Medvid, P. Onufrijevs, E. Dauksta, 3rd_{International}

Conference – Radiation Interaction with Material and Its Use in Technologies 2010, Program and Materials, Interaction'2010, 89 (2010).

11.J.K. Selj, E.S. Marstein, A. Thogersen, S.E. Foss, phys. status solidi c8, 1860 (2011).

12.J. Yooa, G. Yua, J. Yib, Mater. Sci. Eng. B 159-160, 333 (2009).

13.W. Stuart, Sol. Energ. Mater. Sol. C.41-42, 3 (1996). 14.Y. Qu, L. Liao, Y. Li, H. Zhang et al, Nano Lett.9 No 12,

4539 (2009).

15.V.Y. Yerokhov, I.I. Melnyk, Renew. Sust. Energ. Rev. 3

No 4, 291 (1999).

16.V. Yerokhov, I. Melnyk, A. Tsisaruk, I. Semochko, Opto-Electron. Rev.8 No 4, 414 (2000).

17.A.A. Druzhinin, I.P. Ostrovskii, phys. status solidi c1, 333 (2004).

18.A. Druzhinin, I. Ostrovskii, V. Yerokhov, Yu. Khoverko, S. Nichkalo, Iu. Kogut, Modern Problems of Radio Engi-neering, Telecommunications and Computer Science – Pro-ceedings of the 11th_{International Conference, TCSET'2012}_, 484 (Lviv-Slavske: Publishing House of Lviv Polytechnic: 2012).

19.A. Evtukh, A. Druzhinin, I. Ostrovskii, A. Kizjak, A. Grigoriev, O. Steblova, S. Nichkalo, Adv. Mat. Res.854, 83 (2014).

20.J.C. Hulteen, R.P. Van Duyne, J. Vac. Sci. Technol. A13