用富有金属替代Si太阳能电池中的Ag电极

价补钝化

“价补（valence mending）”的概念是Kaxiras提出的，旨在解除半导体表面的悬空键。对于Si(100)表面，价补是用硫或硒的单原子层实现的。在新生Si(100)表面，每一表面原子占据二个悬空键，如图1(a)所示。这些悬空键是表面态的起源，它们钉扎表面费米能级。在金属/Si界面，费米能级钉扎效应使肖特基势垒高度与金属功函数没什么关系，主要受表面态（或更恰当地说是界面态）的控制。硫或硒的单原子层淀积在Si(100)表面时，它们在二个Si原子间桥接，很好地中止了Si(100)上的悬空键，如图1(b)所示。我们已有论文报道过硫或硒用于Si(100)表面的价补钝化，然而，对于万亿瓦级光伏应用，硫比硒丰富得多。



电学上，中止Si(100)表面上的悬空键使表面态最小化，这一直是巴丁时代以来半导体技术最为精彩的一页。使表面态最小的重要结果是莫特-肖特基（Mott-Schottky）理论将被更严格遵守，即金属与Si之间的肖特基势垒高度将主要由金属功函数与Si电子亲和势决定。在n型价补后的Si(100)表面上淀积低功函数金属就能实现低肖特基势垒。我们在有Al 的Se钝化n型Si(100)表面上展示了创纪录低的肖特基势垒。

实验是在低剂量1015cm-3Sb掺杂n型Si(100)硅片上进行的。钝化后，在硅片上用电子束蒸发和剥离（lift-off）工艺制作直径200μm的Al圆点。重要的是，钝化后的溅射工艺要缓和，因为溅射淀积能破坏钝化层。图2说明确定Se钝化n型Si(100)上Al势垒高度的激活能测量，以及斜率给出的势垒高度。取决于偏压，势垒高度在0.06-0.10eV间变化，远远低于Al/n型Si接触长期建立的值0.72eV。



创纪录低的势垒高度应导致Al和n型Si间极低的接触电阻。轻掺杂与重掺杂Si的接触电阻分别由下面二式给出：



任一情况中，接触电阻是势垒高度的指数函数。例如，Si中掺杂为1×1019cm-3时，势垒高度从0.6到0.4 eV适度地减少0.2eV就使接触电阻降低4个数量级！这就是降低n型Si上肖特基势垒能大大减少接触电阻的原因。低接触电阻对接触面积有限的指形电极是很重要的。它也能缓解由于Al电阻率较高而造成的指形电极电阻增加。更加重要的是，低接触电阻能在轻掺杂Si上实现，提供了硅片电池设计更多灵活性。