液相沉积氧化铝后处理退火温度对AACE法制备黑硅表面钝化性能的影响研究

本研究针对黑硅(b-Si)表面高密度缺陷导致的光电转换效率下降问题，通过铝辅助化学蚀刻(AACE)技术制备纳米多孔b-Si基底，采用液相沉积(LPD)法生长39 nm氧化铝(Al2O3)钝化层，系统研究250-650oC退火温度对界面陷阱密度(Dit)、表面复合速度(SRV)等参数的影响。研究发现550oC退火时获得最优钝化效果，实现656.9 mV隐含开路电压和6.71%加权平均反射率，为低成本制备高效b-Si太阳能电池提供新方案。

　　

在追求更高效率太阳能电池的道路上，黑硅(b-Si)因其独特的纳米结构带来的卓越减反射性能备受关注。这种通过金属辅助化学蚀刻(MACE)技术制备的材料，能将传统晶体硅(c-Si)30%以上的反射率降至个位数。然而，纳米结构在带来光学优势的同时，也产生了令人头疼的"副作用"——表面原子排列紊乱形成的大量悬挂键成为载流子的"死亡陷阱"，严重制约着光电转换效率的提升。

为解决这一关键问题，马来西亚玻璃市大学（Universiti Malaysia Perlis）的MOHD ZAMIR PAKHURUDDIN团队创新性地将液相沉积(LPD)技术与铝辅助化学蚀刻(AACE)工艺相结合。研究人员采用环境友好的铝盐溶液，在室温下即可实现氧化铝(Al₂O₃)钝化层的沉积，通过系统调控退火温度(250-650^oC)，成功在纳米多孔b-Si表面构建出具有优异场效应和化学钝化功能的Al₂O₃/SiOx复合界面层。这项发表在《Materials Characterization》的研究，为低成本制备高效b-Si太阳能电池提供了重要技术路径。

研究团队主要采用三项关键技术：首先通过AACE法制备具有187 nm深度纳米孔结构的b-Si基底；其次利用硫酸铝和碳酸氢钠前驱体溶液进行LPD-Al₂O₃薄膜沉积；最后通过电容-电压(C-V)测试和反射光谱分析等手段系统表征不同退火温度下的钝化性能。

黑硅(b-Si)制备与表征
采用两步法AACE工艺，以铝为催化剂在p型c-Si表面蚀刻出具有41.5%表面覆盖率的纳米孔结构。与传统银/金催化相比，铝的低扩散系数(0.93 cm²/s)使蚀刻速率更可控，形成更均匀的纳米形貌。

LPD-Al₂O₃生长机制
前驱体溶液通过水解反应生成[Al(OH)₂(H₂O)₄]⁺络合物，在pH=3.1条件下沉积形成39 nm非晶态Al₂O₃薄膜。退火过程中，薄膜发生脱水缩合反应，形成致密的钝化层结构。

退火温度影响规律
550^oC退火时获得最佳钝化性能：界面处形成的AlO₄^-和SiOx⁺电荷对产生强场效应钝化，使D_it降至最低；同时化学钝化有效饱和悬挂键，实现656.9 mV的隐含开路电压(i-V_oc)和26.1 nm的表面粗糙度。

这项研究的重要意义在于：首次将LPD-Al₂O₃应用于AACE法制备的b-Si表面钝化，突破了传统ALD技术的高成本限制。虽然其钝化性能(6.71%反射率)较ALD工艺仍有差距，但为工业化生产提供了更具性价比的解决方案。研究还揭示了退火温度对Al₂O₃/b-Si界面电荷调控的规律，为后续开发叠层钝化结构奠定了理论基础。正如作者Suleman Kazim Omotayo在讨论部分指出，通过优化沉积参数或结合SiO₂/SiN_x叠层设计，有望进一步提升LPD-Al₂O₃在b-Si太阳能电池中的应用潜力。