[发明专利]一种PN结硅微球的制备方法

说明书

本发明公开了一种PN结硅微球的制备方法，该方法选用一定尺寸的N型硅微球为原料，先用氢氟酸浸泡后，除去表面的氧化层，然后再用去离子水和无水乙醇清洗后进行真空干燥。选取包含硼元素的溶液作为扩散源，按照一定的体积比浸润干燥后的硅微球，然后真空干燥。取出干燥后的硅微球，在保护气氛中在一定温度下进行热扩散，扩散结束后采用一定浓度的氢氟酸清洗，然后再用去离子水和无水乙醇清洗，最后经真空干燥，获得PN结硅微球。与现有技术相比，本发明方法工艺设计合理，可操作性强，生产成本低廉，生产效率高，所得PN结硅微球的尺寸均匀，扩散浓度和深度可控的，可大规模工业化生产用于太阳能电池、光电子器件、半导体和传感器等领域可。

技术领域

本发明涉及一种半导体材料的制备领域，具体涉及一种PN结硅微球的制备方法。

背景技术

硅半导体材料，如晶体硅太阳能电池，薄膜太阳能电池，硅光电子器件、硅发光材料等已经引起了材料科学家的广泛关注。含有PN结的硅作为光吸收和能量转化材料，在各种探测器、生物微传感器、光电纳米器械、储能材料等领域，尤其作为太阳能电池材料近年来备受关注。

单结光伏器件固有的障碍导致大部分能量值低于硅的基本吸收边缘的红外光无法被吸收利用，将其光电转化效率限制在Shockley-Queisser（SQ）限值所规定的最高值33%以内。为了克服这个障碍，必须探索新的光电器件。单结光伏器件在微纳米光子结构上的发展为突破SQ的限制带来了新的可能，具有陷光结构的半导体器件可以使入射光被限制在光子结构内部，从而增强了光电子的产生。特别地，球形半导体增加了光被吸收的可能性，即使光子能量值在吸收系数极低的硅吸收边缘以下，使得光电流响应增强。另外球状硅半导体大大节省了硅的使用量，节省了成本。

PN结硅微球的制备方法主要有点滴法（M. Garin, et al., All-siliconspherical-Mie-resonator photodiode with spectral response in the infraredregion, Nature Communications, 5(3440), DOI: 10.1038/ncomms4440,2014.），硅微球的结晶度主要取决于生长过程、冷却率、气体压力以及晶体形状，硅微球形成后需要进行两步扩散形成PN结。另外，还有粉末熔化的方法制备（Yasuhiro Shirahata，et al.Microstructures and Optical Properties of Silicon Spheres for Solar Cells,Materials Transactions, 57(7), 1082-1087, 2016.），将未掺杂的硅粉放入模板中，在1450℃下将硅微粉进行融化，再用1200℃进行退火，接着在保护气体下900℃下进行硼扩散，硼扩散后在生长N型薄膜，形成PN结接触。以上两种方法制备过程均非常复杂，成本高，不利于大量制备。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种PN结硅微球的制备方法，该方法利用N型硅微球作为原材料，运用硼元素制备扩散剂进行热扩散制备出尺寸均匀，扩散浓度和深度可控的PN结硅微球，以满足在光电纳米器件上的不同应用需求。该方法具有制备工艺流程设计合理，不需要复杂设备，产率高，可工业化生产等优点。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种PN结硅微球的制备方法，其包括如下步骤：

步骤1，量取粒径为0.5～30µm 的N型硅微球；

步骤2，将N型硅微球置于体积分数为1～10%的氢氟酸溶液中，超声辅助下浸泡5～30分钟；

步骤3，超声结束后，依次用去离子水和无水乙醇离心冲洗；

步骤4，将清洗后的N型硅微球在80～120℃下真空干燥1-5h；

步骤5，干燥后的N型硅微球置于含硼元素掺杂剂溶液中充分浸润；