Donald R. Sadoway教授Adv Funct Mater : 液態錫輔助熔鹽電沉積制備光敏n型硅膜

【引言】

由熔鹽電沉積法直接生產硅膜，工藝簡單，生產成本低，在制造光伏和光電子器件方面具有實用性。已經證明在650℃的熔融KCl-KF-1mol％K₂SiF₆鹽中，能夠在石墨片基材上電沉積致密且光敏的硅膜。與先前在不摻雜錫的該體系中生成的硅納米線相比，錫作為浸入熔融鹽中的液態金屬，影響生成硅的形態，可以制備致密的、厚而均勻的硅膜。

【成果簡介】

近日，麻省理工學院Donald R. Sadoway教授（通訊作者）在Adv.Funct.Mater.上發布了一篇關于熔鹽電沉積法制備多晶硅膜的文章，題為“Liquid-Tin-Assisted Molten Salt Electrodeposition of Photoresponsive n-Type Silicon Films”。本文作者在650℃含有0.020-0.035%錫的熔融KCl-KF-1mol％K₂SiF₆鹽中，在石墨片基材上電沉積制備致密均勻的多晶硅膜（厚度高達60μm），且表現出n型半導體行為。解釋了這種高質量的摻錫硅膜的生長是由于熔鹽電解質中錫的作用。提出了成膜的四步機制：成核，島形成，島聚集和成膜。

【圖文導讀】

圖1 實驗原理圖

（a）來自無錫熔鹽

（b）來自含錫熔鹽

圖2 電沉積產物的SEM圖像

（a）5 mA cm ^-2 ，持續4 h，無Sn電解質

（b）20 mA cm^-2，持續4 h，無Sn電解質

(c,d）石墨箔基材，5mA/ cm ²，持續4 h，含0.02wt％Sn電解質

(e,f）剛性石墨板基材，20mA/ cm²，持續4 h，含0.035wt％Sn電解質

圖3 剛性石墨基底上電沉積產物的XRD圖譜

含Sn熔鹽電沉積產物形態為硅膜，與無Sn熔鹽電沉積產物相比，其峰更強、更尖銳，結晶性較好。

圖4 不同工作電極的循環伏安曲線

（a）在650℃下,含與不含0.02 ％Sn的KCl-KF-1 mol％ K₂SiF₆熔鹽中的石墨棒工作電極

（b）在KCl-KF-1 ％ K₂SiF₆鹽中,Sn作為工作電極

圖5 在石墨箔基底上電沉積Sn摻雜硅膜的生長過程示意圖

650℃，含有0.02％Sn的KCl-KF-1mol％K₂SiF₆鹽中，5 mA cm^-2，不同時間下的樣品的相應形態

（a）成核，5min

（b）島形成，15min

（c）島聚集，30min

（d）成膜，超過90min

圖6 具有不同厚度的Sn摻雜硅薄膜的光響應

（a）8.3μm

（b）61μm

【小結】

在650℃，在含有Sn的K₂SiF₆熔融鹽中，于石墨片基材上通過電沉積得到的Sn摻雜硅膜致密均勻。熔鹽中的Sn促進硅膜生長。作者提出了包括成核，島形成，島聚集和成膜的四步生長機制。摻雜Sn的硅膜具有光活性，測得的PEC光電流約為商用n型多晶硅晶片的38?44％。

文獻鏈接：Liquid-Tin-Assisted Molten Salt Electrodeposition of Photoresponsive n-Type Silicon Films (Adv.Funct.Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201703551)

本文由材料人編輯部新人組蔡冠宇編譯，陳炳旭審核，點我加入材料人編輯部。

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