[发明专利]基于隧穿钝化接触技术的硅基光电化学制氢光阳极制备方法

权利要求书

1.一种基于隧穿钝化接触技术的硅基光电化学制氢光阳极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选择双面抛光的n型单晶硅衬底进行清洗处理，对双面抛光的n型单晶硅基体依次进行HF1#溶液清洗、SC1#溶液清洗、SC2#溶液清洗和HF2#溶液清洗；

S2、将步骤S1处理后的n型单晶硅片放入使用碱性制绒溶液中进行各向异性的腐蚀，得到随机分布的微米级金字塔表面；

S3、将步骤S2处理后的n型单晶制绒片进行单面的反应离子刻蚀处理，在微米金字塔硅表面纵向刻蚀出均匀、致密的纳米孔洞结构；

经过上述步骤处理后，得到的微纳复合陷光结构硅一面为正面，仍为随机分布的微纳金字塔结构硅一面为背面；其中，所述得到的纳米孔洞结构的内径宽度在100～250nm，深度为150～300nm。

S4、将步骤S3处理后的n型单晶硅基体放入到刻蚀缓冲溶液中进行扩孔清洗处理，以去除等离子损伤层和调节纳米孔尺寸；

经过上述步骤处理后，扩孔清洗后的纳米孔洞结构的内径宽度在150～300nm，深度为200～350nm；

S5、对步骤S4处理后的n型单晶硅基体背面进行抛光处理，以得到平整的硅表面；

经过上述步骤处理后，硅片的背面的反射率为35～40％；

S6、将第五步处理后的n型单晶硅基体的背面沉积隧穿氧化层，接着在背面隧穿氧化层上沉积掺杂非晶硅层，然后进行高温热退火处理；

S7、在步骤S6处理后的n型单晶硅的背面掺杂多晶硅层上沉积金属电极；

S8、在步骤S7处理后的n型单晶硅正面的微纳复合陷光纹理上进行隧穿SiO2层和催化保护层的制备，完成硅基光电化学分解水制氢的光阳极的制备工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于隧穿钝化接触技术的硅基光电化学制氢光阳极制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，HF1#溶液浓度为质量分数为7％～13％的HF水溶液，清洗时间3～5min；

SC1#溶液为NH4·OH:H2O2:H2O体积比在1:1:5～1:1:7之间的混合溶液，加热温度至75～85℃，时间为10～20min；

SC2#溶液为H2O:HCl:H2O2体积比在2:2:9～2:2:14之间的混合溶液，清洗时间为10～15min；

HF2#溶液为质量为2％～5％的HF水溶液，清洗时间1～3min；

另外，每种溶液清洗后都用去离子水进行喷淋冲洗去除残留。

3.根据权利要求1所述的一种基于隧穿钝化接触技术的硅基光电化学制氢光阳极制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，n型双面抛光单晶硅片的电阻率为0.1～10Ωcm，厚度为50～500微米，晶向为100。

4.根据权利要求1所述的一种基于隧穿钝化接触技术的硅基光电化学制氢光阳极制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，碱性制绒溶液为有机或无机碱性物质与异丙醇IPA和水的混合溶液，其中，制绒液中的碱性物质选自氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化氨、磷酸钠或硅酸钠中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种基于隧穿钝化接触技术的硅基光电化学制氢光阳极制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，反应离子刻蚀的气体为SF6、Cl2和O2的混合气体，反应离子刻蚀的功率为100W～600W；其中所述的SF6:Cl2:O2的流量比例在1:1:1～1:1:5之间；其中，所述的RIE反应时间为3～6min。

6.根据权利要求1所述的一种基于隧穿钝化接触技术的硅基光电化学制氢光阳极制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述的刻蚀缓冲液为40％HF溶液、40％NH4·F溶液、30％H2O2溶液和H2O溶液的混合溶液，其体积比为1:6:14:35；所述扩孔清洗的反应温度在20～45℃之间；所述扩孔清洗的反应时间在5～30min。