Donald R. Sadoway教授Adv Funct Mater : 液态锡辅助熔盐电沉积制备光敏n型硅膜

【引言】

由熔盐电沉积法直接生产硅膜，工艺简单，生产成本低，在制造光伏和光电子器件方面具有实用性。已经证明在650℃的熔融KCl-KF-1mol％K₂SiF₆盐中，能够在石墨片基材上电沉积致密且光敏的硅膜。与先前在不掺杂锡的该体系中生成的硅纳米线相比，锡作为浸入熔融盐中的液态金属，影响生成硅的形态，可以制备致密的、厚而均匀的硅膜。

【成果简介】

近日，麻省理工学院Donald R. Sadoway教授（通讯作者）在Adv.Funct.Mater.上发布了一篇关于熔盐电沉积法制备多晶硅膜的文章，题为“Liquid-Tin-Assisted Molten Salt Electrodeposition of Photoresponsive n-Type Silicon Films”。本文作者在650℃含有0.020-0.035%锡的熔融KCl-KF-1mol％K₂SiF₆盐中，在石墨片基材上电沉积制备致密均匀的多晶硅膜（厚度高达60μm），且表现出n型半导体行为。解释了这种高质量的掺锡硅膜的生长是由于熔盐电解质中锡的作用。提出了成膜的四步机制：成核，岛形成，岛聚集和成膜。

【图文导读】

图1 实验原理图

（a）来自无锡熔盐

（b）来自含锡熔盐

图2 电沉积产物的SEM图像

（a）5 mA cm ^-2 ，持续4 h，无Sn电解质

（b）20 mA cm^-2，持续4 h，无Sn电解质

(c,d）石墨箔基材，5mA/ cm ²，持续4 h，含0.02wt％Sn电解质

(e,f）刚性石墨板基材，20mA/ cm²，持续4 h，含0.035wt％Sn电解质

图3 刚性石墨基底上电沉积产物的XRD图谱

含Sn熔盐电沉积产物形态为硅膜，与无Sn熔盐电沉积产物相比，其峰更强、更尖锐，结晶性较好。

图4 不同工作电极的循环伏安曲线

（a）在650℃下,含与不含0.02 ％Sn的KCl-KF-1 mol％ K₂SiF₆熔盐中的石墨棒工作电极

（b）在KCl-KF-1 ％ K₂SiF₆盐中,Sn作为工作电极

图5 在石墨箔基底上电沉积Sn掺杂硅膜的生长过程示意图

650℃，含有0.02％Sn的KCl-KF-1mol％K₂SiF₆盐中，5 mA cm^-2，不同时间下的样品的相应形态

（a）成核，5min

（b）岛形成，15min

（c）岛聚集，30min

（d）成膜，超过90min

图6 具有不同厚度的Sn掺杂硅薄膜的光响应

（a）8.3μm

（b）61μm

【小结】

在650℃，在含有Sn的K₂SiF₆熔融盐中，于石墨片基材上通过电沉积得到的Sn掺杂硅膜致密均匀。熔盐中的Sn促进硅膜生长。作者提出了包括成核，岛形成，岛聚集和成膜的四步生长机制。掺杂Sn的硅膜具有光活性，测得的PEC光电流约为商用n型多晶硅晶片的38〜44％。

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

本文由材料人编辑部新人组蔡冠宇编译，陈炳旭审核，点我加入材料人编辑部。

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