硅納米線(xiàn)和多孔硅的制備及表面修飾研究.pdf

1、光伏發(fā)電技術(shù)作為開(kāi)發(fā)、利用綠色、可再生能源的重要形式，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。但是由于普通的商業(yè)太陽(yáng)能電池效率不高，導(dǎo)致光伏發(fā)電的應(yīng)用成本偏高。影響太陽(yáng)能電池效率的一個(gè)重要因素是電池表面對(duì)入射光的反射作用，使入射太陽(yáng)光的能量遭受損失，降低了入射光的利用率;另一個(gè)影響電池效率的重要因素是制備電池所用的半導(dǎo)體材料的能帶寬度與太陽(yáng)光譜的分布不匹配，導(dǎo)致入射太陽(yáng)光中很大一部分光子的能量不能被電池吸收而浪費(fèi)掉了，影響了電池效率的提升。因此，降低

2、電池表面對(duì)入射光的反射或者使用光波轉(zhuǎn)換材料改變?nèi)肷涔獾姆植?、增?qiáng)電池響應(yīng)譜與入射光譜之間的匹配，是提高太陽(yáng)能電池效率的重要途徑。
　　但是采用以上途徑提高電池效率，必須尋找到合適的減反射材料和光波轉(zhuǎn)換材料，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文對(duì)硅納米線(xiàn)和多孔硅的減反射效應(yīng)和下轉(zhuǎn)化發(fā)光效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。由于多孔硅材料的發(fā)光性能會(huì)隨時(shí)間的改變而發(fā)生變化，所以我們還嘗試對(duì)多孔硅表面進(jìn)行了硅烷化處理，增強(qiáng)了多孔硅發(fā)光的穩(wěn)定性。此外，我們還對(duì)材料的制備和表

3、面處理機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究，取得了如下的創(chuàng)新結(jié)果:
　　(1)通過(guò)系統(tǒng)性研究，得到了銀離子輔助兩步化學(xué)腐蝕法制備硅納米線(xiàn)的機(jī)理。結(jié)果表明，通過(guò)改變硅襯底的電阻率、化學(xué)腐蝕時(shí)間或者腐蝕液中雙氧水的濃度可以使獲得的硅納米線(xiàn)結(jié)構(gòu)和硅納米線(xiàn)的發(fā)光隨之發(fā)生變化。硅納米線(xiàn)長(zhǎng)度和硅線(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度的變化趨勢(shì)一致，即腐蝕時(shí)間越長(zhǎng)、雙氧水濃度越高或者硅片的電導(dǎo)率越高（僅限P型硅片），則制備的硅納米線(xiàn)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，硅納米線(xiàn)的發(fā)光強(qiáng)度越強(qiáng)。
　　(2)仔細(xì)研

4、究了硅納米線(xiàn)陣列的減反射性能，發(fā)現(xiàn)硅納米線(xiàn)長(zhǎng)度對(duì)硅納米線(xiàn)陣列的陷光效應(yīng)作用很大，直接影響硅納米線(xiàn)陣列的減反射效果。硅納米線(xiàn)陣列的陷光效應(yīng)隨著硅納米線(xiàn)長(zhǎng)度的增加而增強(qiáng)，但是當(dāng)硅納米線(xiàn)長(zhǎng)度超過(guò)2μm以后，這種變化趨勢(shì)發(fā)生改變。硅納米線(xiàn)陣列反射率的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬計(jì)算結(jié)果表明，硅納米線(xiàn)的頂部形貌也會(huì)對(duì)硅納米線(xiàn)陣列的陷光效應(yīng)產(chǎn)生顯著影響，除此之外，硅線(xiàn)頂部形貌的變化還會(huì)影響硅線(xiàn)陣列的有效折射率值，從而改變硅納米線(xiàn)的反射率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，具有較低反射率的

5、硅線(xiàn)陣列所對(duì)應(yīng)的有效折射率值通常介于1.6～2.0之間。
　　(3)利用光致熒光光譜對(duì)電化學(xué)制備的多孔硅的發(fā)光性能進(jìn)行了研究。當(dāng)電流值較小時(shí)，多孔硅層的厚度和多孔硅的發(fā)光強(qiáng)度隨著電流密度的增加而增加，而當(dāng)電流過(guò)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生多孔硅的拋光。PL結(jié)果發(fā)現(xiàn)多孔硅的發(fā)光峰位通常位于680nm附近，而且電流的改變不會(huì)影響多孔硅的發(fā)光峰位，能使發(fā)光峰位產(chǎn)生改變的是硅襯底的類(lèi)型和電阻率。我們還發(fā)現(xiàn)，使用間歇式恒電流腐蝕可以使得到的多孔硅的發(fā)光強(qiáng)度大

6、大增強(qiáng)，而且調(diào)整間歇時(shí)間可以得到不同發(fā)光波長(zhǎng)的多孔硅。
　　(4)研究了化學(xué)修飾對(duì)多孔硅發(fā)光性能的改變。經(jīng)過(guò)后處理的多孔硅的發(fā)光強(qiáng)度不僅有了很大增強(qiáng)，其發(fā)光穩(wěn)定性也有了極大提高。發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光峰位置隨表面修飾劑的改變而改變，與未經(jīng)修飾的多孔硅顆粒和使用其它化學(xué)試劑修飾的多孔硅相比，經(jīng)十二烯修飾后的多孔硅顆粒的發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光時(shí)效性最好。由于多孔硅的發(fā)光與多孔硅表面組成有很大關(guān)系，所以我們對(duì)多孔硅表面組成進(jìn)行了FTIR分析。分析認(rèn)為，