飛秒脈沖激光制備硅基納米結構光伏材料的研究.pdf

1、飛秒脈沖激光在一定氣體氛圍下照射單晶硅表面，其照射過的表面區(qū)域在肉眼觀察下呈現(xiàn)黑色，而其微觀表面呈現(xiàn)橢圓錐狀尖峰結構；這種俗稱“黑硅”的特殊材料對近紫外至中紅外的光譜都具有超過90％的吸收，并且其表面橢圓錐狀尖峰越高，則其吸收效率越佳。
　　本文主要介紹了飛秒脈沖激光制備微納結構硅基光伏材料的研究。在本項目中，成功搭建了用于制備“黑硅”光伏材料的實驗系統(tǒng)，并且利用該系統(tǒng)成功制造出具有較高微型橢圓錐狀尖峰高度的“黑硅”光伏材料，總結

2、出制造“黑硅”光伏材料的實驗步驟及實驗參數(shù)。
　　本文論述了在各種不同參數(shù)下制造出“黑硅”光伏材料，并且研究了不同參數(shù)下其表面形貌的變化規(guī)律。
　　1、研究了一定飛秒脈沖激光功率，一定的SF6氣體壓強下，“黑硅”表面微型橢圓錐狀尖峰隨飛秒激光脈沖數(shù)的變化關系；
　　2、研究了飛秒脈沖激光功率大小對“黑硅”表面形貌的影響，并且總結了“黑硅”表面形成的微型橢圓錐狀尖峰的高度曲線；
　　3、研究了不同SF6氣體壓強下，

3、“黑硅”表面橢圓錐狀尖峰的變化規(guī)律；
　　4、研究了恒定能流密度下，分別改變飛秒激光脈沖數(shù)和飛秒激光功率的大小，“黑硅”表面微納結構的變化規(guī)律。通過以上研究，我們發(fā)現(xiàn)在一定飛秒脈沖激光功率，一定的SF6氣體壓強下，“黑硅”表面微型橢圓錐狀尖峰隨飛秒激光脈沖數(shù)的變化呈現(xiàn)一種非線性的關系，從理論上解釋了該非線性關系是由飛秒脈沖激光誘導等離子增強刻蝕效應和強激光消融效應相互作用決定的；并且發(fā)現(xiàn)即使改變SF6氣體壓強，該非線性關系并不隨之

4、改變。
　　本文基于“黑硅”表面形成的特殊微型橢圓錐狀尖峰結構，利用軟件仿真的辦法進行“黑硅”表面結構的建模，計算出“黑硅”表面形成的特殊錐狀尖峰結構使其表面積相對于普通單晶硅表面具有20倍的提升，極大的增加了入射光的吸收面積和光程；并且根據(jù)“黑硅”表面結構的模型，在全光譜范圍內(nèi)進行光反射率的仿真實驗，測定的全光譜反射率的數(shù)據(jù)與實際較接近。從而在理論上證明了“黑硅”表面形成的特殊的微納橢圓錐狀尖峰結構具有強烈的“陷光”作用。最后提