硅納米結(jié)構(gòu)陣列的制備及其光學(xué)性能研究.pdf

1、晶體硅太陽(yáng)能電池由于發(fā)電成本高于傳統(tǒng)化石能源，限制了其更大范圍地推廣使用。表面呈納米結(jié)構(gòu)的黑硅材料有望從兩個(gè)方面解決這個(gè)問(wèn)題，一方面，黑硅材料能夠?qū)軐挼墓庾V范圍以及準(zhǔn)全方位入射的光擁有極好的抗反射性能;另一方面，黑硅材料極好的光吸收性能使得太陽(yáng)電池的厚度減少至幾十微米以下時(shí)依然有很好的關(guān)吸收性能，而目前的商用晶體硅太陽(yáng)能電池為了有效的吸收入射光，多采用的厚度為～300μm的硅片，硅原材料使用成本約占電池總制造成本的一半。本文中，結(jié)合納

2、米球刻印(NSL)和金屬輔助的化學(xué)刻蝕(MACE)制備出多種納米陣列結(jié)構(gòu)的黑硅材料，并分別從計(jì)算仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果兩個(gè)方面分析其光學(xué)性能，找到擁有相對(duì)最優(yōu)的抗反射性能的Si納米陣列結(jié)構(gòu)。具體研究?jī)?nèi)容主要集中在以下幾個(gè)方面:(1)研究納米球的刻蝕過(guò)程，實(shí)現(xiàn)非密排聚苯乙烯球直徑的精確控制。然后，基于NSL，結(jié)合電子束蒸發(fā)和磁控離子濺射兩項(xiàng)技術(shù)，在Si片表面實(shí)現(xiàn)Au納米孔陣列的按需制備和Au納米圓盤(pán)陣列的可控制備。在制備Au納米圓盤(pán)陣列過(guò)程中發(fā)現(xiàn)

3、了Au納米圓環(huán)陣列的制備方法，進(jìn)一步研究Au納米圓環(huán)陣列形成的各個(gè)步驟，弄清了Au圓環(huán)陣列的形成機(jī)理，最后，制備了不同周期、尺寸大小的Au納米圓環(huán)陣列。
　　(2)以制備得到的Au納米孔陣列、Au納米圓盤(pán)陣列作為金屬催化劑，采用MACE分別實(shí)現(xiàn)Si納米線陣列的按需制備和Si納米孔陣列的可控制備，分析刻蝕過(guò)程中的各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)刻蝕結(jié)果的影響，找到優(yōu)化的刻蝕工藝。然后，以Au納米圓環(huán)陣列為刻蝕催化劑，通過(guò)MACE初步實(shí)現(xiàn)Si納米孔中線

4、陣列的制備。
　　(3)采用時(shí)域有限差分法對(duì)不同直徑的SiNWAs和SiNHAs的光學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)地仿真模擬，并將模擬仿真結(jié)果與光學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行參照對(duì)比。結(jié)果表明長(zhǎng)度1μm、周期483nm的有序SiNWAs，在300nm直徑時(shí)的抗反射性能達(dá)到最強(qiáng)，而當(dāng)直徑為100nm時(shí)，宏觀上樣品表面呈深紅色，F(xiàn)DTD的仿真結(jié)果中發(fā)現(xiàn)吸收光譜中波長(zhǎng)～570nm處出現(xiàn)一個(gè)明顯的吸收峰，這是由于SiNWAs的本征模式的共振吸收所致。長(zhǎng)度1μ