交替刻蚀制备有序锯齿形硅纳米线阵列及其光学性能研究

采用金属催化化学刻蚀法(MCCE),以金属Ag为催化剂,在HF与H_2O_2体系中通过交替刻蚀在P(111)硅衬底上制备出锯齿形硅纳米线阵列。利用扫描电子显微镜对硅纳米线的形貌进行了表征,研究了HF浓度与H_2O_2浓度对纳米线刻蚀方向的调控作用。选取不同的HF与H_2O_2浓度配比,分别对硅基底各向同性刻蚀与各向异性刻蚀进行调控,使得刻蚀方向对溶液浓度的变化能够快速响应。在溶液Ⅰ([HF]=2.3mol/L,[H_2O_2]=0.4mol/L)与溶液Ⅱ([HF]=9.2mol/L,[H_2O_2]=0.04mol/L)中交替刻蚀,制备出刻蚀方向高度可控的大规模锯齿形硅纳米线。利用紫外-可见分光光度计对锯齿形硅纳米线的减反射性能进行研究,结果表明,其表现出优异的减反特性,最低反射率为5.9%。纳米线形貌的高度可控性使其在微电子器件领域也具有巨大的应用前景。

高效多晶黑硅电池的产线技术

在产线工艺的基础上，研发金属催化化学刻蚀技术，制备出具有微米／纳米复合绒面结构的多晶黑硅太阳电池。通过对黑硅纳米结构的修正刻蚀，实现电池光学性能和电学性能的同步提高；通过系统的优化，黑硅电池的性能特圳是其短路电流提高rI50～300mA，这主要得益于电池蓝光响应特性的改善。

硅纳米线尖端阵列的制备及其场发射性能研究

将银镜反应与金属催化化学刻蚀相结合,在室温附近成功地制备出了硅纳米线尖端阵列,其长度为4~7μm,中间部分的直径在100~300nm之间。该方法操作简单、高效、无毒、可控以及低成本,且不需要高温、复杂的设备,对环境也没有特殊要求。性能测试结果显示：该硅纳米材料能够有效实现电子发射,开启电场约为2.7V/μm（电流密度10μA/cm2处）;硅纳米尖端阵列的场增强因子约为692,可应用在场发射器件之上。

硅纳米线的制备及其光学性能的研究

通过金属催化化学刻蚀的方法中的两步法制备出了具有阵列结构的硅纳米线,研究了不同刻蚀条件对硅纳米线形貌的影响,分析了形成不同形貌的原因。测定了不同条件下制备的硅纳米线的光吸收性能,总结了影响光吸收性能的因素和原因,根据硅纳米线的光吸收图求出了硅纳米线的禁带宽度,说明了硅纳米线已经具备不同于硅片的性能。

硅太阳能电池表面纳米线阵列的光学特性研究

为增强晶体硅太阳能电池的光利用率,提高光电转换效率,研究了硅纳米线（Silicon nanowires,SiNWs）阵列的光学特性。首先运用时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）方法对硅纳米线阵列在300~1100nm波段的吸收率进行了模拟计算,并对硅纳米线阵列的光吸收效率进行了优化计算。结果表明,当硅纳米线阵列的周期为600nm,填充比为0.7时硅纳米线阵列的光吸收效率最大,可达32.93%。然后采用金属催化化学刻蚀（Metal Assisted Chemical Etching,MACE）的方法,于室温、室压条件下在单晶硅表面制备了不同结构的硅纳米线阵列,并测试了其反射率R,并对实验结果进行了分析,表明硅纳米线阵列相对于单晶硅薄膜,其减反射增强吸收的效果明显。因此,在硅表面制备这种具有特殊形貌的微结构不仅能降低太阳电池的制造成本,同时还能大幅降低晶体硅表面的光反射,增强光吸收,提高电池的光电转换效率。

晶体硅太阳电池表面纳米线阵列减反射特性研究

为增强晶体硅太阳电池的光利用率,提高光电转换效率,研究了硅纳米线阵列的光学散射性质.运用严格耦合波理论对硅纳米线阵列在310—1127nm波段的反射率进行了模拟计算,用田口方法对硅纳米线阵列的表面传输效率进行了优化.结果表明,当硅纳米线阵列的周期为50nm,占空比为0.6,高度约1000nm时减反射效果最佳;该结构在上述波段的平均反射率约为2%,且在较大入射角度范围保持不变.采用金属催化化学腐蚀法,于室温、室压条件下在单晶硅表面制备周期为60nm,占空比为0.53,高度为500nm的硅纳米线阵列结构,其反射率的实验测试结果与计算模拟值相符,在上述波段的平均反射率为4%—5%,相对于单晶硅35%左右的反射率,减反射效果明显.这种减反射微结构能够在降低太阳电池成本的同时有效减小单晶硅表面的光反射损失,提高光电转换效率.