纳米金属银、铜辅助化学刻蚀制绒金刚线切割多晶硅的研究

以金刚线切割多晶硅为原料,研究不同纳米金属催化剂(银、铜)辅助化学刻蚀对纳米结构引入及多晶硅片表面制绒效果的影响。研究结果表明:不同纳米金属物种诱导刻蚀对硅片表面形貌结构的影响巨大,相比于纳米银辅助刻蚀形成的硅纳米线阵列结构而言,纳米铜辅助刻蚀形成的倒金字塔结构在各方面的性能均比较突出,大面积微尺度的倒金字塔阵列结构可以更完美地融合表面低反射率和钝化不佳之间的矛盾,且硅片表面切割纹去除效果明显。当金属铜辅助化学刻蚀制绒15 min时,倒金字塔结构最规则、均匀,且在300~1 100 nm波段范围内,反射率由原片的41.8%降低至5.8%。同时倒金字塔形貌具有优越的减反效果和去除切割纹能力,使得制绒金刚线切割多晶硅片有望用来制备高效率的太阳能电池。     

一步纳米银催化刻蚀法制备多孔硅纳米线阵列

通过采用一步纳米金属颗粒辅助化学刻蚀法(MACE)成功制备了多孔硅纳米线, 并主要研究了硅片掺杂浓度、氧化剂AgNO₃浓度以及HF浓度对硅纳米线阵列形貌结构的影响规律. 研究结果表明: 较高的掺杂浓度更有利于刻蚀反应的发生和硅纳米线阵列的形成, 这是由于高掺杂浓度在硅片表面引入了更多的杂质和缺陷, 同时高掺杂浓度的硅片与溶液界面形成的肖特基势垒更低, 更容易氧化溶解形成硅纳米线阵列; 在一步金属辅助化学刻蚀法制备多孔硅纳米线阵列的过程中, 溶液中AgNO₃浓度对于其刻蚀形貌和结构起到主要作用, AgNO₃浓度过低或过高时, 硅片表面会形成腐蚀凹坑或坍塌的纳米线簇, AgNO₃浓度为0.02 mol·L-1时, 硅纳米线会生长变长, 最终形成多孔硅纳米线阵列. 随着硅纳米线的增长, 纳米线之间的毛细应力会使得一些纳米线顶部出现团聚现象; 且当HF溶液浓度超过4.6 mol·L-1时, 随着HF酸浓度的增加, 硅纳米线的长度随之增加. 同时, 硅纳米线的顶部有多孔结构生成, 且硅纳米线的孔隙率随HF浓度的增加而增多, 这是由于纳米线顶部大量的Ag+随机形核, 导致硅纳米线侧向腐蚀的结果. 最后, 根据实验现象提出相应模型对多孔硅纳米线的形成过程进行了解释, 归因于银离子的沉积和硅基底的氧化溶解.      

金属铜辅助化学刻蚀对金刚线切割多晶硅的制绒

针对金刚线切割多晶硅制绒后硅片反射率偏高且切割纹难以去除等问题,采用酸性湿法刻蚀预处理再结合低成本的金属铜辅助化学刻蚀成功的实现了金刚线切割多晶硅片表面制绒。研究结果表明,随着酸腐蚀时间的增加,金刚线切割多晶硅片表面切割纹、粗糙度得到有效改善。倒金字塔结构的引入能够有效地降低硅片表面的反射率。当酸洗预处理时间为5 min,金属铜辅助化学刻蚀时间为15 min时,样品表面倒金字塔结构最均匀,且在300~1 100 nm波长范围内,获得最低平均反射率3.32%。同时优越的减反效果和去除切割纹能力,使得制绒后金刚线切割多晶硅片有望实现高效率的太阳能电池。     

金刚线切割单晶片纳米金属铜催化可控制绒研究

金属催化刻蚀制绒方法(MCCE)有望突破金刚线切割硅片表面高效制绒所面临挑战而备受关注.针对传统金属催化刻蚀过程中使用贵金属(Ag、Au、Pt等)作为催化剂成本较高的问题,本文采用廉价金属铜作为催化剂,进行金刚线切割单晶硅片的可控制绒研究.选取HF-HNO_3、HF-FeCl_3-Cu(NO_3)_2、HF-H_2O_2-Cu(NO_3)_2三种刻蚀体系对硅片进行刻蚀处理.研究结果表明,常规HF-HNO_3酸刻蚀体系未能有效去除线痕且陷光性能不佳;而铜铁催化刻蚀体系虽解决线痕问题,但其仍具有高反射率;铜催化辅助刻蚀体系引入的倒金字塔结构能够有效地解决线痕非均匀性问题,且在400~1 000 nm的波长范围内,获得最低平均反射率4.46%.论文提出的金属铜催化可控制绒方法在保证成本较低的同时能够获得良好的制绒效果,表现出较好的产业化前景.     

热等离子法制备锂离子电池硅碳负极材料

采用直流电弧热等离子法一步制备硅/碳球形纳米复合材料。以中值粒径分别为2.6 μm、6.5 μm和15.0 μm的硅碳混合粉末为原料,制得了中值粒径为49.9 nm、56.3 nm和68.9 nm的纳米硅碳复合材料;在200 mA/g的电流密度下3种不同粒径的纳米硅碳负极材料的首次放电比容量分别达到1718 mAh/g,1651 mAh/g和1343 mAh/g,50次循环后其容量保持在1005 mAh/g,761 mAh/g和663 mAh/g;而未处理的硅碳混合粉末首次放电容量约为2321 mAh/g,但50次循环后,容量仅为274 mAh/g。由此可见,利用直流电弧热等离子法制备的硅/碳球形纳米复合材料的电化学性能得到了极大的提升。