多层纳米微结构的制备与陷光机理研究

采用电化学腐蚀方法在单晶硅片表面制备了折射率渐变的多层纳米微结构。用扫描电镜和UV-VIS-NIR分光光度计分别分析了多层纳米微结构的表面形貌和反射率。研究了腐蚀电流密度和腐蚀时间对微结构减反射性能的影响并分析了多层纳米微结构的陷光机理。结果表明:硅片表面的纳米孔径随着腐蚀电流密度和腐蚀时间增加而增大,初始腐蚀电流密度为12.25mA/cm2和腐蚀时间为2s时,表面最大的纳米孔径为30nm,在400nm～800nm的可见光波长范围内的反射率为3.4%,在200 nm～2000nm的宽波长范围内反射率仅为5.8%,远小于常规金字塔对应的反射率。这种宽波段范围的低反射率来源于多层纳米微结构中邻层相差很小的等效折射率。     

表面多孔硅层对单晶硅太阳电池性能的影响（英文）

反射率对太阳电池的性能至关重要。采用电化学法在单晶硅衬底上制备多孔硅来降低器件的反射率,并采用快速热退火法对多孔硅层进行磷扩散处理,进而制备了单晶硅太阳电池。扫描电子显微镜(SEM)显示出单晶硅表面形成了孔径均匀的多孔硅层,且孔径随着刻蚀时间的增加而增大;紫外-可见光分光光度计表明,该多孔硅层的反射率在400～1 100 nm的光谱范围达到12%;磷扩散后薄层方块电阻达到42Ω/□,证明多孔硅层促进了磷扩散。最终在850℃、40 s快速热退火扩散条件下,成功制备出了效率为12.32%、短路电流密度为27.99 mA/cm~2、开路电压为0.49 V以及填充因子达到71%的太阳电池。     

陷光结构在PERL太阳能电池中的应用及发展前景

陷光技术是制备高效单晶硅太阳能电池特别是钝化发射极背面定域掺杂(PERL)太阳能电池的一项关键技术。本文阐述了背面场和绒面结构在增加太阳光吸收时的物理机理,分析了背面场和绒面组成的陷光结构在提升PERL太阳能电池光电转换效率时的作用,最后展望PERL太阳能电池的发展前景。     

硅基有序截锥短纳米线的陷光特性

高效陷光是提高薄膜太阳电池效率的重要因素。本文利用周期性的截锥Si纳米线结构获得了宽光谱的高效陷光,其陷光机制借助FDTD solution软件进行了分析。利用图形衬底和选择性外延技术,先在硅衬底上生长出传统的周期性圆柱状硅纳米结构,长度为200nm,直径为80nm;之后利用热氧化技术,制备出可控的截锥纳米线结构,长度为140nm时,其在300-900nm的平均反射率低于5%。这表明有序截锥短纳米线具有良好的宽光谱减反特性,可应用于径向纳米线太阳电池的制备。     

用于太阳能电池的多晶硅激光表面织构化研究

介绍了利用激光制备多晶硅表面织构的研究结果。采用激光在硅片表面刻蚀,然后利用化学方法去除残渣和损伤,制得均匀的表面陷光结构。通过扫描电子显微镜,HitachiU-4100分光光度计和Semilab WT2000少子寿命仪分析了表面织构化后硅片的表面形貌、反射率和少子寿命。通过调节激光和化学腐蚀参数得到很好的陷光效果,表面反射率最低可以降到约10%。但是激光刻蚀对硅片性能仍有一定损伤,有待改进。激光表面织构为多晶硅的减反射处理提供有效的途径。     

硅场发射微尖阵列的制备工艺研究

主要阐述了用于场发射硅锥阵列的制备工艺,实验中在101.6mm(4in)的n型(100)晶向低阻硅片上氧化出一层厚度约为650nm的氧化层,再用投影曝光的方法光刻出边长2μm,间距4μm的方形掩膜。再分别使用反应离子刻蚀(RIE)技术和湿法刻蚀制备硅锥阵列,干法刻蚀并结合氧化削尖工艺得到了曲率半径为90nm左右且具有良好一致性的尖锥,湿法刻蚀同样得到较理想的结果。     

黑硅无掩模反应离子刻蚀法制备及光学性能研究

采用无掩模反应离子刻蚀法制备了黑硅.利用扫描电子显微镜及紫外-可见-近红外分光光度计研究了黑硅的微结构和光学特性.结果表明,黑硅微结构高度为2.0～3.5 μm,径向尺寸90～400 nm,间距200～610 nm.在400～1 000 nm光谱范围内黑硅吸收率为94％,是单晶硅的1.5倍;在1 200～1 700 nm光谱范围吸收率为55％～60％,是B掺杂单晶硅的20倍.制备的黑硅的光学带隙为0.600 6 eV,吸收光谱明显向红外方向偏移.     

用于四结太阳电池的多对TiO2/SiO2减反膜系的研究

随着GaInP/GaInAs/GaInNAs/Ge四结太阳电池的快速发展,设计并镀制可与四结太阳电池更加匹配的光学减反膜系变得尤为重要.实验中通过TFCale软件理论模拟了3对TiO2/SiO2(6层)减反膜系,其中理论模拟膜系与实际镀制膜系反射率曲线重合性良好.实际制备并讨论了离子源功率、薄膜物理厚度等参数对减反膜系反射率的影响.发现得到优异反射率的关键在于对第二层SiO2薄膜物理厚度的控制,尤其是在400～1 000 nm波段内.实验中制备的3对TiO2/SiO2(6层)减反膜系在280～1 400 nm波段内其反射率均小于10％,特别是在影响四结太阳电池限流结的GaInAs/GaInNAs两结波段(670～900 nm/900～1 100 nm)内,其反射率均在5％以下.     

铜辅助单步化学刻蚀多晶硅(英文)

介绍了一种用铜作催化剂,辅助单步湿法刻蚀多晶硅片的工艺。该方法具有成本低廉和操作简易的特点。系统研究了反应物浓度和温度对刻蚀速率以及刻蚀后硅片表面形貌的影响,并据此通过调节反应物浓度cHF∶cH2O2=6 mol/L∶2 mol/L,cCu(NO3)2=0.08 mol/L以及反应温度至60℃,得出了最佳的刻蚀参数配比。制备出的多晶硅纳米结构表面,平均反射率在宽波段内降低到5%,陷光减反作用明显。可引用空穴注入模型解释不同反应物浓度下硅片表面形貌的形成机理。通过公式拟合与实验结果的对比,提出了反应活化能以及铜与硅片的接触面积是影响刻蚀过程的内在因素。     

银/铜双原子MACE法制备单晶黑硅

本文采用两步Ag/Cu双原子金属辅助化学腐蚀(M ACE)法,在25℃和50℃单晶硅表面制备纳米陷 光结构。实验探讨了刻蚀时间和Ag/Cu原子的摩尔比对制备的黑硅表面结构形貌和反射率的 影响,实验得 到Ag/Cu双原子MACE法制备的的黑硅比Ag单原子和Cu单原子MACE法制备的黑硅具有更好的表 面抗反 射。这是由于Ag/Cu双原子的协同催化腐蚀,使得黑硅表面具有较为均匀分布的横向和竖向 共存的复合孔 洞结构。研究结果表明,纵横交错的复合孔洞结构具有良好的陷光效果,当Ag/Cu原子摩尔 比为1∶5,腐蚀 时间为10 min时,黑硅表面的反射率达到最低,为4%以下。而对于重 掺硅衬底,Ag/C u双原子辅助腐蚀得到的黑硅表面孔洞为均匀规整的倒金字塔结构,其反射率达到2%以下。