多晶硅绒面结构光学特性的数值模拟

基于麦克斯韦方程组和材料本构方程,利用多物理场有限元软件COMSOL Multiphysics 3.5a中的RF模块建立了多坑绒面的有限元模型,并对硅片腐蚀前后的光学特性进行了模拟。研究表明,与硅片腐蚀前相比,腐蚀后(即多坑)绒面反射率较低,功率流y分量较高,具有较好的陷光效果,当波长为800nm时,多坑绒面表面电场z分量的最大值和最小值分别为腐蚀前硅片的3.1倍和2.3倍,而表面磁场y分量两个极值分别为腐蚀前硅片的6倍和6.6倍;通过将模拟结果和实验数据比较可知,多坑模型模拟结果更接近实验值,所获模拟结果可更好地指导实际生产。     

磁场方向对碱腐蚀构建多晶硅绒面结构的影响

在零磁场和2T、4T磁场中用NaOH溶液腐蚀制备多晶硅绒面结构,样品板平面分别平行和垂直于磁场放置。用电子天平称重表征硅片的腐蚀程度、用奥林巴斯LEXT OLS4100共聚焦显微镜观察多晶硅片形貌、用Ocean Optics USB4000光谱仪测量多晶硅片的反射率、用WT-1200硅片测试仪测量样品的少子寿命,研究了磁场方向对碱腐蚀构建多晶硅绒面结构的影响。结果表明：随着磁感应强度的提高多晶硅片的腐蚀程度严重,绒面结构变得均匀和细腻,反射率降低;在磁感应强度相同的条件下碱液中沿着磁场方向运动的OH^-离子不受磁场力作用,而运动方向与磁场方向不完全一致的OH^-离子受磁场产生的Lorenz力作用。Lorenz力使板平面垂直于磁场方向的硅片样品腐蚀程度更加严重、绒面和断层状结构细腻程度更加显著、少子的寿命更长、反射率更低。磁感应强度为4T时反射率降低到14.5%,在用碱液腐蚀制备多晶硅绒面结构过程中施加强磁场,板平面垂直磁场方向放置硅片减反射效果更加显著。     

不同腐蚀深度对多晶硅太阳能电池电性能的影响

研究了多晶硅片表面织构化对太阳能电池电性能的影响,通过调整工艺参数得到腐蚀深度分别为2.9μm、3.8μm、4.6μm的3批样品,采用扫描电子显微镜(SEM)和光谱响应系统表征了表面形貌和反射率,分析了腐蚀深度与后续各制程的关系.对比了绒面反射率及电性能参数,确定了最佳的腐蚀深度.     

太阳能级多晶硅片表面制绒的研究

主要研究多晶硅太阳能电池片工业制绒的酸腐蚀过程,腐蚀液是由HNO3、HF和H2SiF6组成的混合液,未添加其他试剂作为反应缓释剂;采用SEM和紫外分光光度计对多晶硅片表面制绒形貌进行观察和检测分析。实验过程中,按照工业生产的实际模型,首先研究确定了最佳腐蚀时间为2min,之后主要研究了酸腐蚀过程中的H2SiF6浓度对多晶硅表面制绒效果的影响,优化得到H2SiF6的最低含量为2%,并确定最佳腐蚀工艺条件,为进一步回收利用腐蚀废液提供依据。     

醋酸铜辅助催化刻蚀制备金刚线切割多晶硅片绒面

金刚线切割多晶硅片表面减反射结构难以制备的问题阻碍着多晶硅光伏的进步。银辅助的酸腐蚀是解决这一问题的较好方法,但银的消耗和废液处理等增加了成本。本研究提出了醋酸铜辅助催化刻蚀金刚线切割多晶硅片方案,考察了刻蚀反应温度和时间对硅片表面形貌的影响,确定了最优的反应温度和时间分别为25℃和5 min。在此条件下,所获得的多晶硅在300～1100 nm波段的平均反射率为15.1%。按照标准太阳电池制备工艺流片后,所获太阳电池的光电转换效率为19.4%。     

陷光结构在GaAs薄膜太阳电池中的应用

陷光结构由于其独特的光学特性,在光伏器件中发挥的作用越来越重要。目前硅基太阳电池中陷光结构的应用很常见,然而在GaAs薄膜太阳电池中陷光结构的报道并不多。详细介绍了陷光结构的原理及其在GaAs薄膜电池中的研究现状和应用情况。综述了GaAs薄膜太阳能电池中常用的三类陷光结构:正面陷光结构(包括纳米颗粒、纳米线、纳米锥等)、背面陷光结构(如镜面背反射层)以及混合陷光结构。大量研究表明,陷光结构的使用可以进一步提高GaAs薄膜电池的光电转换效率,一定程度上达到降低电池生产成本的目的。     

含氟表面活性剂对多晶硅绒面微结构的影响

在酸制绒液中加入含氟表面活性剂,对多晶硅片制绒。然后通过扫描电子显微镜观察多晶硅表面织构,并在此基础上分析含氟表面活性剂对腐蚀效果的影响。实验结果表明:虽然传统酸液对多晶硅制绒是各向同性的,但加入含氟表面活性剂后,酸腐蚀出现各向异性腐蚀特性;由此制备的多晶硅片反射率从25.7%下降到了23.9%,表面出现变形的金字塔、三角形等,且不同晶面的金字塔和三角形的大小和倾斜角度不同。最后根据杨氏理论,从界面张力的角度解释了含氟表面活性剂对制绒的影响机理。     

金刚线切割多晶硅片表面减反射绒面的制备

为解决金刚线切割多晶硅片表面制绒的问题,提出了一种创新的两步腐蚀制备硅表面陷光结构的方法。先以浓硫酸作为添加剂去除表面线痕,然后通过酸雾腐蚀法获得一种微米纳米复合的多孔陷光结构。样品在300～1100nm波长范围内的平均光反射率被降至8.6%,减反射效果优良,少子寿命提升0.6μs以上。此方法具有操作简单,无需复杂设备,成本低等优点,易实现工业化生产。     

太阳电池用绒面结构ZnO-TCO薄膜及光管理研究进展

主要阐述了近年来薄膜太阳电池用绒面结构氧化锌(ZnO)透明导电氧化物(Transparent conductive oxides,TCO)薄膜以及光管理设计方面的研究进展。主要包括溅射湿法刻蚀技术、等离子体刻蚀玻璃衬底技术、等离子体处理修饰ZnO薄膜表面技术、修饰层改善ZnO薄膜表面技术、梯度杂质掺杂技术、复合特征尺寸生长设计以及直接生长绒面结构ZnO薄膜技术和宽光谱ZnO薄膜生长设计等。此外,对薄膜太阳电池中的先进光管理(Light management)结构设计及新材料应用进行了探讨和展望。     

利用金属辅助化学腐蚀法在硅表面获得纳米绒面结构以提升多晶硅太阳电池效率

在硅片表面制备绒面结构能够有效降低太阳光在硅片表面的反射损失,是提高太阳能电池转换效率的一条重要途径。通过真空热蒸发法在多晶硅片上沉积纳米银颗粒,利用金属辅助化学腐蚀(MACE)法,制备了不同腐蚀时间下的纳米绒面结构,其中,腐蚀时间为60s的纳米绒面的平均反射率低至4.66%(300~1100nm)。同时,对腐蚀时间为60s的纳米绒面用KOH溶液进行优化处理,将KOH处理前后的多晶硅片采用常规电池工艺进行电池制备研究。对比发现,经过KOH处理后的电池效率比未经KOH处理的电池效率提高了0.43%。     

Bidirectional Reflectance Distribution Function of Rough Silicon Wafers

The trend towards miniaturization of patterning features in integrated circuits (IC) has made traditional batch furnaces inadequate for many processes. Rapid thermal processing (RTP) of silicon wafers has become more popular in recent years for IC manufacturing. Light-pipe radiation thermometry is the method of choice for real-time temperature monitoring in RTP. However, the radiation environment can greatly affect the signal reaching the radiometer. The bidirectional reflectance distribution function (BRDF) of rough silicon wafers is needed for the prediction of the reflected radiation that reaches the radiometer and for reflective RTP furnace design. This paper presents the BRDF measurement results for several processing wafers in the wavelength range from 400 to 1100 nm with the spectral tri-function automated reference reflectometer (STARR) at the National Institute of Standards and Technology (NIST). The rms roughness of these samples ranges from 1 nm to 1 m, as measured with an optical interferometric microscope. Correlations between the BRDF and surface parameters are obtained using different models by comparing theoretical predictions with experiments.     

化学刻蚀两步法制备硅纳米线(英文)

采用化学刻蚀两步法制备硅纳米线。在制作过程的不同阶段,通过金相显微镜,扫描电子显微镜及透射电子显微镜分别对其表面形态进行观察。结果表明,通过两步法制作的硅纳米线比传统刻蚀方法制作的样品具有更细的直径。光致发光的测量结果表明,两步法制备的硅纳米线在可见光领域有较强的红光发射。     

Ultrabroadband Metasurface for Efficient Light Trapping and Localization: A Universal Surface‐Enhanced Raman Spectroscopy Substrate for “All” Excitation Wavelengths

Most reported surface‐enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrates can work for individual excitation wavelengths only. Therefore, different substrates have to be used for different excitation wavelengths, which consumes more biological/chemical materials, substrates, and measurement time. Here, an ultrabroadband super absorbing metasurface that can work as a universal substrate for low cost and high performance SERS sensing is reported. Due to broadband light trapping and localized field enhancement, this structure can work for almost “all” available laser lines from 450 to 1100 nm. This predicted feature is validated by SERS experiment using five different excitation laser lines, obtaining a high enhancement factor of 5.3 × 10⁷ and very good uniformity over large areas.     

多孔氧化铝模板在酸性和碱性介质中的腐蚀过程

将AAO模板分别在体积比为1:9(约15%(质量分数))的H_3PO_4溶液和10%(质量分数)的NaOH溶液中进行蚀刻处理,结果显示,AAO模板经过一个扩孔过程,最终孔间壁较薄部分被彻底蚀刻掉,孔间壁较厚部分留下形成氧化铝纳米线状结构.在2种蚀刻溶液中.NaOH溶液对模板的蚀刻比H_3PO_4溶液的快.这些结果对于AAO扩孔、氧化铝纳米结构的合成以及模板的去除具有一定的指导意义.     

Using interference effects for controlled light propagation in four-waveguide directional couplers

We explore interference effects that lead to interesting phenomena in arrays of four circularly coupled waveguides. These phenomena are shown by analytical solutions of the coupled mode equations and are verified by numerical solutions of the same equations. The interference is realized by proper design of the waveguides structure such that the propagation and the coupling constants obey specific conditions. We show that interference effects may lead to interesting phenomena, such as controlled light transfer as well as light trapping due to destructive interference.     

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。