硅納米線陣列的可控制備及新型異質結太陽電池研究.pdf

1、太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，有望成為21世紀主要的替代能源之一。光伏電池是將太陽能直接轉換為電能的核心器件。在目前的商業(yè)應用中，最為常見的光伏電池包括單晶硅太陽電池與多晶硅太陽電池。但是，較高的發(fā)電成本、理論轉換效率的限制與彎折易破碎等問題阻礙了晶硅太陽電池的廣泛應用。硅納米線陣列由于具有獨特的光學、光電、機械柔性等性質被引入硅太陽電池的研究，為新一代硅太陽電池的低成本制作、轉化效率的提升及柔性功能的開發(fā)提供了新思路

2、?；诖?，本課題采用濕化學刻蝕方法，在單晶硅表面制備出均勻的硅納米線陣列，探索硅納米線的錐化機制及形成機理，調控硅納米線的尺寸、表面質量與形貌，提升減反射與光吸收性能。在此基礎上，設計制備硅納米線/PEDOT:PSS異質結太陽電池。開發(fā)硅納米線陣列轉移與硅片減薄的新技術，實現器件的柔性特征，其主要研究工作如下：
　　通過臭氧預處理使硅表面鈍化，促進銀納米粒子在4英寸硅表面的均勻電鍍，獲得硅片級均勻的硅納米線陣列。系統(tǒng)研究了硅納米線

3、的長度、填充率及表面質量的調控方法。利用銀納米粒子在催化硅刻蝕中的連續(xù)溶解特征，制備出錐形的硅納米線陣列。提出自析出的K2SiF6晶體作為掩蔽進行硅刻蝕，獲得硅微米柱/納米線復合陣列。
　　研究了單分散的貴金屬納米粒子、薄膜及具有納米孔薄膜的催化刻蝕特征，指出具有納米孔特征的貴金屬薄膜可促進硅納米線陣列的形成。利用電子顯微鏡和電子自旋共振光譜儀探測了銀粒子在催化刻蝕硅中的形態(tài)變化，揭示了硅納米線的錐化機制。系統(tǒng)研究了單一型與混合型

4、氧化劑的種類、濃度對硅納米線形貌的影響，闡明了硅納米線、多孔硅納米線、硅微米柱/納米線復合陣列及拋光硅的形成機理。研究了銀納米粒子在硅材料中的運動方向，指出乙醇試劑可以誘導硅納米線的生成取向。
　　系統(tǒng)研究了硅納米線的長度、填充率、摻雜類型及濃度對其減反射性能的影響。建立了多孔錐形硅納米線的有效折射率模型，理論計算與實驗測試表明多孔錐形硅納米線在300-1700nm波段呈現出寬光譜減反射性能，貴金屬納米粒子修飾能夠進一步抑制在近紅

5、外波段的反射損失。硅納米線陣列薄膜在550nm波段的光吸收率接近95％，硅納米線的多孔化進一步提升長波段光吸收。
　　將 PEDOT:PSS有機材料引入硅納米線陣列中，溶液法制備出硅納米線/PEDOT:PSS異質結太陽電池。研究了上電極、PEDOT:PSS薄膜的厚度及摻雜、硅納米線的結構參數對該電池光伏性能的影響。綜合優(yōu)化工藝技術后，電池效率提升至9.7%，并進一步研究了相對濕度對該電池穩(wěn)定性的影響。
　　研究了硅微納結構薄