超短激光脈沖表面微構造硅及其光電性質的研究.pdf

1、在一定環(huán)境氣體氛圍下，用超短激光脈沖照射硅片表面，會在硅表面產(chǎn)生準規(guī)則排列的錐形尖峰結構。這些錐形尖峰結構的尺度和間距都在微米量級。經(jīng)過表面微構造的硅材料，光吸收效率顯著提高，尤其是在紅外波段，光吸收的增強更為明顯。對這一現(xiàn)象的研究，不僅是激光與物質相互作用的基本課題，也具有巨大的潛在應用價值，具有重大的理論意義和現(xiàn)實意義。
　　 建立了利用超短激光脈沖對硅表面進行微構造的實驗裝置，對硅表面微結構的形成及其光吸收性質進行了系統(tǒng)的

2、研究。結果表明，激光通量和環(huán)境氣體對表面微觀結構的形成起著決定性的作用。只有在SF6氣體氛圍下，才能形成尖銳的錐形尖峰結構。尖峰的高度和間距都隨著激光通量的增加而增大。
　　 研究了不同激光通量，SF6和N2氛圍條件下制備的、具有不同峰高的表面微構造硅材料的光吸收性質，結果表明表面微構造硅材料在0.3～16.7μm波長范圍內的光吸收率顯著提高。SF6氛圍下制備的表面微構造硅材料的光吸收率在整個測量波段范圍內可保持在80％以上；N

3、2氛圍下制備的表面微構造硅材料在0.3～1.1μm和9～14μm波段的光吸收率可保持在80％以上，但是在3～7μm處形成一個低吸收帶。表面微構造硅這種極好的光吸收特性使其在高效硅太陽能電池、全波段光探測器、激光功率計、光通信和遙感等領域具有巨大的潛在應用價值。
　　 鑒于表面微構造硅具有增強的光吸收特性，且其表面具有微結構形貌，在其表面蒸鍍了一層金屬薄膜，借以研究具有復雜微結構的金屬薄膜的光吸收性質。
　　 在對表面微構

4、造硅進行光學測量的基礎上，制作了基于表面微構造硅這一新材料的太陽能光伏原型器件，對其光伏性質進行了研究。在He-Ne激光器632.8nm譜線的照射下，該器件分別產(chǎn)生了0.11mA的短路電流和53.3 mV的開路電壓。對應的材料外量子效率達到了112.9％。對于其外量子效率大于1這一反?，F(xiàn)象我們也進行了分析，并準備展開進一步的實驗工作進行驗證。
　　 最后，研究了不同氣體氛圍下超短激光脈沖與金的相互作用，特別是在空氣中的相互作用。

5、實驗發(fā)現(xiàn)超短激光脈沖與金的相互作用可以劃分為高、中、低三個激光通量區(qū)域。在高通量區(qū)域，觀察不到表面波的存在，只能看到顆粒以及顆粒團簇。在中等通量區(qū)域，可以觀察到表面波結構的存在，其周期長度與飛秒激光脈沖的中心波長相當，均在亞微米量級，這與瑞利衍射條件的理論預期完全一致。在低通量區(qū)域，觀察到反常的表面波結構，其周期長度在20μm以上，遠遠大于入射飛秒激光脈沖的中心波長，這是用瑞利衍射條件所無法解釋的。反常表面波結構的形成，認為是應力釋放或