光伏电池表面微结构制备及其抗反射性能研究

【摘要】：为了降低江南体育在线直播观看 电池表面的光反射,提高太阳光的利用率,科研工作者们做出了很多有意义的工作。通常,工业生产中采用四分之一光波长法,即在光伏电池表面沉积一层抗反射薄膜。但这种方法由于不同材料之间热膨胀系数不匹配和附着力差等问题,降低了其稳定性。所以目前科研工作者主要致力于表面微结构的抗反射研究。为了寻找快速、低价、大面积的制备抗反射微结构的方法,本论文采用金属辅助刻蚀、飞秒激光诱导、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀技术和金属薄膜退火法,制备了一系列纳米孔洞、微锥状、纳米草状和微纳米金属小球结构,研究了不同制备参数下表面微结构的形态变化趋势和抗反射原理,并探索了这些表面微结构在光电传感、微电子器件、光伏电池等领域的应用,取得了一些有意义的结果： 1、基于金属辅助刻蚀法成功制备出一系列不同尺度的纳米孔洞结构,并在此基础上优化工艺参数,得到300-1000nm光谱范围内平均反射率低于1%的超陷光表面(国际报道为5%)；通过对腐蚀溶液的浓度、温度、银膜厚度和刻蚀时间对表面形貌和孔洞形成过程的研究,分析和总结了所制备出纳米多孔硅的最佳工艺条件；通过光纤光谱仪,考察了制备工艺参数对纳米多孔硅的表面反射光谱的影响;最后探索了纳米多孔硅在晶硅太阳能电池方面的产业化应用。 2、采用飞秒激光在六氟化硫气氛中成功制备出微锥状结构,并在此基础上考察了激光参数对微米圆锥形成的影响；通过改变飞秒激光的脉冲个数、能量密度等参数对尖锥的形态变化进行了研究,得到了制备微锥结构表面的最佳工艺参数；通过紫外-可见分光光度计,测得微结构硅200-900nm的加权平均反射率为2%(国际报道为2%-3%)。 3、基于ICP刻蚀法在硅表面成功制备出纳米草状结构,并考察了气体流量、刻蚀时间、射频功率和工作气压对硅草形成的影响,总结了硅草形成的具体参数；通过光纤光谱仪,检测了不同尺度下硅草表面的反射率；在最优化的硅草样品上,得到了300-1000nm光谱范围内平均反射率趋于0的抗反射表面(国内外公开刊物中未见报道)。 4、通过金属薄膜高温退火,系统研究退火时间、温度和薄膜厚度以及基底材料对金属粒子几何尺寸的影响,成功调控硅基体表面银颗粒的尺寸、密度和均匀性,为激发表面等离子体共振(SPR)效应所获得较理想的高密度、直径均匀细小的银颗粒是在退火时间为10min、退火温度900℃和薄膜原始厚度为10nm的工艺参数。 5、验证了一种基于金属纳米粒子-硅基接触式反应的微原电池机理,以此来建立贵金属粒子辅助钻蚀形成多孔硅结构的模型；并基于几何光学传输模式提出了多孔结构表面的陷光模型；依据光的粒子性,建立光束在孔洞结构的中的多次反射和吸收特性,阐明了多孔硅减反射效果的原因。 6、对比飞秒激光在不同背景环境下诱导硅表面微结构,验证了六氟化硫气氛中形成周期表面微锥结构的全过程；并建立了微锥结构表面抗反射效果的几何光学模型,提供了一种应用于光电子器件中的新型材料。 7、基于麦克斯韦电磁场经典理论,建立了“硅草”表面减反射效果的等效介质模型,发现表面周期性微结构对光学减反射性能和宽波段的陷光均匀性有极大的提高。 【关键词】：表面微结构 金属辅助刻蚀 飞秒激光加工 ICP刻蚀技术 陷光结构 表面等离子体共振 抗反射性能
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 光伏电池概述13-19
• 1.1.1 光伏电池发展历史13-14
• 1.1.2 光伏电池结构、组成及原理14-16
• 1.1.3 光伏电池目前所存在的问题16-19
• 1.2 表面抗反射微结构在光伏电池中的应用研究19-22
• 1.2.1 表面抗反射微结构的起源19-20
• 1.2.2 表面抗反射微结构的基本原理20-21
• 1.2.3 表面抗反射微结构在光伏电池中的重要作用21-22
• 1.3 光伏电池表面微结构制备方法22-28
• 1.3.1 光刻技术22-23
• 1.3.2 刻蚀技术23-25
• 1.3.3 纳米压印技术25-26
• 1.3.4 "探针"技术26-27
• 1.3.5 自组装技术27-28
• 1.4 本课题研究的主要内容28-31
• 第二章 光伏电池表面纳米多孔结构的制备31-49
• 2.1 引言31-33
• 2.1.1 多孔硅材料概述31
• 2.1.2 金属粒子诱导钻蚀的基本原理31-33
• 2.2 实验部分33-36
• 2.2.1 实验材料和试剂33
• 2.2.2 主要实验设备33-34
• 2.2.3 实验方法与流程34-36
• 2.3 结果与讨论36-48
• 2.3.1 不同刻蚀温度对硅表面微结构及反射率的影响36-38
• 2.3.2 不同刻蚀时间对硅表面微结构及反射率的影响38-41
• 2.3.3 不同膜厚的金属对硅表面微结构及反射率的影响41-43
• 2.3.4 不同浓度的腐蚀液对硅表面微结构及反射率的影响43-45
• 2.3.5 多孔硅表面微结构的抗反射作用45-48
• 2.4 本章小结48-49
• 第三章 光伏电池表面尖锥状微结构的制备49-73
• 3.1 飞秒激光简介49-59
• 3.1.1 飞秒激光的特点49-51
• 3.1.2 飞秒激光诱导材料表面微结构的研究进展51-59
• 3.2 实验装置的及样品的前处理59-61
• 3.2.1 实验装置59-61
• 3.2.2 样品前处理61
• 3.3 实验方法与步骤61-63
• 3.4 结果与分析63-71
• 3.4.1 不同加工速度对微观形貌的影响64-66
• 3.4.2 不同激光能量对微观形貌的影响66-67
• 3.4.3 不同背景环境下对微观形貌的影响67-68
• 3.4.4 微结构硅表面的光学性能表征68-69
• 3.4.5 黑硅表面的减反效果与陷光模型69-71
• 3.5 本章小结71-73
• 第四章 光伏电池表面草状微结构的制备73-93
• 4.1 引言73-77
• 4.1.1 等离子体刻蚀概述73-74
• 4.1.2 等离子体(化学)刻蚀的基本原理74-76
• 4.1.3 电感耦合等离子体(ICP)刻蚀技术76-77
• 4.2 实验部分77-79
• 4.2.1 实验材料和试剂77
• 4.2.2 主要实验设备77
• 4.2.3 实验步骤77-79
• 4.3 结果与讨论79-91
• 4.3.1 SF6/O2气体流量比对硅表面形貌的影响79-81
• 4.3.2 工作气压对硅表面形貌的影响81-83
• 4.3.3 刻蚀时间对硅表面形貌的影响83-85
• 4.3.4 RF功率对硅表面形貌的影响85-87
• 4.3.5 "硅草"表面的减反射效果与等效介质理论87-91
• 4.4 本章小结91-93
• 第五章 光伏电池表面金属微纳米结构的抗反射研究93-109
• 5.1 引言93-96
• 5.1.1 表面等离子体共振(SPR)效应93-95
• 5.1.2 金属颗粒表面等离子体共振在光伏电池中的应用95-96
• 5.2 实验部分96-100
• 5.2.1 主要实验设备96-97
• 5.2.2 实验原料97-98
• 5.2.3 实验方法和工艺流程98-99
• 5.2.4 金属银薄膜处理后产物的表征方式99-100
• 5.3 结果与讨论100-107
• 5.3.1 Si/SiO2基体表面银颗粒的制备100-101
• 5.3.2 基底材料对纳米结构形貌的影响101-102
• 5.3.3 温度对纳米结构形貌的影响102-104
• 5.3.4 时间对纳米结构形貌的影响104-106
• 5.3.5 不同尺寸下的银颗粒的光学吸收增强效应106-107
• 5.4 本章小结107-109
• 第六章 总结与展望109-113
• 6.1 总结109-110
• 6.2 本论文创新点110-111
• 6.3 进一步研究与展望111-113
• 参考文献113-119
• 致谢119-121
• 攻读学位期间发表的学术论文及参研项目121-122

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

离子刻蚀技术现状与未来发展    任延同

硅纳米线的制备技术及应用研究新进展    邓皓月;张云怀;肖鹏;曹六俊;卢露;杨雁南;

微纳米加工技术及其应用综述    崔铮;

ICP刻蚀技术及其在光电子器件制作中的应用    樊中朝,余金中,陈少武

Si材刻蚀速率的工艺研究    蔡长龙;马睿;周顺;刘欢;刘卫国;

1.3μm应变补偿多量子阱SLD台面制作工艺的研究    唐道远;李晓良;

ICP刻蚀技术与模型    张鉴,黄庆安

ICP刻蚀技术在MEMS器件制作中的应用    李伟东,张建辉,吴学忠,李圣怡

高密度Si基半导体电容器的性能及其制作    王惠娟;吕垚;戴丰伟;万里兮;

规则织构化硅片表面的制备及其润湿行为    赵文杰;曾志翔;王立平;陈建敏;薛群基;

用于微惯性器件的ICP刻蚀工艺技术    卓敏;贾世星;朱健;张龙;

Pyrex玻璃的ICP刻蚀技术研究    江平;侯占强;彭智丹;肖定邦;吴学忠;

感应耦合等离子刻蚀InP工艺    陈磊;张靖;张瑞康;江山;

HfO_2薄膜的离子束刻蚀特性研究    王旭迪,徐向东,刘颖,洪义麟,付绍军

真空等离子体装备技术及应用    孙卓;倪晟;

基于激光光致热塑膨胀的三维微结构制备新方法    温正湖;王乐妍;张冬仙;

利用808nm半导体激光的三维微结构热塑成型方法研究    王乐妍;张冬仙;章海军;

ICP干法刻蚀技术在Ⅲ-Ⅴ族化合物中的应用    陈磊;张靖;毛谦;

干法和湿法图形化蓝宝石衬底在GaN基LED上的应用    江忠永;李书文;张昊翔;

磷化铟基集成光子器件及其关键工艺技术研究    王磊

激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究    刘超

用于光控相控阵的微波光子移相器的研究    瞿鹏飞

基于激光干涉技术的微纳结构制造研究    黄金堂

基于分子动力学的晶体铜纳米机械加工表层形成机理研究    张俊杰

铁电薄膜生长及器件制备工艺的研究    尹伊

激光光致热塑成型效应及三维微结构制备新方法研究    王乐妍

硅基二氧化硅阵列波导光栅波分复用器件的研究制作    周勤存

SOI光波导器件及其增透膜的研究    王永进

MEMS加工中电感耦合等离子体（ICP）刻蚀硅片的模型与模拟    张鉴

基于EDG的InP单片集成光信号收发器件的研究    张丽

SiO_2纳米颗粒在光学器件上的应用    许坚

Ag/SiNWs肖特基二极管温敏特性的研究    马殿飞

4H-SiC PiN结同位素电池的研究    石彦强

金刚石薄膜的制备及其平坦化研究    王莎莎

自支撑X射线光学元件的制作工艺及应用    辛将

高深宽比微结构加工技术研究    陈少军

朗缪尔探针诊断系统的研制及其应用    陈伟

基于TSV的MEMS圆片级真空封装关键技术的研究    张卓

飞秒激光烧蚀制备银纳米粒子的实验研究    伏再喜

锂离子电池硅纳米线负极材料研究    傅焰鹏;陈慧鑫;杨勇;

硅纳米线阵列电极作为细胞色素c传感器的研究    杨坤;陈欢;赵文超;王建涛;王辉;张晓宏;

光刻全息图的蚀刻条件研究    郭永康,郭履容,张晓春

半导体硅材料的新领域——评《硅纳米线分析》    易健宏;

纳米结构硅研究的发展动态    陈昌武,王卫乡

半导体器件工艺中干法刻蚀技术的进展    李建中

Si在SF_6＋N_2中反应离子刻蚀及其剖面的研究    程美乔，周帆，赵长威

亚微米聚焦离子束溅射刻蚀的实验研究    毕建华，俞学东，陆家和

神奇的纳米包装塑料    韩景平,韩玉梅

纳米技术与汽车    张树利 ,刘东东

纳米技术的进展(三)    汪一佛

浅谈纳米光为媒技术    姜秀臣

超微细粉体TiO_2的性能及应用    祖庸,任莉

21世纪的新材料──纳米材料    毛麒瑞

信息与动态    

纳米材料应用热点评述    

纳米技术发展可能经历五个阶段    

纳米“隐身术”    

测量微/纳米纤维弹性模量的屈曲方法    曹艳平;郑修鹏;李博;冯西桥;

纳米La_2O_3或CeO_2添加对TiO_2-SiO_2润滑添加剂磨擦修复特性的影响    毛健;赵立涛;程鹏;李华峰;陈国需;

季铵盐纳米磁粒杀菌剂的研究    肖旭贤;黄可龙;杨珉;何琼琼;

纳米SiO_2改性环氧涂层电化学阻抗谱研究    田惠文;李伟华;侯保荣;

甲醇在一维纳米限域体系扩散动力学的HP ~(129)Xe NMR研究    徐舒涛;张维萍;李新;刘宪春;韩秀文;包信和;

化学沉淀法制备纳米CeO_2的工艺研究    周涛;贺贝贝;江涵;王宁;

聚吡咯纳米回形针的合成与性能    陈旭;黄瑜;李亮;

微孔滤膜负载纳米Pd/Fe对五氯酚的降解研究(英文)    童曼;杜江坤;鲍建国;袁松虎;

光诱导转化法制备单晶Ag纳米三棱体和立方体    刘恒权;姚素薇;宋仁峰;唐建军;张卫国;王宏智;李荣先;

纳米TiO_2对不同材料超滤膜结构与性能的影响    高维珏;卞晓锴;陆晓峰;施柳青;林红军;

纳米离我们并不遥远    李斌 沈路涛

纳米是怎么回事？    科言

科学家呼吁走出“纳米热”的误区    林小春 姜岩

我国科学家首创纳米硫    黎昌政

“纳米布”陷入炒作    本报特约记者 周建

纳米如何冲破产业化瓶颈    本报记者 文成

纳米产业并不遥远    本报记者 沐清

标准之争暴露中国纳米业“痼疾” 上市公司投资“雷声大、雨点小”    本报记者 肖巍

有一种水叫“纳米水”    张永胜

纳米眼球还不能让盲人复明    本报记者 徐晓宁

飞秒激光制备半导体表面纳米周期结构    贾鑫

光伏电池表面微结构制备及其抗反射性能研究    张伟

聚丙烯酸酯/纳米氧化锡锑复合乳液的制备、表征及其在透明隔热涂料中的应用研究    张贵军

不锈钢表面高性能纳米防护涂层研究    陆洪彬

纳米及表面吸附体系的第一性原理研究    任浩

磁场中Ni-纳米Al_2O_3复合镀层制备及其电沉积机理的研究    汪超

纳米多孔金属薄膜的制备与电催化性能    葛性波

皮肤的纳米生物摩擦学行为研究    唐玮

人工影响天气纳米催化剂粉体的制备与成冰性能研究    张景红

一维纳米功能材料的静电纺丝制备及其性能研究    何典

水溶性刺激响应碳纳米角的制备与表征    齐俊杰

纳米二氧化钛的复合改性及其光催化性能的研究    杨微

掺杂纳米碳化硅薄膜的制备及光学特性研究    杜洁

镍氢电池正极材料纳米氢氧化镍的合成新方法研究    王艳明

聚合物/氢化钛制备纳米鳞片与复合涂膜防腐性能研究    李伟

低维纳米超结构材料的可控合成及其性能的研究    张宝华

退火方式对生物成像用红色纳米磷光材料性能的影响    李娇莉

在球形聚合物刷反应器中制备纳米贵金属及其催化活性研究    朱元清

纳米四氧化三钴的制备及其与聚苯胺的电化学复合    梁莹

微/纳米生物复合纤维的电纺制备及其表征    姜晨光