硅納米線和多孔硅的制備及表面修飾研究.pdf

1、光伏發(fā)電技術作為開發(fā)、利用綠色、可再生能源的重要形式，具有廣闊的發(fā)展和應用空間。但是由于普通的商業(yè)太陽能電池效率不高，導致光伏發(fā)電的應用成本偏高。影響太陽能電池效率的一個重要因素是電池表面對入射光的反射作用，使入射太陽光的能量遭受損失，降低了入射光的利用率;另一個影響電池效率的重要因素是制備電池所用的半導體材料的能帶寬度與太陽光譜的分布不匹配，導致入射太陽光中很大一部分光子的能量不能被電池吸收而浪費掉了，影響了電池效率的提升。因此，降低

2、電池表面對入射光的反射或者使用光波轉換材料改變入射光的分布、增強電池響應譜與入射光譜之間的匹配，是提高太陽能電池效率的重要途徑。
　　但是采用以上途徑提高電池效率，必須尋找到合適的減反射材料和光波轉換材料，針對這個問題，本文對硅納米線和多孔硅的減反射效應和下轉化發(fā)光效應進行了系統(tǒng)研究。由于多孔硅材料的發(fā)光性能會隨時間的改變而發(fā)生變化，所以我們還嘗試對多孔硅表面進行了硅烷化處理，增強了多孔硅發(fā)光的穩(wěn)定性。此外，我們還對材料的制備和表

3、面處理機理進行了詳細研究，取得了如下的創(chuàng)新結果:
　　(1)通過系統(tǒng)性研究，得到了銀離子輔助兩步化學腐蝕法制備硅納米線的機理。結果表明，通過改變硅襯底的電阻率、化學腐蝕時間或者腐蝕液中雙氧水的濃度可以使獲得的硅納米線結構和硅納米線的發(fā)光隨之發(fā)生變化。硅納米線長度和硅線發(fā)光強度的變化趨勢一致，即腐蝕時間越長、雙氧水濃度越高或者硅片的電導率越高（僅限P型硅片），則制備的硅納米線長度越長，硅納米線的發(fā)光強度越強。
　　(2)仔細研

4、究了硅納米線陣列的減反射性能，發(fā)現(xiàn)硅納米線長度對硅納米線陣列的陷光效應作用很大，直接影響硅納米線陣列的減反射效果。硅納米線陣列的陷光效應隨著硅納米線長度的增加而增強，但是當硅納米線長度超過2μm以后，這種變化趨勢發(fā)生改變。硅納米線陣列反射率的實測數據和模擬計算結果表明，硅納米線的頂部形貌也會對硅納米線陣列的陷光效應產生顯著影響，除此之外，硅線頂部形貌的變化還會影響硅線陣列的有效折射率值，從而改變硅納米線的反射率。據統(tǒng)計，具有較低反射率的

5、硅線陣列所對應的有效折射率值通常介于1.6～2.0之間。
　　(3)利用光致熒光光譜對電化學制備的多孔硅的發(fā)光性能進行了研究。當電流值較小時，多孔硅層的厚度和多孔硅的發(fā)光強度隨著電流密度的增加而增加，而當電流過大時會產生多孔硅的拋光。PL結果發(fā)現(xiàn)多孔硅的發(fā)光峰位通常位于680nm附近，而且電流的改變不會影響多孔硅的發(fā)光峰位，能使發(fā)光峰位產生改變的是硅襯底的類型和電阻率。我們還發(fā)現(xiàn)，使用間歇式恒電流腐蝕可以使得到的多孔硅的發(fā)光強度大

6、大增強，而且調整間歇時間可以得到不同發(fā)光波長的多孔硅。
　　(4)研究了化學修飾對多孔硅發(fā)光性能的改變。經過后處理的多孔硅的發(fā)光強度不僅有了很大增強，其發(fā)光穩(wěn)定性也有了極大提高。發(fā)光強度和發(fā)光峰位置隨表面修飾劑的改變而改變，與未經修飾的多孔硅顆粒和使用其它化學試劑修飾的多孔硅相比，經十二烯修飾后的多孔硅顆粒的發(fā)光強度和發(fā)光時效性最好。由于多孔硅的發(fā)光與多孔硅表面組成有很大關系，所以我們對多孔硅表面組成進行了FTIR分析。分析認為，