硅納米線陣列的制備及光伏應(yīng)用的研究.pdf

1、光伏發(fā)電技術(shù)是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的有效途徑之一。目前，晶體硅太陽電池仍占據(jù)了大部分市場，但是較高的成本阻礙了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。硅納米線由于具有優(yōu)異的光吸收性能以及高效的載流子分離性能，被認(rèn)為在實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的太陽電池方面具有廣闊的發(fā)展前景。因此，對硅納米線陣列的光伏應(yīng)用的研究顯得十分有意義。本文研究了硅納米線陣列的減反射性質(zhì)、電池性能以及表面鈍化，得到以下結(jié)果:
　　(1)金屬輔助化學(xué)刻蝕(MACE)方法制備硅納米線是通過A

2、g納米顆粒薄膜的不斷垂直下沉，催化刻蝕得到硅納米線陣列的。硅納米線陣列的長度可以通過調(diào)整刻蝕時間來調(diào)控，納米線長度與刻蝕時間成線性關(guān)系。硅納米線陣列在很大范圍內(nèi)(300-1000nm)具有很低的反射率(＜1％)，且在研究范圍內(nèi)，隨納米線長度增加，減反射性能增強(qiáng)。同時，在保證前表面電極緊密接觸的基礎(chǔ)上，所制備的硅納米線太陽電池的效率為8.84％，明顯高于拋光片制備成的平板電池。電池效率增加的原因，除了硅納米線陣列優(yōu)異的減反射性能外，被改善

3、的長波長太陽光的吸收導(dǎo)致的少子體復(fù)合減少也是另外一個原因。
　　(2)通過調(diào)整反應(yīng)時間可以操控硅納米線陣列的長度，硅納米線陣列的反射率隨長度增加而降低。結(jié)合熱氧化與氫氟酸處理的方式可以實(shí)現(xiàn)對硅納米線陣列填充率的操控，隨著硅納米線填充率不斷下降，其反射率先降低后升高。通過干氧熱氧化的方法可以獲得硅-二氧化硅核殼納米線陣列結(jié)構(gòu)，且這種結(jié)構(gòu)不僅能進(jìn)一步降低硅納米線的反射率，同時兼具有鈍化表面態(tài)的作用。最后，通過將操控硅納米線陣列的長度、

4、填充率、核殼結(jié)構(gòu)三種手段相結(jié)合，制備了優(yōu)化結(jié)構(gòu)下的最低反射率樣品，其在400-1000nm波段內(nèi)的反射率低于0.9％。
　　(3)采用PECVD法沉積的氮化硅薄膜，與硅納米線陣列形成了核殼納米線結(jié)構(gòu)。對原生沉積有氮化硅薄膜的硅納米線樣品在400℃下進(jìn)行熱處理，可以增強(qiáng)氮化硅薄膜對硅納米線陣列的鈍化效果，其原因是薄膜中的Si-H鍵斷裂，并擴(kuò)散至薄膜與納米線的界面，鈍化硅納米線表面的懸掛鍵。此外，氮化硅薄膜與硅納米線陣列的界面深能級信