黑硅的濕法制備工藝及近紅外探測(cè)應(yīng)用研究.pdf

1、由于其特殊的表面形貌結(jié)構(gòu)及良好的寬光譜吸收特性,近幾年來(lái)黑硅的出現(xiàn)受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前這一新型材料的研究在太陽(yáng)能電池、光電探測(cè)等領(lǐng)域已逐步深入。
　　采用金屬粒子輔助化學(xué)刻蝕制備黑硅材料,研究表明,樣品表面呈較均勻分布的多孔結(jié)構(gòu),可見光波段材料表面的吸收率高達(dá)90％以上,具有良好的減反效果。改性后的黑硅表面結(jié)構(gòu)平均縱橫比約為0.4,通過(guò)模擬平面幾何結(jié)構(gòu),理論證明該結(jié)構(gòu)有利于光的多次反射。改變刻蝕反應(yīng)的環(huán)境條件,實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2、中利用磁力轉(zhuǎn)子的攪拌加速作用,制備具有疏水功能的黑硅材料。通過(guò)SEM、AFM的表征和分析,結(jié)合理論模型,我們認(rèn)為黑硅表面的疏水現(xiàn)象歸因于改性后表面粗糙度的影響。而粗糙度的顯著改變正是由于黑硅表面的微納雙重結(jié)構(gòu)效應(yīng)引起的。采用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試黑硅表面接觸角為118°,這一數(shù)值滿足疏水條件。
　　雖然金屬粒子輔助刻蝕制備黑硅的方法簡(jiǎn)單易控,成本低下,但是對(duì)于近紅外波段光的吸收,這一化學(xué)方案并沒(méi)有起到任何作用,即便是在近紅外波段黑硅的反

3、射率有所降低,但其高的透射率導(dǎo)致吸收依然很低,近乎為零。
　　飛秒激光輻照制備黑硅的方法適時(shí)地解決了這個(gè)問(wèn)題。由于飛秒激光的高脈沖能量,可將固體表面瞬時(shí)熔融并摻入一定的S族元素。雜質(zhì)元素的引入能在硅帶隙間產(chǎn)生雜質(zhì)能級(jí),使得能量小于禁帶寬度的光子亦能被吸收,從而實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)黑硅在整個(gè)寬光譜范圍內(nèi)高于90％的吸收效率。此外,改性后的黑硅表面具有準(zhǔn)規(guī)則陣列分布的微尖錐結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)擁有很高的縱橫比,能夠?qū)崿F(xiàn)入射光的多次重復(fù)反射。