光伏電池表面微結(jié)構(gòu)制備及其抗反射性能研究.pdf

1、為了降低太陽能光伏電池表面的光反射，提高太陽光的利用率，科研工作者們做出了很多有意義的工作。通常，工業(yè)生產(chǎn)中采用四分之一光波長(zhǎng)法，即在光伏電池表面沉積一層抗反射薄膜。但這種方法由于不同材料之間熱膨脹系數(shù)不匹配和附著力差等問題，降低了其穩(wěn)定性。所以目前科研工作者主要致力于表面微結(jié)構(gòu)的抗反射研究。為了尋找快速、低價(jià)、大面積的制備抗反射微結(jié)構(gòu)的方法，本論文采用金屬輔助刻蝕、飛秒激光誘導(dǎo)、電感耦合等離子體(ICP)刻蝕技術(shù)和金屬薄膜退火法，制備

2、了一系列納米孔洞、微錐狀、納米草狀和微納米金屬小球結(jié)構(gòu)，研究了不同制備參數(shù)下表面微結(jié)構(gòu)的形態(tài)變化趨勢(shì)和抗反射原理，并探索了這些表面微結(jié)構(gòu)在光電傳感、微電子器件、光伏電池等領(lǐng)域的應(yīng)用，取得了一些有意義的結(jié)果：
　　 1、基于金屬輔助刻蝕法成功制備出一系列不同尺度的納米孔洞結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化工藝參數(shù)，得到300-1000nm光譜范圍內(nèi)平均反射率低于1％的超陷光表面(國(guó)際報(bào)道為5％)；通過對(duì)腐蝕溶液的濃度、溫度、銀膜厚度和刻蝕時(shí)間

3、對(duì)表面形貌和孔洞形成過程的研究，分析和總結(jié)了所制備出納米多孔硅的最佳工藝條件；通過光纖光譜儀，考察了制備工藝參數(shù)對(duì)納米多孔硅的表面反射光譜的影響；最后探索了納米多孔硅在晶硅太陽能電池方面的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
　　 2、采用飛秒激光在六氟化硫氣氛中成功制備出微錐狀結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上考察了激光參數(shù)對(duì)微米圓錐形成的影響；通過改變飛秒激光的脈沖個(gè)數(shù)、能量密度等參數(shù)對(duì)尖錐的形態(tài)變化進(jìn)行了研究，得到了制備微錐結(jié)構(gòu)表面的最佳工藝參數(shù)；通過紫外-可見

4、分光光度計(jì)，測(cè)得微結(jié)構(gòu)硅200-900nm的加權(quán)平均反射率為2％(國(guó)際報(bào)道為2％-3％)。
　　 3、基于ICP刻蝕法在硅表面成功制備出納米草狀結(jié)構(gòu)，并考察了氣體流量、刻蝕時(shí)間、射頻功率和工作氣壓對(duì)硅草形成的影響，總結(jié)了硅草形成的具體參數(shù)；通過光纖光譜儀，檢測(cè)了不同尺度下硅草表面的反射率；在最優(yōu)化的硅草樣品上，得到了300-1000nm光譜范圍內(nèi)平均反射率趨于0的抗反射表面(國(guó)內(nèi)外公開刊物中未見報(bào)道)。
　　 4、通過金

5、屬薄膜高溫退火，系統(tǒng)研究退火時(shí)間、溫度和薄膜厚度以及基底材料對(duì)金屬粒子幾何尺寸的影響，成功調(diào)控硅基體表面銀顆粒的尺寸、密度和均勻性，為激發(fā)表面等離子體共振(SPR)效應(yīng)所獲得較理想的高密度、直徑均勻細(xì)小的銀顆粒是在退火時(shí)間為10min、退火溫度900℃和薄膜原始厚度為10nm的工藝參數(shù)。
　　 5、驗(yàn)證了一種基于金屬納米粒子-硅基接觸式反應(yīng)的微原電池機(jī)理，以此來建立貴金屬粒子輔助鉆蝕形成多孔硅結(jié)構(gòu)的模型；并基于幾何光學(xué)傳輸模式提

6、出了多孔結(jié)構(gòu)表面的陷光模型；依據(jù)光的粒子性，建立光束在孔洞結(jié)構(gòu)的中的多次反射和吸收特性，闡明了多孔硅減反射效果的原因。
　　 6、對(duì)比飛秒激光在不同背景環(huán)境下誘導(dǎo)硅表面微結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了六氟化硫氣氛中形成周期表面微錐結(jié)構(gòu)的全過程；并建立了微錐結(jié)構(gòu)表面抗反射效果的幾何光學(xué)模型，提供了一種應(yīng)用于光電子器件中的新型材料。
　　 7、基于麥克斯韋電磁場(chǎng)經(jīng)典理論，建立了“硅草”表面減反射效果的等效介質(zhì)模型，發(fā)現(xiàn)表面周期性微結(jié)構(gòu)對(duì)光學(xué)減