MaCE法電場作用制備單晶硅太陽能電池表面微納結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、隨著常規(guī)能源石油、天然氣、煤炭等資源枯竭問題日益凸現(xiàn)以及國際社會對環(huán)境問題的日益關(guān)注，發(fā)展可再生的新型綠色能源以代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源已成為目前世界各國廣泛關(guān)注的重要課題。在各種新能源中，太陽能電池發(fā)電被認(rèn)為是未來最有前景的主要能源形式之一。與普通體硅材料對比，由于硅納米線自身具有較大的表面積和相對小的折射率，因而表現(xiàn)出良好的光吸收特性和低反射特性，從而使其在納米線太陽能電池中具有廣闊的前景。制備硅納米線結(jié)構(gòu)的方法有很多，其中金屬輔助化學(xué)刻蝕法憑

2、借其簡單低功耗、制備的微納米結(jié)構(gòu)質(zhì)量好、精度高以及可制備的微納米結(jié)構(gòu)特征不局限等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。但是金屬輔助化學(xué)刻蝕反應(yīng)過程易受貴金屬催化劑的種類、硅片的摻雜程度、刻蝕溶液配比等多種因素影響，難以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的有效控制。本文結(jié)合金屬輔助化學(xué)刻蝕反應(yīng)中的自感電場與電化學(xué)腐蝕多孔硅，提出添加外電場來驅(qū)動貴金屬離子，輔助貴金屬離子制備硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，為硅納米線結(jié)構(gòu)的可控制備提供了新的方法和實(shí)驗(yàn)手段。
　　本文主要研究

3、內(nèi)容如下：
　　（1）背景和意義。介紹太陽能電池的表面形貌發(fā)展歷程，突出硅納米線陣列電池良好的減反射特性并羅列幾種常見的硅納米線制備方法，詳細(xì)的闡述了金屬輔助化學(xué)刻蝕法及其研究現(xiàn)狀，并引出本文主要研究內(nèi)容。
　?。?）電場下金屬輔助化學(xué)刻蝕（MaCE）制備太陽能電池表面微納結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)。以MaCE反應(yīng)過程為基礎(chǔ)，構(gòu)建反應(yīng)模型，重點(diǎn)敘述反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移和微粒的運(yùn)動并討論影響刻蝕方向、刻蝕速率的因素。結(jié)合MaCE法中的自感電場

4、與電化學(xué)腐蝕多孔硅，提出電場輔助貴金屬離子的MaCE方法。
　　（3）實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計實(shí)驗(yàn)平臺，并介紹其操作步驟。利用控制變量法設(shè)計4類不同的實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)的給出各類實(shí)驗(yàn)的具體參數(shù)以及實(shí)驗(yàn)過程與步驟。最后展示實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備和儀器。
　?。?）形貌研究。開展了外加電場對硅納米結(jié)構(gòu)制備的影響研究，提出了MaCE法電場作用制備硅納米結(jié)構(gòu)的加工機(jī)理，并構(gòu)建了銀離子在電場作用下制備硅納米結(jié)構(gòu)的運(yùn)動模型。對MaCE法電場作用所制備的納米線結(jié)構(gòu)

5、SEM檢測分析，開展了電場對納米結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響的研究，得到了最優(yōu)的外加電流密度。最后開展了氧化劑濃度和電場方向?qū)杓{米線結(jié)構(gòu)走向的研究。結(jié)果表明：氧化劑濃度的調(diào)控能力弱于電場，電場下刻蝕方向與電場線方向一致。
　?。?）反射率研究。開展了電場強(qiáng)度、電場方向以及電場下氧化劑濃度對納米線陣列反射率的影響實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：在電流密度為1.5mA/cm2時，反射率達(dá)到了2.2％以下；一定范圍內(nèi)氧化劑濃度越高，反射率越??；納米線走向影響可見光反