硅与砷化镓表面纳米结构的制备和性能的研究

发布时间：2017-12-08 15:03

  本文关键词：硅与砷化镓表面纳米结构的制备和性能的研究

  更多相关文章： 纳米结构 纳米金球 金属辅助化学刻蚀 等离激元 时域有限差分

【摘要】：作为解决能源问题最有潜力的选项之一,太阳能电池大致分为三代:第一代是晶体太阳能电池,主要包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和化合物砷化镓太阳能电池;第二代是薄膜太阳能电池,主要包括硅基薄膜太阳能电池、IIIV族化合物薄膜太阳能电池和燃料敏化太阳能电池等;第三代是高效率太阳能电池,主要包括叠层太阳能电池、杂质带和中间带太阳能电池、量子阱(点)太阳能电池和纳米结构太阳能电池等。考虑到太阳能电池工艺成熟度和成本问题,在相当长的时间内,利用第三代技术提高太阳能电池的转换效率,包括光的吸收效率,是一个比较重要的课题。提高太阳能电池光吸收的方法一般包括在电池表面制绒、形成纳米结构和引进金属纳米颗粒。本研究的目的是研究纳米结构和纳米金球对硅与砷化镓太阳能电池光吸收的影响。主要研究内容和结论如下:1.在硅和砷化镓基片表面溅射纳米级别厚度的金薄膜,再利用快速退火技术使纳米金薄膜凝结成纳米金球。这部分研究了溅射时间、退火时间、退火温度对纳米金球形貌、尺寸、分布的影响。当退火温度为400°C(对于硅)或500°C(对于砷化镓),退火时间为30 s时,能得到比较规则且均匀分布的纳米金球。2.采用纳米金球作掩模,使用银薄膜作为催化剂,利用金属辅助化学刻蚀(MAC)技术在硅片表面刻蚀出纳米孔洞。这部分研究了不同刻蚀条件对纳米孔洞形貌和尺寸的影响。当刻蚀溶液HF:H2O2:H2O=4:3:43(摩尔比)、银薄膜厚度为22 nm、刻蚀时间为2 min时,形成的硅纳米孔洞具有最规则的形貌。3.使用纳米金球作为催化剂,借助MAC刻蚀技术在砷化镓片表面制备纳米结构。当配方为HF:H2O2:EtOH=30:1:15(摩尔比)刻蚀5 7 min,能得到平滑的纳米倒金字塔结构和纳米半球空腔。4.利用有限差分(FDTD)软件仿真计算出纳米半球空腔和纳米金球对硅片和砷化镓片光吸收的影响,并研究了两者的协同效应。仿真表明协同增强光吸收主要发生在400 nm到550 nm的波长范围内。5.在砷化镓太阳能电池上用“沸腾沉积”的方法添加纳米金球并测试其光伏特性和量子效率。使用半径为10 nm的金球使砷化镓薄膜太阳能电池的能量转换率提高15.4%。仿真和实验一致证明了纳米金球的增强作用。通过FDTD仿真发现,团聚是不利于增强光吸收的。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;TB383.1

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 刘浩;薛玉明;乔在祥;李微;张超;尹富红;冯少君;;铜锌锡硫薄膜材料及其器件应用研究进展[J];物理学报;2015年06期

2 陈超铭;范平;梁广兴;郑壮豪;罗景庭;张东平;;铜铟镓硒薄膜太阳电池的研究进展[J];真空科学与技术学报;2013年10期

3 刘莉;曹阳;贺军辉;杨巧文;;硅纳米线阵列的制备及其光电应用[J];化学进展;2013年Z1期

4 胡笑添;章少华;;硅基薄膜太阳能电池发展研究及出路[J];人工晶体学报;2012年S1期

5 伍沛亮;王红林;陈砺;;叠层太阳能电池研究进展和发展趋势[J];科技导报;2009年03期

，

本文编号：1266793