黑硅制备方法与器件设计研究
发布时间：2020-12-18 11:09
随着电子产品越来越多的得到使用,人们对能源产品也越来越多的考虑绿色、智能、轻便、低成本等因素。在众多的光伏器件之中硅器件凭借硅元素储量丰富、器件集成度高、价格相对低廉等优势占据着主要市场。晶硅光伏器件根据自身的特性与市场的需求,制定柔性薄膜的发展路线,试图降低原材料的用量、提高自身性能来平衡经济产出和生产成本。本文以降低晶硅光伏电池的厚度为出发点,展开了相应的实验与探究。主要工作内容为:1,采用碱法腐蚀法、电化学腐蚀法以及自行探究的薄膜酸法刻蚀三种工艺加工黑硅,探究了刻蚀工艺中的参数变化对结构形貌的影响。碱法刻蚀的结构为金字塔型,电化学刻蚀加工的结构为孔洞,薄膜酸法刻蚀的形状与衬底的选择有关,沉积在玻璃上的薄膜,加工出的结构为孔洞与裂纹,在柔性聚酰亚胺材料上加工出的结构为裂纹。2,对比金字塔型黑硅与多孔型黑硅的光谱特性,结果表明,金字塔结构可以大幅降低平面硅的反射率,多孔结构黑硅更加契合背照式器件结构,可以有效的降低器件的透过率,表现出不同黑硅形貌对光谱特性的不同影响。3,设计两种柔性黑硅薄膜的加工方案,一是利用化学减薄法将单晶硅片减薄为柔性薄膜,并利用电化学刻蚀法二次加工黑硅结构,成...
【文章来源】： 于天一 电子科技大学
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抛光硅（左）与黑硅（右）对比
、酸法、碱法、金属辅助刻蚀法等多种方法。每一种加工方法都有着不同的微结构形貌，可利用的光学特性也不尽相同。同时，黑硅的定义也逐渐发生了拓展，不再局限为飞秒激光加工出的微结构硅，颜色也不仅仅局限为黑色，只要具有明显的陷光能力的微结构硅，都可以称之为黑硅材料。如图所示1-2所示，研究人员通过控制多层多孔硅的特征结构尺寸，人为的控制其折射率变化，硅表面对不同的光的吸收效果不同，最终在人眼观察下出现不同颜色[9]。这用技术方案可以应用在四象限探测器之上，使得每个象限表现出不同的光谱响应特性。图1-2不同折射率的黑硅颜色。（a）绿色；（b）红色；（c）紫色；（d）棕色黑硅作为一种新型材料，具有众多优良的特性，在诸多领域得到了应用，如极高的光吸收率和光敏感度，可以作为光电探测器的吸收层。利用黑硅的减反射
1.3黑硅在光电器件上的应用2006年ZhihongHuang的团队公开了一种利用飞秒激光加工的黑硅探测器，器件在800nm-1000nm波段范围内表现出了极高的响应率，更值得关注的是该器件在1.31微米和1.55微米波段同样具有响应[12]。该团队认为出现硅禁带宽度以外的光电响应，得益于在飞秒激光加工黑硅时带来的硫元素掺杂和内增益效应的双重作用。2014年国内的研究团队将黑硅结构应用在四象限探测器之上，通过飞秒激光在六氟化硫氛围加工黑硅，在带来微结构的同时引入了硫元素掺杂，带来新的杂质能级，实现了响应光谱的红移，器件外观如图1-3所示[13]。随后该团队又利用金属辅助刻蚀方法加工黑硅四象限探测器，对比了前照式与背照式两种不同结构的探测器的性能，结果表明前照式器件的峰值响应略高，但是背照式器件的峰值响应波长有所提高，而且极限波长的响应也有所提高[14]。结果证明无论哪种入光方式都有利于提升器件的性能。图1-3黑硅四象限探测器
【参考文献】：
期刊论文
[1]光伏太阳能电池进展[J]. 蔡威,吴海燕,谢吴成. 广东化工. 2019(01)
[2]PERC电池背表面钝化的PC1D仿真分析[J]. 李宁,谷书辉,任丙彦. 太阳能学报. 2018(08)
[3]聚酰亚胺的发展及性能分析[J]. 田帅. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2015(01)
[4]使用PC1D 5.9模拟高效单晶硅太阳能电池[J]. 李振华. 宿州学院学报. 2014(11)
[5]钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 张玮皓,彭晓晨,冯晓东. 电子元件与材料. 2014(08)
[6]局域表面等离激元[J]. 邵磊,阮琦锋,王建方,林海青. 物理. 2014(05)
[7]黑硅与黑硅太阳电池的研究进展[J]. 蒋晔,沈鸿烈,岳之浩,王威,吕红杰. 人工晶体学报. 2012(S1)
[8]聚酰亚胺的研究与进展[J]. 宋晓峰. 纤维复合材料. 2007(03)
[9]聚酰亚胺的性能及应用[J]. 崔永丽,张仲华,江利,欧雪梅. 塑料科技. 2005(03)
博士论文
[1]柔性单晶硅/低维纳米材料及电子器件的制备及性能研究[D]. 裴志彬.中国科学技术大学 2017
[2]高效硅基纳米绒面太阳电池研究[D]. 钟思华.上海交通大学 2015
[3]铝诱导多晶硅薄膜的制备、性能及生长机理研究[D]. 唐正霞.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]多孔硅的光谱特性研究[D]. 许峻文.电子科技大学 2019
[2]聚酰亚胺及其复合薄膜的制备[D]. 赵越.上海应用技术大学 2019
[3]全背式硅基薄膜太阳能电池的设计与制备[D]. 柳邦.电子科技大学 2017
[4]黑硅PIN四象限探测器研究[D]. 郭国辉.电子科技大学 2017
[5]硅基太阳能电池的减反微结构设计与电学特性仿真研究[D]. 赵琼华.江苏大学 2016
[6]PIN黑硅原理性探测器试制[D]. 盛浩.电子科技大学 2016
[7]脉冲磁控溅射沉积微晶硅薄膜的研究[D]. 梁凤敏.湖南大学 2012
[8]湿法刻蚀制备黑硅及性能研究[D]. 张安元.电子科技大学 2011
[9]双槽电化学腐蚀制备多孔硅及其发光性能研究[D]. 明奇.郑州大学 2010
[10]单晶硅太阳能电池生产工艺的研究[D]. 王瑶.湖南大学 2010
本文编号：2923900
【文章来源】： 于天一 电子科技大学
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抛光硅（左）与黑硅（右）对比
、酸法、碱法、金属辅助刻蚀法等多种方法。每一种加工方法都有着不同的微结构形貌，可利用的光学特性也不尽相同。同时，黑硅的定义也逐渐发生了拓展，不再局限为飞秒激光加工出的微结构硅，颜色也不仅仅局限为黑色，只要具有明显的陷光能力的微结构硅，都可以称之为黑硅材料。如图所示1-2所示，研究人员通过控制多层多孔硅的特征结构尺寸，人为的控制其折射率变化，硅表面对不同的光的吸收效果不同，最终在人眼观察下出现不同颜色[9]。这用技术方案可以应用在四象限探测器之上，使得每个象限表现出不同的光谱响应特性。图1-2不同折射率的黑硅颜色。（a）绿色；（b）红色；（c）紫色；（d）棕色黑硅作为一种新型材料，具有众多优良的特性，在诸多领域得到了应用，如极高的光吸收率和光敏感度，可以作为光电探测器的吸收层。利用黑硅的减反射
1.3黑硅在光电器件上的应用2006年ZhihongHuang的团队公开了一种利用飞秒激光加工的黑硅探测器，器件在800nm-1000nm波段范围内表现出了极高的响应率，更值得关注的是该器件在1.31微米和1.55微米波段同样具有响应[12]。该团队认为出现硅禁带宽度以外的光电响应，得益于在飞秒激光加工黑硅时带来的硫元素掺杂和内增益效应的双重作用。2014年国内的研究团队将黑硅结构应用在四象限探测器之上，通过飞秒激光在六氟化硫氛围加工黑硅，在带来微结构的同时引入了硫元素掺杂，带来新的杂质能级，实现了响应光谱的红移，器件外观如图1-3所示[13]。随后该团队又利用金属辅助刻蚀方法加工黑硅四象限探测器，对比了前照式与背照式两种不同结构的探测器的性能，结果表明前照式器件的峰值响应略高，但是背照式器件的峰值响应波长有所提高，而且极限波长的响应也有所提高[14]。结果证明无论哪种入光方式都有利于提升器件的性能。图1-3黑硅四象限探测器
【参考文献】：
期刊论文
[1]光伏太阳能电池进展[J]. 蔡威,吴海燕,谢吴成. 广东化工. 2019(01)
[2]PERC电池背表面钝化的PC1D仿真分析[J]. 李宁,谷书辉,任丙彦. 太阳能学报. 2018(08)
[3]聚酰亚胺的发展及性能分析[J]. 田帅. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2015(01)
[4]使用PC1D 5.9模拟高效单晶硅太阳能电池[J]. 李振华. 宿州学院学报. 2014(11)
[5]钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 张玮皓,彭晓晨,冯晓东. 电子元件与材料. 2014(08)
[6]局域表面等离激元[J]. 邵磊,阮琦锋,王建方,林海青. 物理. 2014(05)
[7]黑硅与黑硅太阳电池的研究进展[J]. 蒋晔,沈鸿烈,岳之浩,王威,吕红杰. 人工晶体学报. 2012(S1)
[8]聚酰亚胺的研究与进展[J]. 宋晓峰. 纤维复合材料. 2007(03)
[9]聚酰亚胺的性能及应用[J]. 崔永丽,张仲华,江利,欧雪梅. 塑料科技. 2005(03)
博士论文
[1]柔性单晶硅/低维纳米材料及电子器件的制备及性能研究[D]. 裴志彬.中国科学技术大学 2017
[2]高效硅基纳米绒面太阳电池研究[D]. 钟思华.上海交通大学 2015
[3]铝诱导多晶硅薄膜的制备、性能及生长机理研究[D]. 唐正霞.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]多孔硅的光谱特性研究[D]. 许峻文.电子科技大学 2019
[2]聚酰亚胺及其复合薄膜的制备[D]. 赵越.上海应用技术大学 2019
[3]全背式硅基薄膜太阳能电池的设计与制备[D]. 柳邦.电子科技大学 2017
[4]黑硅PIN四象限探测器研究[D]. 郭国辉.电子科技大学 2017
[5]硅基太阳能电池的减反微结构设计与电学特性仿真研究[D]. 赵琼华.江苏大学 2016
[6]PIN黑硅原理性探测器试制[D]. 盛浩.电子科技大学 2016
[7]脉冲磁控溅射沉积微晶硅薄膜的研究[D]. 梁凤敏.湖南大学 2012
[8]湿法刻蚀制备黑硅及性能研究[D]. 张安元.电子科技大学 2011
[9]双槽电化学腐蚀制备多孔硅及其发光性能研究[D]. 明奇.郑州大学 2010
[10]单晶硅太阳能电池生产工艺的研究[D]. 王瑶.湖南大学 2010
本文编号：2923900
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