基于分形几何的多晶硅陷光结构超声加工方法研究

发布时间：2017-10-19 14:42

  本文关键词：基于分形几何的多晶硅陷光结构超声加工方法研究

  更多相关文章： 太阳能硅 减反性 分形陷光微结构 多频超声

【摘要】：世界的发展与进步离不开能源的消耗,太阳能的利用在新能源的开发中有着重要的作用。它具有清洁、可循环,最重要的是它随处可见,覆盖范围大。太阳能发电的主要形式有两种:光伏发电和太阳能热发电。其中运用地最广泛的为光伏发电。硅是太阳能电池的主要材料。硅片分为单晶硅和多晶硅。在实际生产中,单晶硅因其制备难度大,成本高的原因,应用范围远小于多晶硅。但是多晶硅有个缺点,它对太阳光的吸收率要低于单晶硅,这是由制绒得到的表面结构所决定的。研究表明,在多晶硅腐蚀中施加超声驻波场,能够改善多晶硅绒面的结构,原因在于超声驻波使得腐蚀液中的化学反应粒子移动,使多晶硅腐蚀过程分布得更加均匀,有效得提高了制绒后多晶硅的光能吸收效率。本文的研究重点是用超声波影响制绒过程中化学反应粒子的移动,研究一种能用于硅表面加工的超声加工方法,制造一个具有分形特性的陷光微结构,提高光线的吸收率,减少光线的反射。为了得到具有分形几何特征的陷光微结构单元,需要用一个创新的复合超声场来控制反应粒子运动方案。该复合声场的创建研究是本文的核心内容。本文设计了两个方案进行对比:(1)设计一种多频率叠加式的变幅杆,利用ANSYS进行模态分析,观察并分析其在特定频率下的振动情况。(2)参考超声相控阵的结构,使用不同频率的晶片换能器将超声能量汇聚,形成一个复合声场。利用MATLB进行仿真,以图形的形式表现出来。对以上两种方法进行对比,得出最终结论如下:(1)变幅杆在多频率下的振动情况复杂,且在振动过程中应力集中,容易产生断裂。(2)第一阶段通过多频率的晶片换能器复合叠加的声场,在MATLAB中的聚焦仿真结果不太明显,所以在第二阶段改用聚焦效果更明显的不同频率的相控阵进行聚焦。(3)第二阶段的仿真结果显示,通过不同频率的相控阵进行聚焦,可以得到声压较大的三角形聚焦区域及两侧声压较小的三角形聚焦区域。这两种三角形形成的声场范围具有两种频率的超声波,所以该区域为所构建的复合声场。为后续该课题的其他研究提供了基础条件。
【关键词】：太阳能硅 减反性 分形陷光微结构 多频超声
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.12
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论及背景意义10-21
• 1.1 太阳能利用背景10-12
• 1.2 多晶硅加工方法12-16
• 1.3 硅表面制绒16-19
• 1.3.1 单晶硅制绒16-18
• 1.3.2 多晶硅制绒18-19
• 1.4 超声驻波作用下的多晶硅片腐蚀实验研究19-20
• 1.5 本文研究内容20-21
• 2. 分形几何在多晶硅陷光结构中的应用21-24
• 2.1 硅表面陷坑结构研究21-22
• 2.2 基于分形几何的多晶硅表面结构22-23
• 本章小结23-24
• 3. 多频率复合变幅杆的设计与有限元分析24-36
• 3.1 变幅杆尺寸设计24-28
• 3.2 有限元方法的基本原理28-30
• 3.2.1 模态分析的原理29-30
• 3.2.2 Block Lanczos法30
• 3.3 模态分析的有限元分析过程30-35
• 3.3.1 有限元分析的前处理30-31
• 3.3.2 模态分析加载和求解31
• 3.3.3 模态分析结果31-33
• 3.3.4 误差分析33
• 3.3.5 方案改进33-35
• 本章小结35-36
• 4. 基于MATLAB的复合声场仿真36-59
• 4.1 声波的基本方程36-42
• 4.1.1 描述理想流体的三个基本方程36-40
• 4.1.2 一维声波方程40-41
• 4.1.3 三维声波方程41-42
• 4.2 瑞利积分法42-43
• 4.3 瑞利积分法的仿真43-45
• 4.4 超声相控阵45-48
• 4.4.1 超声相控阵的延迟法则46-48
• 4.4.2 超声相控阵的仿真48
• 4.5 复合声场的叠加仿真48-53
• 4.6 第一阶段仿真结果分析53-55
• 4.7 第二阶段仿真结果分析55-58
• 本章小结58-59
• 5. 总结与展望59-61
• 5.1 总结59-60
• 5.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 附录65

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本文编号：1061687