多孔硅的电化学制备及其性能研究

发布时间：2017-04-21 08:17

  本文关键词：多孔硅的电化学制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在硅片表面用电化学阳极腐蚀法能形成一层海绵状多孔结构，即多孔硅。由于多孔硅独特的微观结构与减反射特性，能降低入射光的损失，提高光的转化效率，被作为太阳能电池的减反射膜，即多孔硅减反射膜，这种技术能媲美传统的表面织构化与沉积减反射膜，因此开展对多孔硅的研究具有重要的科学价值。 论文首先阐述了多孔硅作为太阳能电池减反射膜的研究现状、现行制备方法以及当前对其形成机理的不同认识。通过实验，对不同电化学腐蚀法制备多孔硅进行了对比研究，探讨了各自工艺特点和技术要素，研究了各工艺参数对电化学腐蚀法制备多孔硅形貌及性能的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外光谱、电化学测试等方法对实验结果进行了深入分析，实验结果论述如下： 对比实验表明，双槽电化学腐蚀法制备的多孔硅比单槽电化学腐蚀法制备的多孔硅表面形貌更均匀、孔隙更密集、表面反射率更低。 在n型单晶硅上采用双槽电化学腐蚀法并在适当的技术参数条件下能制备出表面形貌均匀、孔隙密集、表面反射率低的多孔硅。以HF/C_2H_5OH/HNO_3为腐蚀体系，溶液配比为1:2:1、温度T=25℃，分别改变电流密度和腐蚀时间，得出以下规律：随着电流密度的增大，孔径逐渐增大，孔间距逐渐减小，孔隙率先增大后急剧减小，反射率先减小后急剧增大；随着腐蚀时间的增大，多孔硅的厚度不断增大，孔壁上的次生小孔越来越多，孔隙率先增大后减小，反射率先减小后增大，在电流密度J=30mA/cm~2、腐蚀时间t=90min时反射率最低，在波长为400~1100nm测量范围内，平均反射率为5.6%。 在p型单晶硅上采用双槽电化学腐蚀法并在适当的技术参数条件下也能制备出表面形貌均匀、孔径大小一致、表面反射率低的多孔硅，但平均反射率稍高。以HF/C_2H_5OH/HNO_3为腐蚀体系，溶液配比为1:2:1、温度T=25℃，改变电流密度和腐蚀时间，得出以下规律：随着电流密度的增大，孔径逐渐增大，厚度先增大后减小，孔隙率先增大后急剧减小，反射率先减小后急剧增大；随着腐蚀时间的增大多孔硅的厚度先增大后出现过度腐蚀而变薄，孔隙率先增大后减小，反射率先减小后增大，在电流密度J=20mA/cm~2、腐蚀时间t=90min时反射率最低，在波长为400~1100nm测量范围内，平均反射率为8.3%。 以HF/C_2H_5OH为腐蚀体系（溶液配比为1:1，温度T=25℃），在p型多晶硅上制备多孔硅。考察了电流密度和腐蚀时间对多孔硅制备的影响，结果表明：在该腐蚀体系下得到的绒面形态为裂纹状，随着电流密度的增大，裂纹的宽度逐渐增大，裂纹的深度也逐渐增大，孔隙率逐渐增大，反射率先减小后增大；随着腐蚀时间的增大，裂纹逐渐变宽、变深，孔隙率不断增大，反射率先减小后增大，在电流密度J=5mA/cm~2、腐蚀时间t=60min时反射率最低，，在波长为400~1100nm测量范围内，平均反射率为16.2%。以HF/H2O/C_2H_5OH为腐蚀体系，以腐蚀时间、电流密度、溶液配比为因素，做正交实验，得到该腐蚀体系下的最佳工艺为：腐蚀时间为45min、电流密度为10mA/cm~2、溶液配比为1:1:3，该工艺条件下制备的多孔硅的反射率最低，在波长为400~1100nm测量范围内，平均反射率为12.7%。 实验结果表明，采用双槽电化学腐蚀方法并控制适当的加工参数在硅表面制备减反射层是一种简便、成本低廉、效果良好且环境友好的方法。
【关键词】：多孔硅 双槽电化学腐蚀法 微观结构 孔隙率 反射率
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ127.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 多种太阳能电池减反射膜以及多孔硅减反射膜的研究现状13-16
• 1.3 多孔硅的微观结构16-17
• 1.4 多孔硅的减反特性17-19
• 1.5 多孔硅的制备方法19-22
• 1.5.1 电化学腐蚀法19-21
• 1.5.2 化学腐蚀法21
• 1.5.3 火花腐蚀法21-22
• 1.5.4 水热腐蚀法22
• 1.6 多孔硅的形成机理22-23
• 1.6.1 耗尽层和场强化模型22-23
• 1.6.2 载流子扩散模型23
• 1.6.3 量子限制模型23
• 1.7 课题研究内容及目标23-25
• 1.7.1 研究内容23-24
• 1.7.2 研究目标24-25
• 第2章 实验方法25-29
• 2.1 实验材料及仪器设备25-26
• 2.1.1 实验材料25-26
• 2.1.2 仪器设备26
• 2.2 多孔硅的制备工艺26-28
• 2.2.1 硅片的预处理26-27
• 2.2.2 多孔硅的制备27
• 2.2.3 多孔硅的清洗、干燥和保存27-28
• 2.3 多孔硅的测试表征28-29
• 2.3.1 表面形貌测试28
• 2.3.2 反射率测试28
• 2.3.3 电化学测试28-29
• 第3章 n 型单晶硅上多孔硅的制备研究29-46
• 3.1 前言29
• 3.2 不同制备方法对多孔硅的微观结构与反射率的影响29-31
• 3.3 不同电解液体系对多孔硅的微观结构与反射率的影响31-36
• 3.3.1 C_2H_5OH 对多孔硅的微观结构与反射率的影响31-32
• 3.3.2 H2O2对多孔硅的微观结构与反射率的影响32-34
• 3.3.3 HNO3对多孔硅的微观结构与反射率的影响34-36
• 3.4 电流密度对多孔硅的微观结构与反射率的影响36-39
• 3.4.1 表面形貌36-37
• 3.4.2 孔隙率37-38
• 3.4.3 反射率38-39
• 3.5 腐蚀时间对多孔硅的微观结构与反射率的影响39-44
• 3.5.1 横截面形貌39-41
• 3.5.2 孔隙率41-42
• 3.5.3 反射率42-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第4章 p 型单晶硅上多孔硅的制备研究46-60
• 4.1 前言46
• 4.2 不同制备方法对多孔硅微观结构与反射率的影响46-48
• 4.3 不同电解液体系对多孔硅的微观结构与反射率的影响48-51
• 4.3.1 C_2H_5OH 对多孔硅的微观结构与反射率的影响48-49
• 4.3.2 HNO3对多孔硅的微观结构与反射率的影响49-51
• 4.4 电流密度对多孔硅微观结构与反射率的影响51-55
• 4.4.1 横截面形貌51-53
• 4.4.2 孔隙率53
• 4.4.3 反射率53-55
• 4.5 腐蚀时间对多孔硅微观结构与反射率的影响55-58
• 4.5.1 表面形貌55-56
• 4.5.2 孔隙率56-57
• 4.5.3 反射率57-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第5章 p 型多晶硅上多孔硅的制备研究60-75
• 5.1 前言60
• 5.2 不同制备方法对多孔硅微观结构与反射率的影响60-62
• 5.3 不同电解液体系对多孔硅微观结构与反射率的影响62-64
• 5.4 电流密度对多孔硅的微观结构与反射率的影响64-67
• 5.4.1 表面形貌64-65
• 5.4.2 孔隙率65
• 5.4.3 反射率65-67
• 5.5 腐蚀时间对多孔硅的微观结构与反射率的影响67-70
• 5.5.1 表面形貌67-68
• 5.5.2 孔隙率68
• 5.5.3 反射率68-70
• 5.6 在 HF/H2O/C_2H_5OH 体系中制备多孔硅的条件优化70-73
• 5.7 本章小结73-75
• 第6章 结论75-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士期间发表的论文81-82
• 致谢82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王艺帆;周浪;;超声波辅助湿法腐蚀制备多晶Si低反射表面[J];半导体技术;2008年10期

2 胡睿;熊晓玲;王关全;魏洪源;张华明;杨玉青;;基于自组装单分子层技术的单晶硅表面化学镀镍工艺优化[J];材料保护;2010年09期

3 房振乾;胡明;刘博;宋阳;;多孔硅电学特性研究[J];材料工程;2008年02期

4 谢荣国,席珍强,马向阳,袁俊,杨德仁;用化学腐蚀制备多孔硅太阳电池减反射膜的研究[J];材料科学与工程;2002年04期

5 倪志龙;王彪;杨晔;宋伟杰;;溶胶粒径对氧化硅减反射膜结构和光学性能的影响[J];材料研究学报;2010年05期

6 窦雁巍;胡明;崔梦;宗杨;;多孔硅的电化学制备与研究[J];功能材料;2006年03期

7 吴江宏;胡社军;王忆;范东华;李昌明;;单晶硅太阳电池表面绒面制备及其性质研究[J];化工技术与开发;2010年08期

8 沈军;谢志勇;吴筱娴;欧阳玲;肖轶群;;溶胶-凝胶法制备用于太阳能电池的SiO_2减反射膜(英文)[J];稀有金属材料与工程;2008年S2期

9 王彦青;王秀峰;江红涛;门永;;硅太阳能电池减反射膜的研究进展[J];材料导报;2012年19期

10 王海燕,孙晓峰,张宇翔,李维强,卢景霄;多孔硅的光电性质及在太阳能电池中的应用[J];激光与光电子学进展;2005年02期

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本文编号：319937