微纳复合结构黑硅的制备及其近红外光谱特性

发布时间：2021-04-06 11:58

　　具有高效抗反射微结构的黑硅材料在光电领域具有重要的应用价值。采用两步金属辅助化学刻蚀法制备了"金字塔"硅和"金字塔—纳米线"微纳复合结构黑硅材料;依次采用场发射扫描电子显微镜,近红外光谱仪和拉曼光谱分别对样品的微观形貌,反射率和结构性质进行了表征;采用量子限制模型（QCM）解释了黑硅的拉曼光谱散射光强度明显增强的机制;并采用陷光模型及多层薄膜干涉理论分析了黑硅的微结构抗反射机制。结果表明,微纳复合结构黑硅材料在900～1 700 nm波段内平均反射率为11.94%,与金字塔硅和抛光硅片相比,分别降低了77.32%,54.95%;通过拉曼光谱图分析,刻蚀前后其成分没有发生改变,依然是单晶硅片,黑硅表面的纳米尺度微结构提高了其拉曼光谱散射光强度;黑硅的反射率降低是由于入射光在微纳结构内部多次反射,以及微纳米结构之间建立了折射率渐变层减少了折射率突变带来的反射。研究结论对于提升功能材料在近红外波段激光吸收效率具有参考价值。 

【文章来源】：功能材料. 2020,51(12)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

单晶硅制绒过程流程图

将制绒的单晶硅片置于0.035 mol·L-1AgNO3和15%(体积分数)HF混合溶液中,沉积银膜,保持温度在30 ℃,时间2 min;接着将沉积银膜的硅片置于10%(体积分数)HF和0.06%(体积分数)H2O2混合溶液中刻蚀,保持温度为35 ℃,时间8 min。之后,再置于30%的HNO3超声清洗5min,去除残留Ag颗粒,最后置于烘箱干燥,得到微纳复合结构的黑硅。图2为黑硅制备流程图。1.2 表征测试

图3为抛光硅片、制绒的金字塔硅片以及微纳复合结构黑硅的样品。可以看出,从左到右,抛光硅片、金字塔硅片、黑硅的外观颜色依次加深,表明可见光范围内,其吸光能力依次加强。图4是制绒的金字塔硅片及微纳复合结构黑硅的断面形貌SEM图。从图4(a)中,可以看出硅片表面长满了高度在3～4 μm之间,基宽在2～4 μm之间的金字塔结构,从图4(b)中,可以看出在金字塔结构上被一层直径小于50 nm、长度约400 nm的纳米线均匀覆盖,大多数纳米线垂直于金字塔,这是一种基于金字塔—纳米线微纳复合结构。图4 样品断面SEM图

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于等效介质理论的光伏电池亚波长光栅减反结构设计[J]. 马佑桥,周骏,孙铁囤,邸明东,丁海芳.  太阳能学报. 2010(10)
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博士论文
[1]纳米多孔硅光子器件的研究[D]. 钟福如.新疆大学 2012

硕士论文
[1]黑硅材料的制备及器件研究[D]. 王健波.电子科技大学 2015
[2]单晶硅太阳电池表面陷光微结构的制备与性能研究[D]. 吕红杰.南京航空航天大学 2012



本文编号：3121390