本文關(guān)鍵詞：化學輔助皮秒激光可控制備晶硅高效減反射疏水表面微結(jié)構(gòu)的研究

  更多相關(guān)文章： 晶硅 皮秒激光 微/納米雙結(jié)構(gòu) 減反射 浸潤性

【摘要】：制備具有陷光微結(jié)構(gòu)的減反射絨面,是提高太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的重要途徑之一。目前,晶硅太陽能電池仍占據(jù)著光伏產(chǎn)業(yè)中的大部分市場份額。晶硅分為單晶硅和多晶硅,對于單晶硅太陽能電池,常用的制絨方法為堿溶液各向異性腐蝕制備隨機金字塔絨面結(jié)構(gòu);對于多晶硅太陽能電池,常用的制絨方法為酸溶液腐蝕制備多孔硅絨面結(jié)構(gòu)。但兩種方法制備的絨面結(jié)構(gòu)均由于陷光微結(jié)構(gòu)單元的尺寸、形貌及分布的隨機性難以控制,而致反射率難以進一步降低,平均典型值高于10%。本論文以進一步降低晶硅太陽能電池表面反射率為目的,提出了一種基于超快皮秒激光的化學輔助激光復合加工方法,制備出新型的絨面結(jié)構(gòu),同時所制備絨面結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的陷光性能、良好的疏水和光致發(fā)光特性,使材料表面獲得多種功能特性,有望提高器件的光電及機械性能和使用壽命等,具有良好的應用發(fā)展前景。采用1064 nm波長皮秒激光分別對單、多晶硅片表面進行掃描獲得微米級孔陣列,之后使用短時化學腐蝕的方法對陣列表面進行處理,通過皮秒激光加工和化學腐蝕雙重調(diào)控工藝,制備了兩種新型硅基減反射絨面。對于單晶硅,使用熱堿溶液對孔陣列表面進行各向異性腐蝕,獲得了微-納米雙結(jié)構(gòu)錐孔絨面,其在微米級的孔單元內(nèi)部具有納米級的階梯狀陷光精細結(jié)構(gòu);對于多晶硅,使用酸溶液對孔陣列表面進行各向同性腐蝕,獲得了多孔硅絨面結(jié)構(gòu),其在微米級的孔單元上形成了密集的納米孔陷光結(jié)構(gòu)。通過SEM和激光共聚焦三維形貌儀獲取兩種絨面的表面形貌特征,使用分光光度計測量樣品的反射率,研究了激光工藝參數(shù)和化學腐蝕參數(shù)不同調(diào)控匹配對新型減反射微結(jié)構(gòu)形成的作用機制,結(jié)合反射率測量結(jié)果,確定了最佳腐蝕時間;采用FDTD模擬分析方法,探究了表面形貌對降低反射率的影響;對樣品進行了接觸角測試,并分析了所獲絨面結(jié)構(gòu)在疏水性方面的特性及應用優(yōu)勢;對樣品的光致發(fā)光特性進行了表征,分析了其發(fā)光機理。結(jié)合文獻調(diào)研和實驗結(jié)果,本論文取得了以下四點有價值的研究成果:1、首次使用1064 nm皮秒激光結(jié)合化學法,制備出了兩種新型微/納米雙結(jié)構(gòu)絨面:微-納米雙結(jié)構(gòu)錐孔絨面(單晶硅)和多孔硅絨面(多晶硅),結(jié)構(gòu)單元的分布不再隨機,兩種絨面結(jié)構(gòu)制備的工藝可控性獲得了大幅度的提高。2、兩種新型微/納米雙結(jié)構(gòu)絨面,陷光性能均優(yōu)于傳統(tǒng)單一結(jié)構(gòu)絨面,400~1050 nm波段平均反射率最低可達5%。結(jié)合實驗結(jié)果,認為微米級的單元上所具有的納米級結(jié)構(gòu)對降低反射率起到了有益作用。3、兩種絨面均具有良好的疏水性,其中多孔硅絨面達到了超疏水,并具有光致發(fā)光特性,可觀察到到兩個發(fā)光峰:藍光發(fā)光峰和肉眼可見紅光發(fā)光峰。4、本方法工藝環(huán)境開放,無需背景氣體,相比傳統(tǒng)工藝,制絨區(qū)域高度可控,可滿足不同生產(chǎn)需求。申請的兩項國家發(fā)明專利(ZL2013102711376、ZL2013100846701)均已通過初審,現(xiàn)于公示階段。本研究為應用于太陽能電池和其他半導體器件的硅基減反射兼具疏水特性的表面微結(jié)構(gòu)低成本可控制造,探索了一條超快皮秒激光結(jié)合化學輔助方法的復合制造新途徑。
【關(guān)鍵詞】：晶硅 皮秒激光 微/納米雙結(jié)構(gòu) 減反射 浸潤性
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4;TN304.12
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-26
• 1.1 課題研究背景10-14
• 1.1.1 光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況10-13
• 1.1.2 晶硅太陽能電池發(fā)展概況13-14
• 1.1.3 制絨的重要性14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-23
• 1.2.1 晶硅太陽能電池常見絨面結(jié)構(gòu)和研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 激光制絨主要絨面結(jié)構(gòu)和研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2.3 疏水在表面微結(jié)構(gòu)中的應用20-23
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容和意義23-26
• 第2章 實驗材料、方法和設(shè)備26-32
• 2.1 實驗材料及樣品處理方法26
• 2.2 實驗設(shè)備和工藝方法26-31
• 2.2.1 實驗設(shè)備26-27
• 2.2.2 皮秒激光加工工藝方法27-28
• 2.2.3 皮秒激光加工機理分析28-31
• 2.3 樣品表征方法和評價標準31
• 本章小結(jié)31-32
• 第3章 皮秒激光-化學法制備微-納米雙結(jié)構(gòu)錐孔絨面32-52
• 3.1 激光掃描獲得微米錐孔陣列32-38
• 3.1.1 激光工藝參數(shù)的確定32-34
• 3.1.2 不同掃描間距和次數(shù)對形成錐孔陣列的影響34-37
• 3.1.3 激光掃描獲得微米錐孔陣列機理分析37-38
• 3.2 堿溶液各向異性刻蝕獲得微-納米雙結(jié)構(gòu)錐孔絨面38-50
• 3.2.1 NaOH溶液腐蝕結(jié)果分析38-40
• 3.2.2 TMAH溶液腐蝕結(jié)果對比分析40-44
• 3.2.3 微-納米雙結(jié)構(gòu)錐孔絨面的光場模擬與分析44-45
• 3.2.4 鈍化減反層的沉積與少子壽命的測量45-49
• 3.2.5 光響應的實驗測試49-50
• 3.3 浸潤性分析50-51
• 本章小結(jié)51-52
• 第4章 皮秒激光化學法制備多孔硅絨面52-62
• 4.1 激光掃描獲得微米錐孔陣列及其機理分析52-53
• 4.2 HF-HON3溶液腐蝕獲得多孔硅絨面53-55
• 4.2.1 不同腐蝕時間對表面形貌的影響53-54
• 4.2.2 腐蝕機理分析54-55
• 4.3 多孔硅絨面減反射特性表征與分析55-56
• 4.4 多孔硅絨面光致發(fā)光特性表征與分析56-59
• 4.5 多孔硅絨面疏水特性分析59-61
• 4.5.1 腐蝕時間和表面形貌對疏水性的影響59-60
• 4.5.2 疏水特性分析及獲得超疏水條件60-61
• 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻64-68
• 攻讀碩士學位期間完成的學術(shù)成果68-70
• 致謝70-71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 龍學文;白晶;劉欣;趙衛(wèi);程光華;;飛秒激光在鋱鎵石榴石中的光刻光波導[J];光學學報;2014年04期

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本文編號：919861