納米結(jié)構(gòu)Si太陽(yáng)能電池

1、 本文內(nèi)容 納米結(jié)構(gòu)Si太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介 反應(yīng)離子刻蝕（RIE） 金屬輔助催化刻蝕（MACE） 文獻(xiàn)閱讀 一、納米結(jié)構(gòu)Si太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介 1.納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池研究 傳統(tǒng)的Si太陽(yáng)能電池相關(guān)的研究已經(jīng)非常成熟 光電轉(zhuǎn)換效率較低,制造成本較高,競(jìng)爭(zhēng)力依然不如傳統(tǒng) 化石能源 為了提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率并且降低太陽(yáng)能電池 的制造成本,科研人員把注意力集中在納米結(jié)構(gòu)的太陽(yáng) 能電池上 將傳統(tǒng)的三維體材料電池,變成二維的納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能 電池,甚至是一維的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池 一、納米結(jié)構(gòu)Si太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介 2.納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn) 有效的減少表面反射 納米線對(duì)入射光的偏振方向,入射角度,入射波長(zhǎng)也不敏

2、 感,導(dǎo)致納來(lái)線對(duì)入射光有很強(qiáng)的捕獲能力 對(duì)Si的質(zhì)量要求不高，材料用料少，降低材料成本 加工工藝成本低 更具有成本競(jìng)爭(zhēng)力 SiNWs中的光路 一、納米結(jié)構(gòu)Si太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介 3.納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的缺點(diǎn) 能量轉(zhuǎn)換效率低于相應(yīng)的體材料電池 影響能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素是：俄歇復(fù)合和表面復(fù) 合 表面區(qū)域面積較大，表面復(fù)合較為嚴(yán)重 摻雜濃度較高時(shí)，俄歇復(fù)合嚴(yán)重 一、納米結(jié)構(gòu)Si太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介 3.納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的缺點(diǎn) 俄歇復(fù)合：Auger復(fù)合是電子與空穴直接復(fù)合、而同 時(shí)將能量交給另一個(gè)自由載流子的過(guò)程。Auger復(fù)合 牽涉到3個(gè)粒子的相互作用問(wèn)題。對(duì)于N型半導(dǎo)體，少 數(shù)載流子（空穴）的Auge

3、r復(fù)合壽命與多數(shù)載流子 （電子）濃度的平方成反比，即A 1/ n2。在重?fù)诫s 時(shí)，電子濃度n很大，則A的數(shù)值很小，即俄歇復(fù)合 將使得少數(shù)載流子的壽命大大降低。 一、納米結(jié)構(gòu)Si太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介 3.納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的缺點(diǎn) 表面復(fù)合（Surface recombination）： 表面復(fù)合就是 半導(dǎo)體少數(shù)載流子在表面消失的現(xiàn)象。由于半導(dǎo)體表 面是晶格的終止面，將引入大量的缺陷，這些缺陷也 就是載流子的產(chǎn)生-復(fù)合中心；并且由于沾污等外界因 素的影響，還更增加了產(chǎn)生-復(fù)合中心。所以，半導(dǎo)體 表面具有很強(qiáng)的復(fù)合少數(shù)載流子的作用，同時(shí)也使得 半導(dǎo)體表面對(duì)外界的因素很敏感，這也是造成半導(dǎo)體 器件性能受到表

4、面影響很大的根本原因。 表面復(fù)合的 強(qiáng)弱通常用所謂表面復(fù)合速度來(lái)表征，這就是說(shuō)，表 面復(fù)合就相當(dāng)于載流子以一定的速度流出了表面；表 面復(fù)合速度的單位是cm/s。 二、反應(yīng)離子刻蝕（RIE） RIE，全稱是Reactive Ion Etching 刻蝕機(jī)理 在REI過(guò)程中,既有輝光放電條件下活性氣體粒子與固 態(tài)Si表面的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,也有這些能量很大的粒子轟 擊濺射Si表面的物理過(guò)程。 RIE 具有刻蝕速率較快、分辨率高、 各向異性刻蝕的 特點(diǎn)。 但是由于離子轟擊強(qiáng)度高，使用 RIE 會(huì)在刻蝕 刻蝕表面引入大量的缺陷、破壞基底的晶格結(jié)構(gòu) 二、反應(yīng)離子刻蝕（RIE） 當(dāng)反應(yīng)室中通入NF3或SF6時(shí)

5、,在輝光放電中分別發(fā)生如下反應(yīng): 生成的F原子到達(dá)Si表面時(shí),發(fā)生下述反應(yīng): )4(3 , 2 , 1y ey 3* )2( ) 1 () 3 , 2 , 1( y66 * * 33 ）（ ）（ 的激活態(tài)）是 FSFSFe hFF FF eFFe x exFNFNFe X 4 4SiFFSi 反應(yīng)離子刻蝕（RIE） 常用離子刻蝕處方表 刻蝕氣體和主要刻蝕薄膜 金屬輔助催化刻蝕（MACE） MACE 法源自于人們對(duì)濕法清洗硅片的研究。早在 1990s， Ohmi 等人研究硅片上超細(xì)金屬顆粒在使用 HF 和 H2O2 對(duì)硅片進(jìn)行濕法清洗時(shí)的作用，他們認(rèn) 為金屬具有輔助催化刻蝕的的作用。隨后，Boh

6、n 和 Li將這種方法命名為金屬輔助催化化學(xué)刻蝕 （ MacEtch）。 金屬輔助催化刻蝕（MACE） MACE反應(yīng)機(jī)理圖 可以看做貴金屬和周圍的Si和反應(yīng)溶液構(gòu)成了一個(gè)原電池， Si作陽(yáng)極貴金屬作陰極 金屬輔助催化刻蝕（MACE） AAO為模板刻蝕的SiNW 金屬輔助催化刻蝕（MACE） PS球?yàn)槟０逯苽銼iNW 金屬輔助催化刻蝕（MACE） 催化金屬為模板制備SiNW 文獻(xiàn)閱讀1 文獻(xiàn)閱讀1 樣品表面形貌圖 文獻(xiàn)閱讀1 J-V曲線圖 文獻(xiàn)閱讀2 文獻(xiàn)閱讀2 樣品形貌圖 SOI（Silicon-On-Insulator， 絕緣襯底上的硅）技術(shù)是在 頂層硅和背襯底之間引入了 一層埋氧化層。 文獻(xiàn)閱讀2 工作原理圖 文獻(xiàn)閱讀2 不同結(jié)構(gòu)樣品的光吸收?qǐng)D譜 文獻(xiàn)閱讀2 模擬樣品光吸收?qǐng)D譜 文獻(xiàn)閱讀2 樣品的中心間距對(duì)性能的影響 文獻(xiàn)閱讀2 少數(shù)載流子壽命對(duì)器件性能的影響 結(jié)論 在10-m厚的Si納米結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13.7% 在短波長(zhǎng)光下的外量子效率達(dá)到80%以上 利用全背式的結(jié)構(gòu)有效的減小俄歇復(fù)合 利用納米錐結(jié)構(gòu)有效的減小表面復(fù)合并增強(qiáng)光吸收 參考文獻(xiàn) ncomms_4_2950(2013)All-back-contact_ultra- thin_silicon_nanocone_