纳米结构Si太阳能电池

1、本文内容纳米结构Si太阳能电池简介反应离子刻蚀（RIE）金属辅助催化刻蚀（MACE）文献阅读一、纳米结构Si太阳能电池简介1.纳米结构太阳能电池研究传统的Si太阳能电池相关的研究已经非常成熟光电转换效率较低,制造成本较高,竞争力依然不如传统化石能源为了提高太阳能电池的转换效率并且降低太阳能电池的制造成本,科研人员把注意力集中在纳米结构的太阳能电池上将传统的三维体材料电池,变成二维的纳米结构太阳能电池,甚至是一维的量子点结构太阳能电池一、纳米结构Si太阳能电池简介2.纳米结构太阳能电池的优点有效的减少表面反射纳米线对入射光的偏振方向,入射角度,入射波长也不敏感,导致纳来线对入射光有很强的捕获能力

2、对Si的质量要求不高，材料用料少，降低材料成本加工工艺成本低更具有成本竞争力SiNWs中的光路一、纳米结构Si太阳能电池简介3.纳米结构太阳能电池的缺点能量转换效率低于相应的体材料电池影响能量转换效率的关键因素是：俄歇复合和表面复合表面区域面积较大，表面复合较为严重掺杂浓度较高时，俄歇复合严重一、纳米结构Si太阳能电池简介3.纳米结构太阳能电池的缺点俄歇复合：Auger复合是电子与空穴直接复合、而同时将能量交给另一个自由载流子的过程。Auger复合牵涉到3个粒子的相互作用问题。对于N型半导体，少数载流子（空穴）的Auger复合寿命与多数载流子（电子）浓度的平方成反比，即A 1/ n2。在重掺杂

3、时，电子浓度n很大，则A的数值很小，即俄歇复合将使得少数载流子的寿命大大降低。一、纳米结构Si太阳能电池简介3.纳米结构太阳能电池的缺点表面复合（Surface recombination）： 表面复合就是半导体少数载流子在表面消失的现象。由于半导体表面是晶格的终止面，将引入大量的缺陷，这些缺陷也就是载流子的产生-复合中心；并且由于沾污等外界因素的影响，还更增加了产生-复合中心。所以，半导体表面具有很强的复合少数载流子的作用，同时也使得半导体表面对外界的因素很敏感，这也是造成半导体器件性能受到表面影响很大的根本原因。 表面复合的强弱通常用所谓表面复合速度来表征，这就是说，表面复合就相当于载流子

4、以一定的速度流出了表面；表面复合速度的单位是cm/s。 二、反应离子刻蚀（RIE）RIE，全称是Reactive Ion Etching刻蚀机理在REI过程中,既有辉光放电条件下活性气体粒子与固态Si表面的化学反应过程,也有这些能量很大的粒子轰击溅射Si表面的物理过程。RIE 具有刻蚀速率较快、分辨率高、 各向异性刻蚀的特点。 但是由于离子轰击强度高，使用 RIE 会在刻蚀刻蚀表面引入大量的缺陷、破坏基底的晶格结构二、反应离子刻蚀（RIE）当反应室中通入NF3或SF6时,在辉光放电中分别发生如下反应:生成的F原子到达Si表面时,发生下述反应:)4(3 , 2 , 1yey3*)2() 1 ()

5、 3 , 2 , 1(y66*33）（）（的激活态）是FSFSFehFFFFeFFexexFNFNFeX44SiFFSi反应离子刻蚀（RIE）常用离子刻蚀处方表刻蚀气体和主要刻蚀薄膜金属辅助催化刻蚀（MACE）MACE 法源自于人们对湿法清洗硅片的研究。早在 1990s， Ohmi 等人研究硅片上超细金属颗粒在使用 HF 和 H2O2 对硅片进行湿法清洗时的作用，他们认为金属具有辅助催化刻蚀的的作用。随后，Bohn 和 Li将这种方法命名为金属辅助催化化学刻蚀（ MacEtch）。金属辅助催化刻蚀（MACE）MACE反应机理图可以看做贵金属和周围的Si和反应溶液构成了一个原电池，Si作阳极贵金

6、属作阴极金属辅助催化刻蚀（MACE）AAO为模板刻蚀的SiNW金属辅助催化刻蚀（MACE）PS球为模板制备SiNW金属辅助催化刻蚀（MACE）催化金属为模板制备SiNW文献阅读1文献阅读1样品表面形貌图文献阅读1J-V曲线图文献阅读2文献阅读2样品形貌图SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。文献阅读2工作原理图文献阅读2不同结构样品的光吸收图谱文献阅读2模拟样品光吸收图谱文献阅读2样品的中心间距对性能的影响文献阅读2少数载流子寿命对器件性能的影响结论在10-m厚的Si纳米结构上实现转换效率达到13.7%在短波长光下的外量子效率达到80%以上利用全背式的结构有效的减小俄歇复合利用纳米锥结构有效的减小表面复合并增强光吸收参考文献ncomms_4_2950(2013)All-back-contact_ultra-thin_silicon_nanocone_so