低反射超疏水太阳能电池表面结构制备工艺的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文分类号学号M201070277学校代码10487密级硕士学位论文低反射超疏水太阳能电池表面结构的制备工艺研究学位申请人：徐国强学科专业：机械电子工程指导教师：来五星副教授答辩日期：2013年1月16日华中科技大学硕士学位论文AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringFabricationOfSuper-hydrophobicAndLow-reflectionSurfa

2、cesOnSiliconSubstrateForSolarCellsCandidate:XuGuoqiangMajor:MachatronicsEngineeringSupervisor:AssociateProfessorLaiWuxingHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJanuary,2013华中科技大学硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文

3、中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解

4、密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要当前，世界面临严峻的能源和环境压力，太阳能电池的研究近来成为热点，太阳能电池目前在应用上存在一些问题，如对太阳入射光的吸收率不高导致光电转换效率低下，受恶劣环境的影响导致稳定性差、使用寿命减短等。自然界中的生物对于不同的环境都具有良好的适应性，如飞蛾复眼结构的减反射性、荷叶表面的超疏水性等。研究发现这些生物的一些特定的结构对于光学传输、温度控制、自清洁功能有直接的影响。本文

5、以在宽波长范围内减小电池表面入射光反射率并同时提高表面自清洁性能为目的，以某些具有特殊结构的生物体为仿生对象，开展太阳能电池表面结构的仿生机理和制备技术的研究。基于严格耦合波理论展开了微纳结构的光学特性仿真研究，并基于仿生结构的原理提出了两种实验制备方法，湿法腐蚀方法及基于自组装纳米微球刻蚀的方法。本文主要研究内容如下：仿生结构机理研究。一些生物体表面具有良好的光学减反性和疏水性，通过研究发现，其表面的微观有序结构在其中发挥着决定性的作用。通过调整微纳结构的分布和尺度，可能会同时具备优异的疏水性和光学减反性。将这样的微

6、纳结构运用于太阳能电池表面，在提高其光电转换效率、实现自清洁等功能方面会有显著的突破。对硅片表面减反射原理进行研究，比较了薄膜减反射和微结构减反射的优劣，同时基于严格耦合波理论分别运用RSOFT和MATLAB软件进行了一维和二维亚波长微纳结构光学特性仿真。采用湿法腐蚀方法进行了硅纳米线的制备，并对其结构形貌、疏水性、光学特性进行了测量表征。在实验中采用100晶向的单晶硅片，室温下在其表面成功制备了大面积的硅纳米线阵列。测试表明，样品表面反射率在450-790nm波长范围内达到5%以下，表面接触角高达150˚，同时具备了

7、较好的疏水性和减反射性。基于自组装单层纳米微球工艺制备微纳结构的研究。在硅基底表面自组装单层PS胶体微球，结合RIE刻蚀技术和磁控溅射镀膜技术，最后经金属催化湿法刻蚀制备出了一定面积的尺寸可控的有序纳米线阵列，讨论了SiO2及PS微球的自组装技术，RIE刻蚀条件的选择及优化。关键词：太阳能电池表面低反射超疏水自组装严格耦合波理论I华中科技大学硕士学位论文AbstractTodaytheworldisfacingseriousenergyandenvironmentpressure,thesolarcellshasrec

8、entlybecomeahotresearchfield.Therearesomeproblemsofsolarcells,suchasthelowabsorptionofsunlightandthepoorstabilityaffectedbyabominableenvironments.Naturalorganismshave