硅纳米线阵列及其碳复合结构的生长调控与光反射特性研究

《硅纳米线阵列及其碳复合结构的生长调控与光反射特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：０４３学校代码：１０６９７密级：公开学号０１５２０５７２：２＿硕士字位论文ＭＡ’ＳＴＥＲＳＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ硅纳米线阵列及其碳复合结构的生长调控与光反射特性研究学科名称：光学工程作者：黄梦姣指导老师：任兆玉教授西北大学学位评定委员会二〇一八年PreparationandReflectionPropertyoftheSiliconNanowiresArrayandItsCarbonCompositeAthesissubmittedtoNorthwest

2、UniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinOpticalEngineeringByHuangMengjiaoSupervisor:RenZhaoyuProfessorJune2018摘要摘要太阳能电池是目前解决人类能源需求和维持可持续发展的重要途径之一。太阳光吸收效率的高低在硅基太阳能系统中起着关键的作用。为了提高入射太阳光吸收效率，一般要采用各种减反射措施，硅纳米线（SiliconNanowires，SiNWs）由于其独特的光

3、学、电学和热学等性质引起了广泛的关注，SiNWs阵列被认为是很有希望应用于高效电池的纳米结构材料。两步法金属辅助的化学刻蚀（Metal-AssistedChemicalEtching,MACE）的方法是目前制备硅纳米线阵列的一个重要途径。将一维纳米结构进一步组装成二维或三维纳米结构来实现改变形貌从而获得更优的性能成为现在研究的热点。其中，碳材料在各方面展现出的优异性能引起了研究者的关注。为了研究硅纳米线阵列及其复合阵列与反射性能之间的相互关系，本课题研究了影响硅纳米线阵列结构的主要因素，并分别通过水热法、化学气相沉积（Ch

4、emicalvapordeposition，CVD）法制备出硅纳米线/碳纳米球、硅纳米线/碳纳米管复合阵列。本论文主要研究内容如下：（1）利用MACE方法制备生长可控、表面平整的SiNWs阵列；并通过改变H2O2的浓度、AgNO3的浓度、刻蚀时间、刻蚀温度等参数，获得制备硅纳米线阵列的最佳参数。结合SEM图像，对化学刻蚀法的机理和材料表面形貌进行了分析。（2）进一步得到其复合阵列：首先，利用葡萄糖水溶液通过水热法在硅纳米线表面包覆碳纳米球，并对这种复合结构进行了表征分析，发现这些纳米球均匀的分布在纳米线上，增大了硅纳米线的

5、表面积，改变了硅纳米线内部的结构；其次，利用二甲苯和二茂铁为催化剂，通过CVD法制备硅纳米线/碳纳米管复合阵列，发现制备后的复合阵列材料保持了极好的取向性，结构生长方向高度有序，彼此平行排列，线径分布均匀一致，纳米线形态均匀稳定，由于周期性不稳定生长而产生的各种形态和缺陷相对较少。（3）利用红外-可见光谱仪对硅纳米线阵列及其复合结构的变角度反射和散射特性进行测试，发现硅的纳米结构及其碳复合结构具有很好的抑制反射效果，我们对此进行了分析，研究了各参数及碳纳米球和碳纳米管对反射率和散射率的影响。发现反射率随长度增加而减小，随表

6、面团聚程度增大而增大，随结构的规整性下降而增大，适当的填充率能提高硅纳米线阵列的减反性能。一般来说，波长500-1100nm范围内I西北大学硕士学位论文硅纳米线阵列的平均反射率低于1%左右。阵列结构在展现出优秀的角度和波长依赖性的同时，也存在良好的各向异性，这种性质有望在光伏产业方面有很好的应用。关键词：化学刻蚀法，硅纳米线阵列，复合阵列结构，反射性能，各向异性IIABSTRACTABSTRACTSolarcellsareoneoftheimportantwaystosolveenergydemandandmaintain

7、sustainabledevelopment.Theabsorptionefficiencyofsunlightplaysakeyroleinsilicon-basedsolarsystems.Inordertoimprovetheabsorptionefficiencyofincidentsunlight,variousantireflectionmeasuresaregenerallyused.Siliconnanowires(SiNWs)haveattractedwidespreadattentionbecauseo

8、ftheiruniqueoptical,electrical,andthermalproperties,whichisconsideredpromisingnanostructuredmaterialsforhighefficiencybatteries.Thetwo-stepmetal-assiste