一种太阳电池纳米陷光结构的制备方法-论文.pdf

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1、张福庆等：一种太阳电池纳米陷光结构的制备方法文章编号：lOOl一9731(2013)17—2583—06一种太阳电池纳米陷光结构的制备方法张福庆，程广贵，郭立强，凌智勇，张忠强，袁宁一，丁建宁(1．江苏大学机械工程学院，微纳米实验中心，江苏镇江212013；2．常州大学材料学院，低维材料、微纳器件与系统中心，江苏常州213164；3．常州大学材料学院，江苏省太阳能材料与技术实验室，江苏常州213164)摘要：提出了一种利用石墨纳米颗粒作为掩膜，通刻蚀来制备具有低反射率的太阳电池陷光结构的方过金属辅助刻蚀来制备具有低反射率的太阳电池纳米法。通过

2、该方法，制得了一种表面覆盖有纳米线和纳陷光结构的方法。用该方法制得了一种表面覆盖有纳米孔的太阳电池陷光结构，该结构的平均反射率在米线和纳米孔的太阳电池纳米陷光结构。结合金属辅3001100nm波长范围内可低至3．6。助刻蚀的机制和这种陷光结构的形成原理，分析了石2实验墨纳米颗粒和H。o。浓度对陷光结构形貌的影响，并讨论了陷光结构的形貌对样品陷光性能的影响。最利用石墨纳米颗粒作为掩膜并结合金属辅助刻蚀后，制得了在300～l100nm波长范围内平均反射率仅法来制备具有低反射率的太阳电池陷光结构。具体步为3．69／6的太阳电池陷光层。骤如下：(1)

3、选用B掺杂的(100)(1～5Q／cm)硅片和关键词：陷光；石墨纳米颗粒；金属辅助化学刻蚀；减普通玻璃载玻片，并将其切割成4cmx2cm的样片，分反射：形貌别用丙酮和无水乙醇超声清洗10min；在V(浓中图分类号：TB332文献标识码：AH。SO)：(HO。)一4：1的溶液中煮沸1h；用5DoI：10．3969／i．issn．1001—9731．2013．17．O34(质量分数)的HF酸溶液浸泡3rain；然后用V(NH。·H20)：V(H2O2)：V(H20)一1：1：5的溶液在1引言80℃条件下保温1h，使硅片表面产生良好的亲水性，太阳能

4、的可再生性及其光伏技术的环保性使得利在以上每个处理步骤结束后都要用去离子水将样片清用光伏电池吸收太阳能成为了目前最有前途的替代能洗干净；(2)分别在经过清洗的3个硅片和3个玻璃源。在各种太阳电池中硅基太阳电池目前占有主要的载玻片表面用旋涂仪低速旋涂不同浓度石墨纳米颗粒光伏市场，市场份额高于90l1]。这是由于硅基太阳溶液(O．O1、0．05、0．1(质量分数))并自然晾干；电池与其它太阳电池相比有以下两点明显的优势：(1)(3)采用磁控溅射仪在样品表面沉积20nm厚的银膜；硅是地球上含量第二多的元素；(2)硅基太阳电池的(4)将沉积好银膜的3

5、个硅片分别切开，分成两组，将制作工艺与现在成熟的集成电路工业能很好地兼容。第1组和第2组分别放人含有HF／HO。的混合水溶然而，目前硅基太阳电池相对比较低的效益成本比使液(HF均为4．6mol／I，HO分别为1．76其仍然竞争不过传统的石化能源。因此，提高太阳能和0．88tool／L)中在25℃条件下刻蚀30rain。反应结电池的效率和降低太阳能电池的成本将会是未来要面束后，将这些样品用去离子水冲洗干净，并用氮气吹对的巨大挑战。干。图1为利用石墨纳米颗粒作为掩膜，在含有HF／在太阳能电池结构中引入陷光结构可以提高太阳H()。的混合水溶液中刻蚀

6、硅片形成陷光结构的过程能电池对光的吸收，从而提高太阳能电池的效率]，原理图。在过去的数十年中，常采用的陷光结构主要有：(1)金本文的特点在于选取了耐酸碱腐蚀且原料丰富的字塔、沟槽或倒金字塔陷光结构，其制备方法包括酸、石墨纳米颗粒作为掩膜，在溅射银膜后，将样品放入碱湿法刻蚀和反应离子刻蚀等F4lo]；(2)微米、纳米孔HF／HO混合的水溶液中，此时在银粒子周围会形阵列陷光结构“】；(3)周期性亚波长光栅陷光结成局部原电池，即H在阴极发生还原反应，硅原子在构_】]；(4)金属纳米颗粒阵列陷光结构E17z1]；(5)硅阳极发生氧化反应并溶解，具体反

7、应机制如下[。：纳米线、硅纳米柱或硅纳米锥阵列陷光结构[2224]。本阴极反应(银粒子表面)：文介绍了一种利用石墨纳米颗粒作为掩膜的金属辅助H2()+2H。r+2e一2H2O(1)基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2Ol1AA050511)；国家自然科学基金资助项目(51005103)；江苏省博士后研究基金规划资助项目(1101146C)；江苏大学高级人才启动基金资助项目(11JDG059)收到初稿日期：2013～01—09收到修改稿日期：2013—04—16通讯作者：丁建宁作者简介：张福庆(1987一)，男，山东德州人

8、，在读硕士，师承丁建宁教授，从事纳米线太阳能电池研究。张福庆等：一种太阳电池纳米陷光结构的制备方法2587Phys，20l1，44：262001．[4]RosaM，