硅的化学刻蚀及其在光伏中的应用

【摘要】：硅纳米线因其独特的光学，电学和热力学等性能而在光电器件，传感器等方面具有广阔的应用前景。本文利用金属辅助催化刻蚀方法制备了大面积的硅纳米线阵列，并将其应用到有机-无机杂化太阳电池中。 1.金属退火结合湿法化学刻蚀制备硅纳米线和纳米孔。经过热动力学分析，确定了薄膜沉积厚度和退火温度对形貌的决定性影响。刻蚀后银球在硅基底上可以得到硅纳米孔，带孔的银薄膜在硅基底上可以得到硅纳米线。 2.使用纳米球模板结合金属催化刻蚀的方法实现对硅线参数的精确控制。通过聚苯乙烯纳米球作为媒介，得到了带有规则孔径的金薄膜作为刻蚀硅纳米线的模板，小孔的直径决定了刻蚀得到的硅纳米线的直径，刻蚀的时间则决定了纳米线的长度，从而实现对制备硅线的精确控制。光学测试发现，直径，长度和周期共同决定了硅纳米线阵列的减反性能。 3.制备硅-PEDOT:PSS杂化光伏器件，用四甲基氢氧化铵（TMAH）和甲基化处理硅线进行对比，发现甲基化的器件暗电流低于TMAH处理的器件，效率也提高了28%。经过五氯化磷2.0h处理的纳米线的器件得到了12.00%的器件转化效率。对器件暗电流的拟合分析，光学模拟以及电压和电流分布图谱的绘制对硅纳米线阵列在杂化太阳能电池中的作用提供了更全面的认识。 【关键词】：硅纳米线阵列 金属辅助湿法刻蚀 表面处理 杂化太阳能电池
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN304.12
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-32
• 1.1 硅纳米材料概述9-10
• 1.2 硅纳米线的性质10-13
• 1.2.1 硅纳米线的电学性能10-11
• 1.2.2 硅纳米线的光学性能11-13
• 1.2.3 硅纳米线的热力学性能13
• 1.3 硅纳米线的制备13-21
• 1.3.1 自下而上制备方法：化学气象沉积（CVD）14-16
• 1.3.2 自上而下制备方法16-21
• 1.4 硅纳米线在太阳能电池中的应用现状21-24
• 1.4.1 p-n 结太阳电池21-22
• 1.4.2 肖特基结太阳能电池22-23
• 1.4.3 电化学太阳电池23
• 1.4.4 异质结太阳电池23-24
• 1.5 本论文研究思路24-25
• 参考文献25-32
• 第二章 无模板法制备硅纳米线和纳米孔32-42
• 2.1 引言32
• 2.2 实验部分32-34
• 2.2.1 实验材料及设备32-33
• 2.2.2 实验步骤33-34
• 2.3 结果与讨论34-39
• 2.3.1 金属薄膜在硅片上的热退火过程34-36
• 2.3.2 利用退火金属制备硅纳米线和纳米孔36-38
• 2.3.3 刻蚀过程中出现的其他形貌38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 参考文献40-42
• 第三章 纳米球模板法制备高规整纳米线阵列及其表面修饰42-52
• 3.1 引言42-43
• 3.2 实验部分43-44
• 3.2.1 实验材料及设备43
• 3.2.2 实验步骤43-44
• 3.3 结果与讨论44-49
• 3.3.1 RIE 反应时间对 PS 小球直径的影响44-46
• 3.3.2 带孔金薄膜的制备46
• 3.3.3 利用带孔金属薄膜制备硅纳米线阵列46-47
• 3.3.4 硅纳米线阵列的光学性质47-48
• 3.3.5 对硅纳米线的表面修饰48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 参考文献50-52
• 第四章 硅纳米线-PEDOT:PSS 杂化光伏电池52-69
• 4.1 引言52-53
• 4.2 实验部分53-56
• 4.2.1 实验材料及设备53-54
• 4.2.2 实验步骤54-56
• 4.3 结果与讨论56-65
• 4.3.1 转速对杂化电池性能的影响56-57
• 4.3.2 不同背部金属电极对器件性能的影响57
• 4.3.3 钝化对硅纳米线-PEDOT:PSS 杂化电池性能的影响57-59
• 4.3.4 PCl_5处理时间对器件性能的影响59-62
• 4.3.5 器件暗电流的拟合和分析62-63
• 4.3.6 对硅纳米线器件的光学模拟和电学绘制表征63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 参考文献66-69
• 第五章 总结与展望69-72
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文72-73
• 致谢73-74

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