多晶硅表面陷阱坑形貌对表面光反射率的影响

利用光学傅里叶变换研究多晶硅绒面微结构形貌与反射率之间的关系。理论分析表明:多晶硅绒面反射率与表面微结构形貌、单位面积上陷阱坑数量有关。如绒面由V字型槽或坑构成,则绒面反射率比较高;如多晶硅表面上密集布满U字形坑或槽、内表面绒面化,这种结构构成的绒面反射率低。实验上用不同比例的酸液刻蚀多晶体表面,用扫描电镜(SEM)观察多晶硅表面SEM图,测量了其表面反射率,分析表面结构形貌与反射率的关系。实验结果与理论分析相吻合。     

表面钝化对多晶硅绒面形貌的影响

多晶硅表面制绒技术是太阳能光伏产业亟待突破的一个关键技术.本文根据多晶硅强酸制绒的基本原理,提出了表面活性剂钝化多晶硅表面以降低硅原子与酸反应速度从而改善多晶硅绒面形貌的方法.实验研究了不同含量的添加剂对酸液刻蚀多晶硅绒面形貌的影响,用扫描电镜观察对应的绒面结构,用积分反射仪测量其绒面的表面反射率.实验结果表明:加入活性剂后酸液能使多晶硅表面陷阱坑分布更加均匀,并且能有效消除产生漏电流的缺陷性深沟槽,样品表面反射率比较低,其表面反射率降低到21.5%.与传统酸液腐蚀的多晶硅绒面结构相比,陷阱坑密度明显增加,这种方法在多晶硅太阳电池的生产中是有价值的.     

新型添加剂对单晶硅表面金字塔形貌的影响

单晶硅表面微结构对晶体硅光电转换性能有非常重要的影响, 晶体硅表面微结构的调节技术一直是半导体、 太阳能电池领域研究的热点之一.利用碱液与单晶硅异向腐蚀特性的刻蚀技术, 在单晶硅表面可以获得布满金字塔的绒面, 但普通碱液刻蚀的绒面, 其金字塔大小、 形貌和分布随机性大, 不利于提高硅太阳电池的转换效率.在普通的碱腐蚀液中加入不同量的特种添加剂, 然后在相同的温度、 时间下刻蚀单晶硅表面, 通过观察样品表面SEM图, 发现在普通碱液中加入适量添加剂后刻蚀的单晶硅表面能形成均匀密集分布金字塔, 金字塔大小在2—4μupm 之间, 棱边圆滑, 表面金字塔覆盖率高; 用积分反射仪测量了样品的反射率曲线, 发现样品平均反射率下降到12.51%.实验结果表明, 在普通碱液中加入特种添加剂, 能控制单晶硅表面金字塔的大小和分布.     

新型添加剂对单晶硅表面金字塔形貌的影响

单晶硅表面微结构对晶体硅光电转换性能有非常重要的影响, 晶体硅表面微结构的调节技术一直是半导体、 太阳能电池领域研究的热点之一.利用碱液与单晶硅异向腐蚀特性的刻蚀技术, 在单晶硅表面可以获得布满金字塔的绒面, 但普通碱液刻蚀的绒面, 其金字塔大小、 形貌和分布随机性大, 不利于提高硅太阳电池的转换效率.在普通的碱腐蚀液中加入不同量的特种添加剂, 然后在相同的温度、 时间下刻蚀单晶硅表面, 通过观察样品表面SEM图, 发现在普通碱液中加入适量添加剂后刻蚀的单晶硅表面能形成均匀密集分布金字塔, 金字塔大小在2     

多晶硅表面陷阱坑形貌的光学性能模拟

采用COMSOL Multiphysics 3.5a有限元分析软件中的RF模块对3种硅片绒面的陷阱坑形貌(轻度腐蚀、正常腐蚀和过度腐蚀)的光学性能进行了数值模拟.通过求解麦克斯韦方程组和材料本构方程,获得了3种陷阱坑的表面电场z分量、表面磁场y分量和反射率的变化规律.结果表明:当波长为600 nm时,轻度腐蚀陷阱坑的表面电场z分量和表面磁场y分量的数值最小,反射率最高(约为35％);正常腐蚀陷阱坑的表面电场z分量和表面磁场y分量其次,反射率约为17％;过度腐蚀陷阱坑的表面电场z分量和表面磁场y分量的数值最大,反射率最低(约为10％).通过实验和模拟结果对比可知,模拟值和试验值的反射率变化趋势基本一致,两者吻合较好,可为实际生产和试验提供理论参考.     

多晶硅表面周期性微结构的激光制备与性能研究

为了减小多晶硅表面入射光的反射率,提高太阳能电池的光电效率,利用紫外纳秒激光器在多晶硅表面制备不同深度、不同间距的微凹坑点阵绒面,研究织构形貌对反射率及光电转换效率的影响。通过激光频率的改变实现微凹坑深度的变化,通过微凹坑排布方式的改变实现微凹坑间距的变化;使用光纤光谱仪测量多晶硅表面反射率并通过激光共聚焦显微镜观察微凹坑形貌;在PC1D软件中建立多晶硅入射光反射模型并模拟不同点阵间距下的多晶硅短路电流和开路电压,计算光电转换效率和填充因子。研究表明,不同频率(300 kHz、200 kHz、150 kHz、50 kHz)和点阵排布方式(300×300、310×310、350×350、400×400)对多晶硅表面的反射率和光电转换效率影响显著,随着频率增大,多晶硅试样反射率先减小后增加最后保持稳定;随着点阵排布密集程度增加,多晶硅试样光电转换效率逐渐提高。实验结果显示当激光频率为150 kHz,点阵分布为400×400时,多晶硅表面微凹坑成型较好,表面平均反射率为3.32%,多晶硅电池的效率为18.80%,相较于未制绒多晶硅电池提高25.9%。     

多晶硅表面陷阱坑形貌的光学性能模拟

采用COMSOL Multiphysics 3.5a有限元分析软件中的RF模块对3种硅片绒面的陷阱坑形貌(轻度腐蚀、正常腐蚀和过度腐蚀)的光学性能进行了数值模拟.通过求解麦克斯韦方程组和材料本构方程,获得了3种陷阱坑的表面电场z分量、表面磁场y分量和反射率的变化规律.结果表明:当波长为600 nm时,轻度腐蚀陷阱坑的表面电场z分量和表面磁场y分量的数值最小,反射率最高(约为35%);正常腐蚀陷阱坑的表面电场z分量和表面磁场y分量其次,反射率约为17%;过度腐蚀陷阱坑的表面电场z分量和表面磁场y分量的数值最大,反射率最低(约为10%).通过实验和模拟结果对比可知,模拟值和试验值的反射率变化趋势基本一致,两者吻合较好,可为实际生产和试验提供理论参考.     

多晶硅表面酸腐蚀制备绒面研究

采用各向同性腐蚀法制备多晶硅绒面,腐蚀液为HF和HNO3的混合溶液,缓和剂为NaH2PO4.2H2O溶液.利用SEM、AFM和紫外分光光度计对硅片绒面进行检测和分析,初步探讨了酸腐蚀机理.结果表明:采用NaH2PO4.2H2O溶液作为缓和剂,腐蚀后的硅片表面具有均匀的腐蚀坑,表面陷光效果较好,通过优化各种参量,反应速度可以控制在2 μm/min左右,适合工业生产的要求.在富HF时,硅片表面易形成尖锐边缘的腐蚀坑,出现或多或少的小孔,反射率最低可达16.5%～17.5%|在富HNO3时,硅片表面易形成腐蚀坑较浅、尺寸偏大的气泡状绒面或光面,反射率较高.     

金刚石线锯切割多晶硅片的气相刻蚀制绒研究

采用气相刻蚀制绒法研究金刚石线锯切割多晶硅片制绒.加热体积比1∶3、总体积400 mL的HF-HNO3酸混合溶液到90℃,使酸混合溶液受热产生气相,利用气相对金刚石线锯切割多晶硅片表面进行制绒.结果表明,制绒15 min之后,硅片表面的切割纹被完全去除;小腐蚀坑密布硅片表面,尺寸小于1μm,而传统湿法酸制绒所形成的腐蚀坑尺寸大于10μm.气相刻蚀后的金刚石线锯切割多晶硅片表面的微观粗糙度比传统酸混液制绒后的金刚石线锯切割多晶硅片表面的微观粗糙度高3倍多.气相制绒效果明显,并仅有12.11％的低反射率.     

金刚石线锯切割多晶硅片表面特性与酸刻蚀制绒问题

为解决金刚石切割多晶硅片与常规HF-HNO3-H2O混合酸湿法制绒技术不兼容的问题,对金刚石切割多晶硅片的表面特性和大幅度提高混合酸溶液中HF的比例进行了刻蚀制绒实验.结果表明,金刚石线切割多晶硅片表面存在约33%的光滑条带区域,其余为与砂浆切割硅片表面相近的粗糙崩坑区域;这些光滑区域使得金刚石切割多晶硅片表面光反射率比砂浆切割多晶硅片高3%~4%;而且光滑区域在富HNO3和富HF的HF-HNO3-H2O混合酸溶液中均较难于腐蚀,使其刻蚀制绒后反射率比砂浆切割多晶硅片低1%~2%,制绒后的金刚石切割多晶硅片反射率比制绒后的砂浆切割多晶硅片高4%~6%,不能满足太阳电池生产要求.富HNO3和富HF两种酸刻蚀体系,均不能解决金刚石切割多晶硅片的制绒问题.     

Belousov-Zhabotinsky化学体系中混沌同步的自适应参数调节法研究

采用自适应参数调节法 ,对两个BZ CSTR化学体系混沌动力学行为的同步进行了数值模拟研究 ,并采用横截Lyapunov指数判据确认同步行为的稳定性 .还对该方法进行了改进 ,得出了具有实验可行性的参数调节律 ,结果发现 ,只有当 [Ce4+ ]作为检测变量 ,并且参与对参数的调节作用时 ,才有可能实现混沌的同步 ,而 [Br-]则不能 .此外 ,还通过平均同步时间的计算研究了不同刚性常数ε与衰减常数δ组合的同步效率     

银铜双原子MACE法可控制备倒金字塔多晶黑硅的结构与性能

采用一步银铜双原子金属辅助化学腐蚀法,室温下在多晶硅表面制备纳米陷光结构,再利用纳米结构修正溶液在温度为50℃时对硅片进行各向异性重构,可控制备出不同尺寸的倒金字塔陷光结构.用分光光度计测量了多晶硅表面的反射率,用扫描电镜观察了多晶硅表面形貌,用少子寿命测试仪测量了多晶硅钝化后的少子寿命.结果表明:影响倒金字塔结构尺寸的主要影响因素是制备态黑硅纳米结构的深度,当深度越深,最终形成的结构尺寸也越大;纳米结构修正溶液重构时间越长,所形成的倒金字塔结构尺寸越大,反射率也变大;经原子层沉积钝化后的倒金字塔结构中少子寿命随其尺寸的增大而增加;当倒金字塔边长为600nm时综合效果最佳,反射率为9.87%,少子寿命为37.82μs.     

Surface disorder in c-Si induced by swift heavy ions

The disorders induced in crystalline silicon (c-Si) through the process of electronic energy loss in the swift heavy ion irradiation were investigated. A number of silicon <1 0 0> samples were irradiated with 65 MeV oxygen ions at different fluences, 1×10¹³ to 1.5×10¹⁴ ions/cm², and characterized by the Raman spectroscopy, the optical reflectivity, the X-ray reflectivity, the atomic force microscopy (AFM) and the X-ray diffraction (XRD) techniques. The intensity, redshift, phonon coherence length and asymmetric broadening associated with the Raman peaks reveal that stressed and disordered lattice zones are produced in the surface region of the irradiated silicon. The average crystallite size, obtained by analyzing Raman spectrum with the phonon confinement model, was very large in the virgin silicon but decreased to<100 nm dimension in the ion irradiated silicon. The results of the X-ray reflectivity, AFM and optical reflectivity of 200–700 nm radiation indicate that the roughness of the silicon surface has enhanced substantially after ion irradiation. The diffusion of oxygen in silicon surface during ion irradiation is evident from the oscillation in the X-ray reflectivity spectrum and the sharp decrease in the reflectivity of 200–400 nm radiation. The rise in temperature, estimated from the heat spike model, was high enough to melt the local silicon surface. The results of XRD indicate that lattice defects have been induced and a new plane <2 1 1> has been formed in the silicon <1 0 0>after ion irradiation. The results of the present study show that the energy deposited in crystalline silicon through the process of electronic energy loss ～0.944 keV/nm per ion is sufficient to induce disorders of appreciable magnitude in the silicon surface even at a fluence of ～10¹³ ions/cm².     

Influence of the humidity conditions on the reflectivity spectrum of a porous silicon microcavity

We have designed and fabricated a porous silicon (PS) microcavity that shows a reflectivity resonance around 3 μm in between two spectral regions with high reflectivity values. The microcavity has been simulated following the photonic crystals formalism, which results in good agreement with the measured spectrum. The reflectivity spectrum of the microcavity has been analyzed under different humidity conditions. We demonstrate that the reflectivity resonance shifts to higher wavelengths and that the reflectivity decreases when the humidity increases. In addition, the reflectivity spectrum of the as-prepared device is recovered when the humidity returns to the initial laboratory conditions. Finally, the effect on the reflectivity spectrum of a condensed water layer at the surface of the microcavity is also analyzed.     

Wafer thickness optimization for silicon solar cells of heterogeneous material quality

In this Letter, we introduce a method of calculating the optimal wafer thickness for silicon solar cells with multicrystalline bulk material. The optimal thickness depends on the relation of bulk recombination to surface recombination and the light trapping. For multicrystalline silicon bulk recombination strongly varies laterally and with injection level, which complicates the calculations. A thickness optimization using the “Efficiency Limiting Bulk Recombination Analysis” (ELBA) takes all these effects correctly into account. (© 2013 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

带多孔硅表面缺陷腔的半无限光子晶体Tamm态及其折射率传感机理

结合表面缺陷半无限光子晶体Tamm态与多孔硅光学传感机理,在光子晶体表面缺陷腔中引入多孔硅,并利用其高效的承载机制,提出基于多孔硅表面缺陷光子晶体Tamm态的折射率传感结构.在半无限光子晶体中缺陷腔与原来的周期性分层介质结构的界面上存在Tamm态,通过入射角度调制使其在缺陷腔中实现多次全反射,并在缺陷腔中加入吸收介质,使谐振波长在缺陷腔中完成衰荡,从而在反射谱中得到缺陷峰;调整光子晶体参数,使缺陷峰的半高全宽得到优化,提高其品质因数(Q值);在此基础上,根据Goos-H?nchen相位移与谐振波长的关系,建立由待测样本折射率改变所导致的多孔硅表面吸附层有效折射率变化与缺陷峰值波长漂移之间的关系模型,并分析其折射率传感特性.结果表明,此生物传感结构Q值为1429,灵敏度为546.67 nm/RIU,证明了该传感结构的有效性,可为高Q值和高灵敏度折射率传感器的设计提供一定的理论参考.