碱液修饰对硅纳米线阵列电池光谱响应的影响

采用金属催化化学腐蚀法在p型(100)硅基底上制备了硅纳米阵列,然后用碱溶液对纳米线阵列进行修饰。分别研究了碱液修饰对硅纳米线阵列形貌、光电性质的影响。研究表明: 与绒面及纳米线阵列相比,碱修饰30 s硅纳米线阵列的表面分散均匀,反射率降低;光谱响应度显著提高,并且出现最大量子效率对应波长红移现象。最后,详细讨论了碱液修饰硅纳米线阵列电池对光谱响应的影响机制。     

硅纳米线阵列的光学特性

在常温常压条件下,采用改进的金属催化化学腐蚀方法在n型单晶硅片(100)上制备了大面积垂直于硅衬底、直径均匀、排列整齐的硅纳米线阵列。分析了样品的表面形貌和反射谱,纳米线直径为10~50 nm。在腐蚀时间分别为15,30,60 m in时,纳米线长度分别为9,17,34μm。样品的减反射性能优异,在300~1 000nm波段,得到了2.4%的反射率。初步分析了纳米线阵列的减反射机制和不同腐蚀时间样品的反射率差异。     

碱溶液修饰硅纳米线阵列绒面

提出用碱溶液修饰硅纳米线阵列制作太阳能绒面的方法。实验中首先采用金属催化化学腐蚀法在Si(100)基底上制备了定向排列的硅纳米线阵列,然后将纳米线阵列浸入碱溶液中进行修饰,修饰时间分别为10,30,50,60,90s。通过扫描电子显微镜(SEM)对硅纳米线阵列进行形貌分析,采用太阳能测试系统附带的积分球测量纳米线阵列绒面结构的反射光谱。通过测量和分析发现硅纳线阵列在碱溶液中修饰30s时表面分布均匀,在400～1000nm波段的综合反射率低于4%。结果表明碱溶液修饰纳米线阵列的方法能够有效分散束状硅纳米线阵列,明显降低绒面的反射率,并且初步分析了碱溶液修饰硅纳米线阵列的分散机理。     

Properties of Black Silicon Layers Fabricated by Different Techniques for Solar Cell Applications

Black silicon (BS) layers coated with passivation films are widely used as antireflective frontal surfaces for solar cells. The most common BS fabrication techniques are reactive ion etching (RIE), metal-assisted chemical etching, and laser-induced processing. Herein, the structural and optical properties, as well as the minority carrier lifetime, of BS are compared with and without atomic layer deposited HfO₂ passivation films produced by the above formation methods. The antireflection behavior of the samples is discussed based on the light trapping effect and the change in the BS refractive index from air to the bulk of crystalline Si. Finally, test solar cells are manufactured, and their photovoltaic parameters are studied. The comparison results show that RIE is the most preferred in all technical respects. The features of using different BS fabrication techniques from the solar cell manufacturing point of view are analyzed.     

多晶硅太阳电池激光掺杂选择性发射极

研究了多晶硅片扩散工艺与激光掺杂工艺的匹配性.采用波长532nm的纳秒脉冲激光器对扩散后未去磷硅玻璃的多晶硅片表面进行激光扫描掺杂,激光扫描掺杂后硅片方块电阻降低为扩散后硅片方阻的50%左右,而且随着激光功率的增加,扩散到硅片表面的磷原子浓度增大,硅片方阻下降更明显.测试了激光掺杂后多晶硅太阳能电池的外量子效率,其外量子效率在340~480nm波段范围与常规多晶硅太阳能电池相比提高18%~5%.研究了激光掺杂后多晶硅电池的光电转换特性,分析了较高激光功率掺杂时多晶硅电池的失效特性,结果表明:优化工艺后多晶硅太阳电池平均光电转换效率达到17.11%,比普通工艺多晶硅太阳电池提高0.34%,最高转换效率达到17.47%.激光掺杂选择性发射极工艺流程简单,电池效率提升明显,易于实现产业化.     

《硅光电池特性》实验教学探索和实践

为了更好地培养全校本科生的创新思维和动手实践能力,探索了适合九零后学生的教学方法。针对实验中存在的一些问题,引导学生积极思考,找到一些快速完成实验并且大大降低仪器损耗率的实验技巧,实现学生、教师、学校三方共赢的目标。     

余弦光栅硅薄膜太阳能电池光吸收分析

设计了一维双层余弦共形光栅结构的单晶硅薄膜太阳能电池.利用时域有限差分法模拟计算了双层余弦共形光栅结构和对照组结构的吸收光谱;利用归一化光吸收密度的概念,定量分析了300~700nm和700~1 100nm两个波段的光吸收效率.结果表明双层共形光栅结构具有更好的全波段吸收效率,且在长波段余弦光栅比矩形光栅具有更好的光捕获和吸收作用.利用光吸收增强谱和电磁场强度分布图,分析了余弦光栅在长波段的吸收增强机理.通过计算短路电流密度,发现双层余弦共形光栅结构比平板结构太阳能电池的短路电流密度提高了79.5%,余弦光栅结构比矩形光栅结构的短路电流密度提高了8.5%.     

海胆状ZnO纳米线阵列的制备及其光学性能

采用一种低成本的有效方法制备出了有序排列的海胆状ZnO纳米线阵列。首先利用自组装的方法得到了单层的聚苯乙烯(PS)小球,以其为模板用水热法在小球表面生长ZnO纳米线,得到了由PS小球和ZnO纳米线构成的海胆状结构。纳米线的直径均一,长度可通过水热反应时间进行控制。利用这种方法制备的一维ZnO纳米结构在传感器、太阳能电池及光催化领域有潜在的应用价值。     

Absorption Enhancement of Silicon Solar Cell in a Positive-Intrinsic-Negative Junction

Absorption coefficient is a physical parameter to describe electromagnetic energy absorption of materials, which is closely related to solar cells and photodetectors. We grow a series of positive-intrinsic-negative(PIN) structures on silicon wafer by a gas source molecule beam epitaxy system and the investigate the absorption coefficient through the photovoltaic processes in detail. It is found that the absorption coefficient is enhanced by one order and can be tuned greatly through the thickness of the intrinsic layer in the PIN structure, which is also demonstrated by the 730-nm-wavelength laser irradiation. These results cannot be explained by the traditional absorption theory.We speculate that there could be some uncovered mechanism in this system, which will inspire us to understand the absorption process further.     

激光精密刻蚀技术在硅太阳电池制备工艺中的应用

依据光学谐振腔的图解分析与设计方法,对以Nd:YAG固体激光器作光源的激光切割机进行了设计改进,实现了高亮度激光输出.并利用该设备对硅太阳电池进行了激光精密切割试验,使埋栅太阳电池电极槽达到了平均宽度为150±5 μm,槽深100±10 μm的设计指标.在发射结卷包太阳电池所用的硅衬底片上进行激光精密穿孔,目前最小孔径为20 μm.通过应用激光精密刻蚀技术,现将埋栅太阳电池光电转换效率提高到了21%,接近该领域的世界先进水平.     

UV-vis Absorption and PL Properties of Self-Assembled Silicon Nanotubes

Silicon nanotubes （SiNTs） are novel one-dimensional nanomaterials, which have potential applications in nano- photoelectric devices, sensors and field-emission devices. The self-assembled silicon nanotubes have clear structures without metal catalysts. The structures are confirmed by TEM and HRTEM, and the UV-vis absorption spectra with an absorption peak near 685nm and PL spectra with widened strong emission near 436nm are measured by UV-vis spectrometer and spectroftuorophotometer.     

Synthesis and Mössbauer Study of Maghemite Nanowire Arrays

An analytical formula for the distance dependence of the electric field gradient produced by a Gaussian charge density distribution n(r) is derived. This charge density is displaced by z ₀ along the z-axis. The system has cylindrical symmetry; hence it suffices to calculate V _zz(0). It turns out that V _zz(0) is always smaller than the value with the total charge shrunk into a point. For distances larger than about four times the Gaussian width σ the expression approaches the point charge value. For z₀ → 0, i.e. a spherically symmetric charge distribution around the origin, V _zz(0) vanishes quadratically, as required by symmetry. A slab-wise calculation in cylindrical coordinates is presented which shows the contribution to V _zz(0) for infinitesimally thin slabs as a function of distance from the origin. This analytical formula allows for a fast computation of electric field gradients from a given charge density distribution for Gaussian expansions of Slater-type orbitals. An example for a hydrogen atom will be given.     

树形结构Si/ZnO纳米线阵列的制备及光学性能

用一种低成本的方法制备出了树形结构Si/ZnO纳米线阵列。首先在室温条件下用金属辅助化学腐蚀法在Si(100)衬底上制备了Si纳米线阵列,Si纳米线的直径尺寸及分布都很均匀,通过改变腐蚀时间,能够得到高度不同的Si纳米线阵列。利用磁控溅射在Si纳米线表面制备一层ZnO薄膜,然后利用水热法在Si纳米线阵列上生长了ZnO纳米线。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和光致发光(PL)测试对样品进行了表征。通过这种方法制备的Si/ZnO复合结构在太阳能电池、光催化等领域有潜在应用价值。     

GaAs纳米线阵列太阳能电池的设计与优化

为了得到纳米线阵列太阳能电池的最优转换效率,通过仿真计算对GaAs轴向pin结纳米线阵列进行了结构优化.首先利用三维有限时域差分法分析了GaAs纳米线阵列的光吸收特性,并对其直径、密度等结构参量进行优化,优化后的GaAs纳米线阵列的光吸收率可达87.4%.在此基础上,利用Sentaurus软件包中的电学仿真模块分析了电池的电学性能,并根据光生载流子在纳米线中的分布,对轴向pin结结构进行优化,最终优化过的太阳能电池功率转换效率可达到17.6%.分析结果表明,通过钝化处理以降低GaAs纳米线的表面复合速率,可显著提升电池的功率转换效率,而通过减小纳米线顶端高掺杂区域的体积,可减少载流子复合损耗,从而提高电池效率.该研究可为制作高性能的纳米线太阳能电池提供参考.     

晶硅太阳电池原位光老化及热致输运机理

为研究晶体硅太阳电池在标准模拟光条件下的输出特性变化规律和电池内部载流子输运特性,采用原位光老化技术对被测电池进行光照处理,按标准测试实验流程测量电池的伏安特性及光谱响应等参量,发现原位光老化后太阳电池伏安特性各项参量衰减,导致电池效率降低;短波段光谱响应微量下降,是由于原位光老化过程中电池表面产生极微量的面缺陷导致经过硅表面的微量载流子被复合;而长波段响应明显降低,是由于晶硅内大量体缺陷被激活导致长波载流子在经过硅材料内部时被复合.随后将光老化后电池退火并测量比对电池各项特性参量,结果表明,退火对光老化后电池内部深层体缺陷具有较好的修复功能,但对浅层面缺陷没有修复功能,最终造成电池伏安特性参量和光谱响应只得到部分恢复.     

晶体硅太阳电池数值模拟软件及其应用

提出一种在Matlab/GUI环境下设计的晶体硅太阳电池数值模拟软件,通过光生少数载流子连续性方程建立了单晶硅N⁺/P/P⁺结构太阳电池的物理模型。通过引进有效迁移率和有效少子扩散长度概念,并考虑多晶硅中晶界复合后,实现了对单晶硅、柱状多晶硅太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转化效率、串并联电阻等电池性能的参数指标的数值模拟。程序模拟结果通过数值和图形两种方式输出,模拟结果与实验结果接近,能够为晶体硅太阳电池的设计与制备起到较好的指导作用。本程序对于以N型材料为衬底的晶体硅太阳电池同样适用。     

化学镀制备镍纳米线/管阵列铂钯催化剂载体

以阳极氧化铝作为模板,用化学镀的方法制备了可以用作铂钯复合催化剂载体的镍纳米线和纳米管阵列,利用置换反应将铂钯复合催化剂沉积在镍纳米阵列材料上．SEM图片表明镍纳米线的平均直径 为100 nm,镍纳米管的平均内径为20 nm． EDS扫描的结果表明铂钯元素均匀地分布在阵列材料上．循环伏安研究发现载有铂钯催化剂的镍纳米管阵列对乙醇氧化的电催化活性明显高于载有铂钯催化剂的镍纳米线阵列．