一種具有減反射特性的亞波長硅納米線陣列的制備方法技術

本發明專利技術屬于納米技術領域，特別涉及一種具有減反射特性的亞波長硅納米線陣列的制備方法。本發明專利技術采用n型（100）硅片，利用高真空磁控濺射技術在其表面沉積具有網狀結構的銀膜，然后采用濕法刻蝕技術，在硅表面獲得具有減反射特性的亞波長錐形硅納米線陣列，經測試，其反射率低于1%。本發明專利技術首次利用銀膜催化刻蝕硅技術，具有無掩模與常溫常壓的工藝特征，操作簡單，重復性與可控性好，為制備具有亞波長尺度的超減反硅表面納米結構提供了新思路，為設計和構建新型高效硅太陽能電池提供了材料基礎。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于納米
，特別涉及。
技術介紹
表面減反射技術通過降低入射光在硅表面的反射損失，提高硅太陽能電池對入射光能量的有效利用，是實現硅太陽能電池增效的重要途徑。在當前的硅太陽能電池中，常見的硅表面減反射技術包括沉積單層或多層減反射薄膜(例如Si0x，SiNx)和制絨隨機金字塔結構。熱穩定性較弱的多層減反膜和反射率較高的金字塔硅結構(15%)，阻礙了硅太陽能電池效率的進一步提升。硅納米線陣列可以增大入射光的陷光路徑長度，在寬光譜廣角度范圍內實現優異的減反射特性。增大硅納米線的長度可以有效減低其反射率。例如，長度為10 μ m的硅納米線陣列在300 ηπΓ ΟΟΟ nm波長范圍內的平均反射率低于5%。但是，由于硅納米線表面存在大量缺陷，容易形成載流子的復合中心，導致硅納米線太陽能電池的效率并未獲得顯著提升。基于此，在硅納米線陣列的減反射結構設計中，需要結合降低硅表面反射率和減少在納米線表面的載流子復合來考慮。因此，具有減反 射特性的亞波長硅納米線陣列在硅太陽能電池增效中顯現出巨大的潛力。目前，結合掩模材料(例如，聚苯乙烯球，二氧化硅球以及金屬納米球)的干/濕法刻蝕工藝是亞波長硅表面減反射結構的傳統制備方法。而掩模材料的使用以及掩模圖案的預處理需要復雜的工藝步驟和昂貴的儀器，限制其市場應用。
技術實現思路
針對現有技術不足，本專利技術提供了。，采用磁控濺射技術在單晶硅表面沉積具有網狀結構的銀膜，然后利用濕法刻蝕技術獲得具有減反射特性的亞波長硅納米線陣列，具體步驟如下a.硅片預處理依次利用丙酮、乙醇以及去離子水將硅片超聲清洗干凈，去除硅表面油污污染物，然后利用氫氟酸去除表面氧化層，再用去離子水沖洗干凈，最后真空干燥得到清潔的硅表面；b.制備銀膜催化劑利用高真空磁控濺射技術，在經過預處理硅片表面沉積網狀銀膜，該銀膜為直接用于刻蝕單晶硅表面的催化劑；c.制備硅納米線陣列配制由氫氟酸和雙氧水組成的刻蝕液，其中氫氟酸濃度為3 mol/L^5 11101/1，雙氧水濃度為0.02 mo I/L^ I mol/L ;然后將沉積過銀膜的硅片浸潰于刻蝕液中進行刻蝕，得到硅納米線陣列；d.去除硅納米線陣列中殘余銀用硝酸浸泡步驟c得到的硅納米線陣列，去除殘留在硅納米線陣列中的銀；e.去除硅納米線表面氧化層用氫氟酸浸泡經步驟d處理的硅納米線陣列，去除硅納米線陣列表面的氧化層，然后用去離子水沖洗干凈并真空干燥，即得到具有減反射特性的亞波長硅納米線陣列。所述硅片為(100)取向的η型單晶硅片，其電阻率為3.5 Ω _CnT5 Ω-Cm0所述去離子水電阻率不小于16 Ω-cm。所述步驟a中氫氟酸的質量分數為5%,浸泡時間為5 min。所述步驟b中派射電流為8 mA 12mA,派射時間為40 s^70 S。所述步驟c中刻蝕時間不超過10 min。所述步驟d中硝酸的質量分數為65%,浸泡時間為5 min^lO min。所述步驟e中氫氟酸的濃度為7. 3 mol/L,浸泡時間為25 min^30 min。本專利技術的有益效果為采用本專利技術的方法可以獲得具有減反射特性的亞波長錐形硅納米線陣列。本專利技術結合濺射沉積技術與濕法刻蝕工藝，在硅表面制備具有亞波長尺度的錐形硅納米線結構，獲得具有超低反射率(小于1%)的硅表面，可直接應用于設計與構建新型高效硅太陽能電池。而且，本專利技術具有無掩膜制備錐形硅納米線陣列的技術特征，且采用常溫常壓的工藝條件，工藝簡單，為低成本制備硅太陽能電池提供了有效途徑。附圖說明 圖1為具有減反射特性的亞波長錐形硅納米線陣列的正視圖電鏡照片；圖2為具有減反射特性的亞波長錐形硅納米線陣列的側視圖電鏡照片；圖3為拋光硅片和長度為980 nm的錐形硅納米線陣列的反射率對比曲線。具體實施例方式本專利技術提供了，下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術進行進一步說明。實施例1a.采用電阻率為3 Ω-cm 5 Ω-cm的η型(100)單晶片，在丙酮中超聲清洗10min ;然后在無水乙醇中超聲清洗10 min ;然后采用去離子水反復沖洗干凈，之后在質量分數為5%的氫氟酸溶液中浸泡5 min ;再用去離子水反復沖洗干凈，真空干燥；b.利用高真空磁控濺射技術，在經過預處理的硅片表面沉積具有網狀結構的銀膜。濺射工藝參數為10 mA濺射電流，60 S濺射時間；c.將沉積過銀膜的硅片浸潰于刻蝕液中，刻蝕液中氫氟酸的濃度為4. 6 mol/L,雙氧水的濃度為O. 5 mol/L。硅納米線陣列長可通過反應時間進行調控。以反應2 min為例，在常溫下可獲得長度約980 nm的錐形硅納米線；d.用濃度為65 wt%的硝酸浸泡10 min，徹底去除殘留在硅納米線陣列中的銀；e.用濃度為7. 3 mol/L氫氟酸浸泡20 min，去除硅納米線表面的氧化層，然后用去離子水沖洗干凈并真空干燥，其形貌如圖1和圖2所示。圖3為拋光硅片和長度為980 nm的錐形硅納米線陣列的反射率對比曲線。本專利技術采用η型(100)單晶硅片，利用丙酮、無水乙醇和氫氟酸預處理得到清潔的硅片表面。利用高真空磁控濺射，在預處理后的硅片表面沉積具有網狀結構的銀膜。放入由氫氟酸和雙氧水配比而成的刻蝕溶液，反應一段時間后，取出硅片，分別用濃硝酸和氫氟酸浸泡，最后用去離子水沖洗，觀察到硅片表面發黑，獲得具有減反射特性的亞波長錐形硅納米線陣列。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有減反射特性的亞波長硅納米線陣列的制備方法，其特征在于，采用磁控濺射技術在單晶硅表面沉積具有網狀結構的銀膜，然后利用濕法刻蝕技術獲得具有減反射特性的亞波長硅納米線陣列，具體步驟如下：a.硅片預處理：依次利用丙酮、乙醇以及去離子水將硅片超聲清洗干凈，去除硅表面油污污染物，然后利用氫氟酸去除表面氧化層，再用去離子水沖洗干凈，最后真空干燥得到清潔的硅表面；?b.制備銀膜催化劑：利用高真空磁控濺射技術，在經過預處理硅片表面沉積網狀銀膜，該銀膜為直接用于刻蝕單晶硅表面的催化劑；c.制備硅納米線陣列：配制由氫氟酸和雙氧水組成的刻蝕液，其中氫氟酸濃度為3?mol/L~5?mol/L，雙氧水濃度為0.02?mol/L~1?mol/L；然后將沉積過銀膜的硅片浸漬于刻蝕液中進行刻蝕，得到硅納米線陣列；d.去除硅納米線陣列中殘余銀：用硝酸浸泡步驟c得到的硅納米線陣列，去除殘留在硅納米線陣列中的銀；e.去除硅納米線表面氧化層：用氫氟酸浸泡經步驟d處理的硅納米線陣列，去除硅納米線陣列表面的氧化層，然后用去離子水沖洗干凈并真空干燥，即得到具有減反射特性的亞波長硅納米線陣列。

【技術特征摘要】
1.一種具有減反射特性的亞波長硅納米線陣列的制備方法，其特征在于，采用磁控濺射技術在單晶硅表面沉積具有網狀結構的銀膜，然后利用濕法刻蝕技術獲得具有減反射特性的亞波長硅納米線陣列，具體步驟如下 a.硅片預處理依次利用丙酮、乙醇以及去離子水將硅片超聲清洗干凈，去除硅表面油污污染物，然后利用氫氟酸去除表面氧化層，再用去離子水沖洗干凈，最后真空干燥得到清潔的硅表面； b.制備銀膜催化劑利用高真空磁控濺射技術，在經過預處理硅片表面沉積網狀銀膜，該銀膜為直接用于刻蝕單晶硅表面的催化劑； c.制備硅納米線陣列配制由氫氟酸和雙氧水組成的刻蝕液，其中氫氟酸濃度為3mol/L^5 mol/L，雙氧水濃度為0.02 mo I/L^ I mol/L ;然后將沉積過銀膜的硅片浸潰于刻蝕液中進行刻蝕，得到硅納米線陣列； d.去除硅納米線陣列中殘余銀用硝酸浸泡步驟c得到的硅納米線陣列，去除殘留在硅納米線陣列中的銀； e.去除硅納米線表面氧化層用氫氟酸浸泡經步驟...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李美成，黃睿，白帆，谷田生，姜冰，宋丹丹，李英峰，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：