纳米结构Si太阳能电池试题.pptx

纳米结构的Si太阳能电池 本文内容 纳米结构Si太阳能电池简介 反应离子刻蚀（RIE） 金属辅助催化刻蚀（MACE） 文献阅读  一、纳米结构Si太阳能电池简介1.纳米结构太阳能电池研究 传统的Si太阳能电池相关的研究已经非常成熟 光电转换效率较低,制造成本较高,竞争力依然不如传统化石能源 为了提高太阳能电池的转换效率并且降低太阳能电池的制造成本,科研人员把注意力集中在纳米结构的太阳能电池上 将传统的三维体材料电池,变成二维的纳米结构太阳能电池,甚至是一维的量子点结构太阳能电池 一、纳米结构Si太阳能电池简介2.纳米结构太阳能电池的优点 有效的减少表面反射 纳米线对入射光的偏振方向,入射角度,入射波长也不敏感,导致纳来线对入射光有很强的捕获能力 对Si的质量要求不高，材料用料少，降低材料成本 加工工艺成本低 更具有成本竞争力 SiNWs中的光路 一、纳米结构Si太阳能电池简介3.纳米结构太阳能电池的缺点 能量转换效率低于相应的体材料电池 影响能量转换效率的关键因素是：俄歇复合和表面复合 表面区域面积较大，表面复合较为严重 掺杂浓度较高时，俄歇复合严重 一、纳米结构Si太阳能电池简介3.纳米结构太阳能电池的缺点 俄歇复合：Auger复合是电子与空穴直接复合、而同时将能量交给另一个自由载流子的过程。Auger复合牵涉到3个粒子的相互作用问题。对于N型半导体，少数载流子（空穴）的Auger复合寿命与多数载流子（电子）浓度的平方成反比，即τA ∝ 1/ n2。在重掺杂时，电子浓度n很大，则τA的数值很小，即俄歇复合将使得少数载流子的寿命大大降低。 一、纳米结构Si太阳能电池简介3.纳米结构太阳能电池的缺点 表面复合（Surface recombination）： 表面复合就是半导体少数载流子在表面消失的现象。由于半导体表面是晶格的终止面，将引入大量的缺陷，这些缺陷也就是载流子的产生-复合中心；并且由于沾污等外界因素的影响，还更增加了产生-复合中心。所以，半导体表面具有很强的复合少数载流子的作用，同时也使得半导体表面对外界的因素很敏感，这也是造成半导体器件性能受到表面影响很大的根本原因。 表面复合的强弱通常用所谓表面复合速度来表征，这就是说，表面复合就相当于载流子以一定的速度流出了表面；表面复合速度的单位是cm/s。 二、反应离子刻蚀（RIE） RIE，全称是Reactive Ion Etching 刻蚀机理 在REI过程中,既有辉光放电条件下活性气体粒子与固态Si表面的化学反应过程,也有这些能量很大的粒子轰击溅射Si表面的物理过程。 RIE 具有刻蚀速率较快、分辨率高、 各向异性刻蚀的特点。 但是由于离子轰击强度高，使用 RIE 会在刻蚀刻蚀表面引入大量的缺陷、破坏基底的晶格结构 二、反应离子刻蚀（RIE） 当反应室中通入NF3或SF6时,在辉光放电中分别发生如下反应: 生成的F原子到达Si表面时,发生下述反应: 反应离子刻蚀（RIE） 常用离子刻蚀处方表 刻蚀气体和主要刻蚀薄膜 金属辅助催化刻蚀（MACE） MACE 法源自于人们对湿法清洗硅片的研究。早在 1990s， Ohmi 等人研究硅片上超细金属颗粒在使用 HF 和 H2O2 对硅片进行湿法清洗时的作用，他们认为金属具有辅助催化刻蚀的的作用。随后，Bohn 和 Li将这种方法命名为金属辅助催化化学刻蚀（ MacEtch）。 金属辅助催化刻蚀（MACE） MACE反应机理图 可以看做贵金属和周围的Si和反应溶液构成了一个原电池， Si作阳极贵金属作阴极 金属辅助催化刻蚀（MACE）AAO为模板刻蚀的SiNW 金属辅助催化刻蚀（MACE）PS球为模板制备SiNW 金属辅助催化刻蚀（MACE）催化金属为模板制备SiNW 文献阅读1 文献阅读1样品表面形貌图 文献阅读1J-V曲线图 文献阅读2 文献阅读2样品形貌图 SOI（Silicon-On-Insulator， 绝缘衬底上的硅）技术是在 顶层硅和背衬底之间引入了 一层埋氧化层。 文献阅读2工作原理图 文献阅读2不同结构样品的光吸收图谱 文献阅读2模拟样品光吸收图谱 文献阅读2样品的中心间距对性能的影响 文献阅读2少数载流子寿命对器件性能的影响 结论 在10-μm厚的Si纳米结构上实现转换效率达到13.7% 在短波长光下的外量子效率达到80%以上 利用全背式的结构有效的减小俄歇复合 利用纳米锥结构有效的减小表面复合并增强光吸收 参考文献 ncomms_4_2950(2013)All-back-contact_ultra-thin_silicon_nanocone_solar_cells_with_13.7%_power_conversion_ef_ciency.pdf nnano.2