实现界面钝化的单晶硅/非晶硅纳米线异质结太阳电池研究

纳米线径向结太阳电池可实现更高效光子吸收和少子收集，但界面缺陷引起的光生载流子复合导致了严重的效率损耗，因此，界面缺陷控制是提高纳米线太阳电池性能的极重要课题。本项目结合纳米线、单晶硅与非晶硅的优势，构建单晶硅/非晶硅核壳结构纳米线径向异质结,并将径向异质结纳米线阵列应用于太阳电池中。采用化学方法、等离子体处理、本征非晶硅包覆及可控的热退火等手段对单晶硅纳米线表面进行钝化，建立和发展纳米线表面缺陷控制的新方法，研究和揭示表面/界面钝化的机理和物理本质，实现对纳米线界面缺陷的有效钝化，以增加少子寿命和收集效率，减少复合损失。并研究核壳结构纳米线异质结太阳电池中少子的复合、输运与收集过程与机制，提出合理的技术路线，为实现硅纳米线径向结太阳电池的高性能提供科学基础和技术解决方案。本项目涉及的纳米线表面缺陷钝化的研究对其它基于纳米线结构的器件也有着重要的理论与应用价值。

表面/界面缺陷的钝化是提高纳米线径向结太阳电池性能的重要途径。本项目以实现硅纳米线表面缺陷的钝化为目标，通过优化硅纳米线阵列结构，并采用化学气相沉积非晶硅层对纳米线进行包覆，研究非晶硅对硅纳米线表面缺陷的钝化效应与作用机制，并构建非晶硅/单晶硅纳米线径向结太阳电池。发现：（1）在金属辅助化学刻蚀制备硅纳米线阵列的过程中，刻蚀液中H2O2浓度是控制硅纳米结构的重要参数，随着H2O2浓度的增加，Si纳米线阵列的面密度与直径明显降低，而过高的浓度会导致无序多孔结构的产生，这是横向刻蚀与纵向刻蚀相互竞争的结果；（2）以多孔氧化铝为模板可以实现对阵列结构的有效控制，并得到大面积有序的硅纳米线阵列，刻蚀液对硅的刻蚀速率随着金膜厚度的增加而增加，这是由于厚的金膜可以减小Au/Si肖特基势垒的高度，促进空穴向硅注入，从而导致硅被更快地氧化和刻蚀；（3）采用超临界干燥可以解决高长径比硅纳米线干燥过程中由于液体表面张力作用引起的集束现象，获得分离良好的阵列。分离的阵列结构有利于非晶硅层对纳米线共面地包覆，从而具有更佳的钝化效果，并具有更优异的减反性能，在200nm–600nm范围内反射率小于1%；（4）非晶硅中的Si-H键合结构在H2等离子体处理下会发生改变，导致微结构因子相应变化，并产生SiHn复合体，这是由非晶硅中微孔结构演化导致的应力积累引起的。本项目已在国内外SCI刊物上发表学术论文9篇。