银纳米粒子催化刻蚀硅太阳能电池微纳复合结构研究

The micro/nanostructure on the Si substrate play a important role in the increase of efficiency of the solar cells. Therefore, the design and controllable preparation of the micro-nano structure are important research direction in efficiency improvement of solar cells. In this project, the new micro/nano composite structure on the Si substrate with low reflectivity and good photovoltaic properties will be designed by theory computation and prepared controllably by a simple and low cost method. One the one hand,the mophorlogy controling systhesis of silver nanaoparticles will be realized by a simple silver mirror reaction without the introduction of stable agents and control-shaped seeds. On the other hand, the micro/nano composite strctures will be designed by theory computation and controllably prepared by metal-assisted catalytic etching process. Meanwhile, the correlation between microstructure and antireflection and photovoltaic properties will be revealed. By microstucture characterization, properties testing and simulation computation, the scientific problems including the growth mechanism of Ag nanoparticles, etching mechanism and mechanism of increasing efficengy of the new micro/nano composite strctures will be resolved. The final micro/nano composite structures could be used to prepare the solor cells with high efficiency and will promote the devolopment of energy conservation and low-carbon in our country.

硅表面微纳结构对硅太阳能电池整体效率具有重要影响，因此，微纳结构的优化设计和可控制备是提高太阳能电池效率的重点研究方向。本项目拟在硅衬底上设计以多孔硅为主体，具有低反射和优异光伏特性的新型微纳复合结构，并采用一种简单的、低成本的方法实现其可控制备。本项目创造性的采用了不添加任何稳定剂和控制形状的晶种的银镜反应，在硅表面制备尺寸、形状、均匀性可控的银纳米粒子；设计具有高陷光性的新型微纳复合结构，将获得的银纳米粒子用于催化刻蚀工艺，实现新型微纳复合结构的可控制备，并揭示其微观结构和光伏特性的相关性。将形貌表征、性能测试与理论计算相结合，解决在新型微纳复合结构制备过程中存在的科学问题：包括银纳米粒子在硅表面的生长机理，硅表面新型微纳复合结构的催化刻蚀机理和增效机制。具有良好减反射效果和优异光伏特性的新型微纳复合结构可直接用于高效太阳能电池器件，为我国的节能低碳产业发展做出贡献。

硅表面微纳结构对硅太阳能电池整体效率具有重要影响，因此，微纳结构的优化设计和可控制备是提高太阳能电池效率的重点研究方向。本项目采用了不添加任何稳定剂和控制形状的晶种的银镜反应，通过调整反应温度和反应物浓度来控制银粒子形状、大小和密度，实现了简单低成本的银纳米粒子在硅表面上的可控制备，并揭示了银粒子的形核生长机理。同时发现了一种低成本、操作简单的垂直沉积法，在非溶液中的硅表面上制备了超细纳米银粒子，可以用于制备超细硅孔结构以及硅微纳复合结构，这种结构可降低在近红外光谱区间的反射率，相当于拓宽了硅纳米结构的光谱吸收，对于提高太阳电池性能具有有益作用。. 本项目通过调整银纳米粒子形貌实现了各种硅微纳结构的可控制备，并揭示了相关的刻蚀机理，研究发现银纳米粒子催化剂的形貌是控制孔型结构的重要因素，内在原因是银粒子的催化活性、可运动性以及硅银界面反应的剧烈程度。本项目开展了硅表面微纳结构减反射设计的理论计算方面的研究，以规则排列的硅纳米线为例，模拟计算了纳米线的直径、密度以及长度与有效反射率面积的关系，获得了具有最佳减反射性能的硅纳米线阵列特征尺寸。. 本项目通过研究揭示了硅微纳结构与减反射之间的关系，与理论计算相结合可通过控制硅微纳结构的制备实现减反射性能的可控性，最终制备较短的硅纳米线阵列兼具良好减反射性能与较大少子寿命的优势，可用作制备高效硅基太阳电池的减反射层，为实现低成本高效率的硅纳米结构太阳能电池器件奠定基础。