高效柔性单晶硅薄膜太阳能电池的纳米制造

单晶硅薄膜太阳能电池由于其相对较低的材料成本且能够保持传统硅太阳能板的高性能等特点，在未来的新能源开发中将发挥重要的作用。并且薄膜太阳能电池的超薄形态有益于其力学柔性，可以提高太阳能电池的便携性、可靠性和多功能性等。近年来，单晶硅薄膜太阳能电池的开发在微纳加工手段、光吸收效率等方面依然具有挑战性。为了开拓其应用前景，我们在本项目中提出了通过批量化、低成本的微纳加工技术裁剪传统单晶硅晶片及转印制得的超薄单晶硅微纳结构来制造柔性单晶硅薄膜太阳能电池的构想和实施方案。在此基础上，我们将采用新的纳米制造技术制得具有高度一致性的金属纳米结构，利用其表面等离子体特性改善器件的光吸收效率并提高其整体转换效率。在本项目中，跨尺度的微纳制造以及微纳结构与器件的性能性能演变规律将为两个研究重点。本项目的成功实施，不仅能在理论和试验上产生原始创新的新成果，而且能得到拥有自主知识产权的新型太阳能电池。

单晶硅薄膜太阳能电池由于其相对较低的材料成本且能够保持传统硅太阳能板的高性能等特点，在未来的新能源开发中将发挥重要的作用。薄膜太阳能电池的形态且可以实现其力学柔性，从而提高太阳能电池的便携性、可靠性和多功能性等。近年来，单晶硅薄膜太阳能电池的开发在微纳加工手段、光吸收效率等方面依然具有挑战性。本项目针对该挑战，在研究单晶硅的超薄微纳结构的加工制造与转印过程、金属纳米结构对于单晶硅薄膜太阳能电池的光吸收增强作用、单晶硅薄膜太阳能电池中各种基元的组装、力学设计与加工等三个方面开展了系统工作。经过三年的执行，本项目组已经在硅太阳能电池加工及表面等离激元增强太阳能电池性能方面取得了阶段性进展，并产生了许多未预期的新成果，辐射到其他一些领域（如光催化）。特别的是，项目组通过传统半导体加工工艺和湿化学法相结合，实现了单晶硅超薄微纳结构的加工与转印，发展了金属纳米结构的制造方法，初步了解了其表面等离激元特性对于硅太阳能电池的效应，初步完成了单晶硅薄膜太阳能电池中各种基元的组装。部分结果已在Angew. Chem. Int. Ed.（3篇）、J. Am. Chem. Soc.（1篇）、Chem. Soc. Rev.（1篇）、Nanoscale（1篇）、Small（1篇）和Nano Res.（1篇）等国际重要期刊上发表通讯作者论文10篇，3篇论文刊登在期刊内外封面封底上。正在培养博士生3名、硕士生3名和博士后1名，已毕业博士生2名（1名获中国科学院院长特别奖）。