廉价衬底上硅线阵列的构筑及其太阳能电池器件化研究

晶硅电池的高成本及晶硅材料制造过程中的巨大能耗和严重的环境污染，成为太阳能电池大规模广泛应用的主要瓶颈。因此高效率、低成本、环境友好的太阳能电池是当前研发的核心目标。为此，本项目拟用廉价材料代替单晶硅片作为衬底，采用化学气相沉积方法在廉价衬底上生长垂直单晶硅线阵列；通过高温扩散法形成高质量的硅线单晶同轴径向p-n结；利用电子束蒸发法并结合离子束刻蚀制作欧姆接触的新型环形电极；系统研究并明确硅线p-n结结构、p-n结质量、电极结构以及电极与硅线的接触电阻特性等因素在提高新型硅线电池转换效率中的作用及内在机理。在本研究中，廉价材料代替硅片作为电池衬底有效降低电池成本，同时大幅降低能耗和减轻环境污染；新型硅线p-n结结构及电极结构的设计确保电池的高效率。故该研究完全锲合当前太阳能电池研究的高效率、低成本、环境友好的核心目标，具有非常重要的科学意义和应用价值。

本项目主要采用化学气相沉积方法在透明导电玻璃或硅衬底上生长硅纳米线，系统研究了其生长动力学，同时采用金属辅助化学腐蚀方法制备硅线阵列；研究了硅线阵列的光电性能，尤其是光学性能，并在此基础上制作太阳能电池原型器件，分析测试器件性能。具体研究内容如下：利用化学气相沉积法或金属辅助化学腐蚀法制备硅纳米线阵列；研究了化学气相沉积法生长硅线的动力学过程并调控硅纳米线的生长；测量了硅线的电输运特性，探究了金属催化剂在硅线生长过程中的扩散行为对硅线性能的影响；系统研究了硅线阵列的光学特性；实现了硅线的可控掺杂并获得pn结结构；制作并测试分析基于硅线阵列的太阳能原型器件等等。