大面积可控亚微米硅锥阵列黑硅太阳能电池基础研究

项目名称： 大面积可控亚微米硅锥阵列黑硅太阳能电池基础研究

项目编号： No.61204069

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 信息四处

项目作者： 王艳芳

作者单位： 上海交通大学

项目金额： 28万元

中文摘要： 黑硅材料在0.25～2.5微米的几乎整个太阳光谱范围内具有90%以上的光吸收率，在太阳能电池领域具有重要应用前景。然而，在基础研究上，为实现高效的光电转换，依赖于对结构参数的优化和精确控制，而目前黑硅加工技术面临着结构不规则的瓶颈问题，导致无法对结构参数和光电转换机制的关系进行定量地实验研究；在应用研究上，则缺乏大面积、低成本的加工技术。本项目提出胶体微球二维阵列化和光电化学刻蚀相融合的图形转移技术，能加工三英寸以上大面积的高深宽比亚微米黑硅结构，对硅锥阵列结构参数的控制精度可提高到亚微米量级，从而能定量研究黑硅光电转换机制中的尺度效应，并解决其复杂结构特征中的多目标参数优化问题，有望突破Shockley-Queisser极限。基于该结构，本项目还提出研究亚微米硅锥光波导效应对光电转换的影响机制这一科学问题，对研究低维结构中光子与原子的相互作用这一基本物理问题具有重要意义。

中文关键词： 黑硅；太阳能电池；可控亚微米结构；大面积；纳尺寸光波导效应

英文摘要： Black silicon has shown great potential in solar cell applications, whose absorption rate reaches 90 % or higher over the band from 0.25 to 2.5 μm, covering almost the full solar spectrum. In terms of fundamental research, how to maximize the photoelectric conversion efficiency depends on the accurate control and rational optimization of its structural parameters. Nevertheless, yet the dependence of photoelectric mechanism on the structural parameters cannot be investigated quantitatively owning to the fact that all the processing methodologies available so far has failed to produce the required regular and controlled microstructures. For practical applications, large scale and low cost processing technologies have not been developed either. This proposal aims at overcoming the present difficulties by introducing a new pattern transferring technology, which is a combination of 2D array assembly of colloidal microspheres and photoelectrochemical etching process. Black silicon with high aspect-ratio submicron structures can be processed on 3 inch wafer-scale area. Owning to the accurate control of silicon cone array at a submicron level, the scaling effect of photoelectric conversion mechanism in black silicon materials can be investigated quantitatively and the multi-objective optimization on its structural param

英文关键词： Black silicon；Solar cell；Controlled submicron structures；Large scale；Optical waveguide in nanoscale