[发明专利]一种亚波长硅纳米线阵列的制备方法

摘要

本发明公开一种亚波长硅纳米线阵列的制备方法，属于纳米材料技术领域。本发明以廉价的商用多晶硅片为原料，借助纳米金属粒子（Ag、Pd、Au、Pt、Cu）的催化作用，运用一步或两步金属纳米颗粒辅助刻蚀法制备大规模（156×156mm2）具有单晶结构的硅纳米线阵列，经过对硅纳米线阵列的二次腐蚀可高效地获得大规模尖端较细的（亚波长结构）纳米线阵列；可通过调控金属纳米颗粒尺寸、氢氟酸浓度、腐蚀时间、碱液浓度等参数来实现不同结构硅纳米线阵列的制备；本发明中获得的大规模具有亚波长结构的硅纳米线阵列对光线表现出良好的减反射特性，这使得硅纳米线在太阳能光伏领域也展现出良好的应用前景。

主权项

一种亚波长硅纳米线阵列的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）将多晶硅片依次用丙酮、甲苯、乙醇、去离子水超声分别清洗1～20分钟，清洗干净的多晶硅片放入由H2SO4和H2O2按体积比为3:1的比例混合得到的溶液中浸泡1~60分钟，后置于浓度为0.1~40wt%的氢氟酸溶液中浸泡1~120min，取出后用去离子水冲洗干净后备用；（2）借助金属纳米粒子Ag、Pd、Au、Pt或者Cu的催化作用，采用一步或两步金属纳米颗粒辅助刻蚀法，在硅片表面进行刻蚀，形成大规模硅纳米线阵列；（3）将步骤（2）中得到的含有纳米金属粒子的大规模硅纳米线阵列置于浓度为0.1~90wt%的氧化性溶液中浸泡10~600min，用去离子水清洗后得到硅纳米线阵列；（4）在10~100℃下将步骤（3）中得到的硅纳米线阵列置于刻蚀剂中刻蚀0.01~48h，之后用大量的去离子水清洗、氮气吹干即可获得具有亚波长结构的硅纳米线阵列，刻蚀剂选取浓度为0.1~90wt%的碱性溶液或含氧化物浓度为0.1~50wt%的氢氟酸混合溶液；所述一步金属纳米颗粒辅助刻蚀法中，刻蚀剂为HF和金属盐组成的混合溶液，在混合溶液中HF的浓度为0.1~33mol/L、金属盐的浓度为0.01~10mol/L，所述金属盐为AgNO3、KAuCl4、HAuCl4、K2PtCl6、H2PtCl6或者CuNO3，刻蚀反应时间为0.5~600min；所述两步金属纳米颗粒辅助刻蚀法包括如下步骤：首先在HF和金属盐组成的混合溶液中进行金属纳米粒子沉积，所述金属盐为AgNO3、KAuCl4、HAuCl4、K2PtCl6、H2PtCl6或CuNO3在混合溶液中HF的浓度为0.1~33mol/L、金属盐的浓度为0.001~10mol/L，沉积时间为0.5~60min；之后将沉积有金属纳米粒子的多晶硅片冲洗后放置于由HF和H2O2、HNO3、Fe(NO3)3、KMnO4、KBrO3、K2Cr2O7或Na2S2O8组成的刻蚀液中进行刻蚀，在刻蚀液中HF的浓为0.1~33mol/L，H2O2、HNO3、Fe(NO3)3、KMnO4、KBrO3、K2Cr2O7或Na2S2O8的浓度为0.01~20mol/L，刻蚀时间为0.5~600min。