[发明专利]一种分散硅纳米线阵列绒面的方法

说明书

所属技术领域

本发明属于光伏材料技术领域，涉及一种分散硅纳米线阵列的方法。 

背景技术

目前，通过各种减反射技术和薄膜表面织构化技术来改进电池的光学吸收能力仍是提高太阳电池性能的一条重要途径。常用的碱性溶液各向异性腐蚀技术可以将硅片表面的反射率降到10％左右，所以在晶硅绒面化技术上还有很大的提升空间。硅纳米线除具有半导体所具有的特殊性质，还具有独特的光学、电学和化学性质，在纳电子器件、光电子器件以及新能源等方面显示良好的应用前景。对硅纳米线阵列光吸收谱的测试发现，仅需几微米厚度的硅纳米阵列就已经可以实现高效的光吸收，这意味着与现有的晶体硅光伏电池(厚度＞100微米)相比，硅纳米阵列光伏电池在材料方面可以大为节省。硅纳米线的控制合成在过去十几年取得了很大进展，由彭奎庆老师研究小组发展的金属催化化学刻蚀方法制备硅纳米线阵列并应用于晶体硅太阳电池上，这种方法的特点是很容易制备出直径均一规则排列的硅纳米线并适应纳米器件的需要。但是由于纳米结构具较大的比表面积，结构之间存在范德华力，使硅纳米线阵列成束状团聚在一起，这种不均匀分布的束状纳米线不利于全太阳光的吸收。发明人基于单晶硅在碱溶液中的各向异性腐蚀特性，提出用碱溶液分散硅纳米线阵列制作绒面的方法，首先采用金属催化化学腐蚀法在Si(100)基底上制备出定向排列的束状硅纳米线阵列，然后通过碱性腐蚀液对束状纳米线阵列进行分散，该方法可以使束状纳米线阵列表面分散均匀，使在全太阳光下的光反射率明显降低。 

本发明提供一种分散硅纳米线阵列的方法，包括以下步骤： 

(1)、清洗硅基片：依次用丙酮超声振荡、酒精超声振荡、III号清洗液V(H₂O₂)∶(H₂SO₄)＝1∶3加热渚沸2-20min将硅片清洗干净。 

(2)、将清洗过的硅片置于高压反应釜中，密封放入烘箱，合适的温度下处理一定时间。高压釜容器中配置适当浓度的HF-AgNO₃腐蚀液，并用去离子水稀释。腐蚀溶液中的HF和AgNO₃浓度分别为0.01-10mol/L，溶液在反应釜的填满度为80％，在烘箱中30-80℃处理10-60min。 

(3)、从反应釜中取出硅片，样品表面覆盖着一层表面疏松的银灰色金属包覆物，用去离子水冲洗干净。 

(4)、采用王水V(HCl)∶(HNO₃)＝3∶1，加热煮沸去除样品中残存的金属包覆物及银颗粒。 

(5)、样品用去离子水冲洗干净后放入10％HF的溶液中浸泡1-60秒钟去除自然氧化物， 用去离子水冲洗，N₂吹干备用。 

(6)、将所制备的样品放入10w％NaOH+10w％IPA混合碱性溶液中浸泡10-90秒钟，对束状纳米线阵列进行分散。 

(7)、分散后的样品冲洗干净后N₂吹干做光学性能和表面形貌分析。 

附图说明

附图为本发明制备的束状硅纳米线阵列和分散后的硅纳米线阵列扫描电镜图反射光谱。图1是束状硅纳米线阵列表面形貌扫描电镜图；图2是纳米线阵列经碱液分散30s后的扫描形貌图；图3是碱溶液修饰后硅纳米线阵列的反射谱。 

具体实施方式

实施例 

操作步骤： 

(1)、清洗硅基片：依次用丙酮超声振荡(室温10min)、酒精超声振荡(室温10min)、III号清洗液V(H₂O₂)∶(H₂SO₄)＝1∶3沸腾10min将硅片清洗干净。 

(2)、将清洗过的硅片置于高压反应釜中，密封放入烘箱，合适的温度下处理一定时间。高压釜容器中配置适当浓度的HF-AgNO₃腐蚀液，并用去离子水稀释。腐蚀溶液中的HF和AgNO₃浓度分别为0.01-5mol/L，溶液在反应釜的填满度为80％，在烘箱中50℃处理30min。 

(3)、从反应釜中取出硅片，样品表面覆盖着一层表面疏松的银灰色金属包覆物，用去离子水冲洗干净。 

(4)、采用王水V(HCl)∶(HNO₃)＝3∶1，加热煮沸2分钟去除样品中残存的金属包覆物及银颗粒。 

(5)、样品用去离子水冲洗干净后放入10％HF的溶液中泡10秒钟去除自然氧化物，用去离子水冲洗，N₂吹干备用。