專利名稱：一種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)于高效單晶Si太陽能電池而言，從PN結(jié)的物理本質(zhì)出發(fā)提高電池的效率，例如提高載流子壽命，襯底摻雜濃度和擴(kuò)散層摻雜濃度的最佳化等(如背電場(chǎng)電池)；或是改進(jìn)和提高電池的光學(xué)性能，包括光的傳輸、光的吸收及反射和光譜響應(yīng)(如制備各種減反射膜或者使硅表面織構(gòu)化等)，這兩種方法均可提高太陽電池效率。其表面反射率是影響太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素之一。改善硅表面結(jié)構(gòu)可以降低對(duì)光線的反射有效地利用太陽能。太陽能電池表面的織構(gòu)化可以有效降低太陽能電池的表面反射率，可以 采用的方法主要有物理刻蝕和化學(xué)腐蝕制絨面等。傳統(tǒng)的物理或者化學(xué)刻蝕方法刻蝕出來硅納米線陣列垂直于基底。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，該方法，本發(fā)明的制備方法操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜設(shè)備，成本低廉；得到的傾斜硅納米線陣列具有更好的陷光效應(yīng)和較高的光電轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明的一種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，包括(I)將硅片依次用去離子水、酒精、丙酮超聲清洗5 20分鐘，以去除硅片表面的有機(jī)物，用去離子水清洗后再置于氧化劑溶液中浸泡5 30分鐘，接著轉(zhuǎn)移到氫氟酸溶液中浸泡f 10分鐘，以去除表層的ニ氧化硅，得到清洗后的硅片；(2)將上述清洗后的硅片置于刻蝕液中，然后外加勻強(qiáng)電場(chǎng)，常壓下加熱到4(T90°C，并保溫3(Γ90分鐘；最后用濃硝酸溶液清除銀納米粒子后，進(jìn)行真空干燥，即得傾斜硅納米線陣列。步驟(I)中所述的氫氟酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5% 15%。步驟(I)中所述的硅片為P型單晶硅片，其電阻率為Γ10Ω · cm；步驟(I)中所述的氧化劑溶液為H2SO4與H2O2的混合液，其中H2SO4與H2O2的體積比為2:1 4: I。步驟(2)中所述的刻蝕液為氫氟酸、鹽和雙氧水中的ー種或幾種的水溶液。所述的鹽為銀鹽、鐵鹽、金鹽中的ー種或幾種。所述的銀鹽為硝酸銀，其濃度為O. 0Γ0. 05mol/L。所述氫氟酸的濃度為3飛mol/L，雙氧水的濃度為(λ Γ . OmoI/L0步驟(2)中所述的外加勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度為10(T600V/m。本發(fā)明在無電金屬沉積化學(xué)刻蝕技術(shù)和高摻雜硅納米線的基礎(chǔ)上，以P型單晶硅片為原料，通過調(diào)控化學(xué)刻蝕的反應(yīng)物濃度、時(shí)間、溫度和電場(chǎng)強(qiáng)度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，制備出傾斜硅納米線，得到大面積分布均勻的硅納米線陣列。本發(fā)明制備的新型納米線陣列是傾斜的，納米線與基底有一定的傾斜角度，且傾斜角度可調(diào)，相對(duì)于傳統(tǒng)的硅納米線陣列具有更好的陷光效應(yīng)。本發(fā)明的傾斜硅納米線陣列可以大大拓寬單晶硅在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用。有益效果(I)本發(fā)明的制備方法操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜設(shè)備，成本低廉；(2)本發(fā)明得到的硅納米線陣列面積大、分布均勻； (3)本發(fā)明得到的多孔硅納米線陣列相比垂直硅納米線陣列具有更好的陷光效應(yīng)，具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，拓展了硅半導(dǎo)體在納米光電器件的應(yīng)用。


圖I為實(shí)施例I的傾斜硅納米線陣列掃描電鏡圖片；圖2為實(shí)施例2的單根Si納米線的透射電鏡圖片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本發(fā)明采用化學(xué)刻蝕技術(shù)，將P型單晶硅片硅片經(jīng)過一系列的表面超聲和氧化劑溶液的處理后，在接近室溫的條件下在化學(xué)刻蝕液中保溫反應(yīng)一段時(shí)間，制備傾斜硅納米線陣列。實(shí)施例I將硅片依次經(jīng)過去離子水、酒精、丙酮等超聲清洗5分鐘，浸入氧化劑溶液(H2SO4:H2O2(體積比)=2:1) 10分鐘后，用去離子水清洗硅片，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的氫氟酸溶液腐蝕硅片3分鐘，然后置入氫氟酸(4.6M)和硝酸銀(0.04M)的刻蝕液中，常壓下加熱到60°C，外加600V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng)并保溫50分鐘，最后用濃硝酸溶液去除銀納米粒子，真空干燥，即可制得一種傾斜硅納米線。實(shí)施例2將硅片依次經(jīng)過去離子水、酒精、丙酮等超聲清洗10分鐘，浸入氧化劑溶液(H2SO4: H2O2 (體積比)=2:1 )7分鐘后，用去離子水清洗硅片，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氟酸溶液腐蝕硅片5分鐘,然后置入氫氟酸(4. 8M)、硝酸銀(O. 02M)和雙氧水(O. 2M)的刻蝕液中，常壓下加熱到60°C，外加300V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng)并保溫60分鐘，最后用濃硝酸溶液去除銀納米粒子，真空干燥，即可制得一種傾斜硅納米線。實(shí)施例3將硅片依次經(jīng)過去離子水、酒精、丙酮等超聲清洗15分鐘，浸入氧化劑溶液(H2SO4:H2O2(體積比)=2:1) 10分鐘后，用去離子水清洗硅片，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氫氟酸溶液腐蝕硅片5分鐘，然后置入氫氟酸(5M)和硝酸銀(0.03M)的刻蝕液中，常壓下加熱到70°C，外加100V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng)并保溫40分鐘，最后用濃硝酸溶液去除銀納米粒子，真空干燥，即可制得一種傾斜硅納米線。實(shí)施例4將硅片依次經(jīng)過去離子水、酒精、丙酮等超聲清洗20分鐘，浸入氧化劑溶液(H2SO4:H2O2 (體積比)=2:1) 10分鐘后,用去離子水清洗娃片，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的氫氟酸溶液腐蝕硅片I分鐘，然后置入氫氟酸(4. 6M)、硝酸銀(O. 03M)和雙氧水(O. 2M)的刻蝕液中， 外加300V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng)常壓下加熱到70°C，并保溫60分鐘，最后用濃硝酸溶液去除銀納米粒子，真空干燥，即可制得一種傾斜硅納米線。
權(quán)利要求
1.一種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，包括 (1)將硅片依次用去離子水、酒精、丙酮超聲清洗5 20分鐘，用去離子水清洗后再置于氧化劑溶液中浸泡5 30分鐘，接著轉(zhuǎn)移到氫氟酸溶液中浸泡f 10分鐘，得到清洗后的硅片; (2)將上述清洗后的硅片置于刻蝕液中，然后外加勻強(qiáng)電場(chǎng)，常壓下加熱到4(T90°C，并保溫3(Γ90分鐘；最后用濃硝酸溶液清除銀納米粒子后真空干燥，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的氫氟酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)59Γ15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的硅片的電阻率為廣10Ω · cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的氧化劑溶液為H2SO4與H2O2的混合液，其中H2SO4與H2O2的體積比為2: f 4:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的刻蝕液為氫氟酸、鹽和雙氧水中的ー種或幾種的水溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，其特征在于所述的鹽為銀鹽、鐵鹽、金鹽中的ー種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，其特征在于所述的銀鹽為硝酸銀，其在刻蝕液中的濃度為O. 0Γ0. 05mol/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，其特征在于所述的氫氟酸的濃度為3飛mol/L，雙氧水的濃度為O. Γ1. OmoI/Lο
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的外加勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度為10(T600V/m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電場(chǎng)下傾斜硅納米線陣列的制備方法，包括(1)將硅片依次用去離子水、酒精、丙酮超聲清洗5~20分鐘，用去離子水清洗后再置于氧化劑溶液中浸泡5~30分鐘，接著轉(zhuǎn)移到氫氟酸溶液中浸泡1~10分鐘，得到清洗后的硅片；(2)將上述清洗后的硅片置于刻蝕液中，然后外加勻強(qiáng)電場(chǎng)，常壓下加熱到40~90℃，并保溫30~90分鐘；最后用濃硝酸溶液清除銀納米粒子后真空干燥，即得。本發(fā)明的制備方法成本低廉、操作簡(jiǎn)單，得到的傾斜硅納米線陣列相比垂直硅納米線陣列具有更好的陷光效應(yīng)和更高的光電轉(zhuǎn)化效率，拓展了硅半導(dǎo)體在光電納米器件的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102694075SQ20121019147
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者劉倩, 彭彥玲, 李文堯, 李高, 胡俊青, 蔣林, 薛雅芳 申請(qǐng)人:東華大學(xué)