硅纳米线和多孔硅的制备及表面修饰研究

【摘要】光伏发电技术作为开发、利用绿色、可再生能源的重要形式,具有广阔的发展和应用空间。但是由于普通的商业太阳能电池效率不高,导致光伏发电的应用成本偏高。影响太阳能电池效率的一个重要因素是电池表面对入射光的反射作用,使入射太阳光的能量遭受损失,降低了入射光的利用率；另一个影响电池效率的重要因素是制备电池所用的半导体材料的能带宽度与太阳光谱的分布不匹配,导致入射太阳光中很大一部分光子的能量不能被电池吸收而浪费掉了,影响了电池效率的提升。因此,降低电池表面对入射光的反射或者使用光波转换材料改变入射光的分布、增强电池响应谱与入射光谱之间的匹配,是提高太阳能电池效率的重要途径。但是采用以上途径提高电池效率,必须寻找到合适的减反射材料和光波转换材料,针对这个问题,本文对硅纳米线和多孔硅的减反射效应和下转化发光效应进行了系统研究。由于多孔硅材料的发光性能会随时间的改变而发生变化,所以我们还尝试对多孔硅表面进行了硅烷化处理,增强了多孔硅发光的稳定性。此外,我们还对材料的制备和表面处理机理进行了详细研究,取得了如下的创新结果：(1)通过系统性研究,得到了银离子辅助两步化学腐蚀法制备硅纳米线的机理。结果表明,通过改变硅衬底的电阻率、化学腐蚀时间或者腐蚀液中双氧水的浓度可以使获得的硅纳米线结构和硅纳米线的发光随之发生变化。硅纳米线长度和硅线发光强度的变化趋势一致,即腐蚀时间越长、双氧水浓度越高或者硅片的电导率越高(仅限P型硅片),则制备的硅纳米线长度越长,硅纳米线的发光强度越强。(2)仔细研究了硅纳米线阵列的减反射性能,发现硅纳米线长度对硅纳米线阵列的陷光效应作用很大,直接影响硅纳米线阵列的减反射效果。硅纳米线阵列的陷光效应随着硅纳米线长度的增加而增强,但是当硅纳米线长度超过2μm以后,这种变化趋势发生改变。硅纳米线阵列反射率的实测数据和模拟计算结果表明,硅纳米线的顶部形貌也会对硅纳米线阵列的陷光效应产生显著影响,除此之外,硅线顶部形貌的变化还会影响硅线阵列的有效折射率值,从而改变硅纳米线的反射率。据统计,具有较低反射率的硅线阵列所对应的有效折射率值通常介于1.6～2.0之间。(3)利用光致荧光光谱对电化学制备的多孔硅的发光性能进行了研究。当电流值较小时,多孔硅层的厚度和多孔硅的发光强度随着电流密度的增加而增加,而当电流过大时会产生多孔硅的抛光。PL结果发现多孔硅的发光峰位通常位于680nm附近,而且电流的改变不会影响多孔硅的发光峰位,能使发光峰位产生改变的是硅衬底的类型和电阻率。我们还发现,使用间歇式恒电流腐蚀可以使得到的多孔硅的发光强度大大增强,而且调整间歇时间可以得到不同发光波长的多孔硅。(4)研究了化学修饰对多孔硅发光性能的改变。经过后处理的多孔硅的发光强度不仅有了很大增强,其发光稳定性也有了极大提高。发光强度和发光峰位置随表面修饰剂的改变而改变,与未经修饰的多孔硅颗粒和使用其它化学试剂修饰的多孔硅相比,经十二烯修饰后的多孔硅颗粒的发光强度和发光时效性最好。由于多孔硅的发光与多孔硅表面组成有很大关系,所以我们对多孔硅表面组成进行了FTIR分析。分析认为,位于1750cm-1附近的吸收峰,表明修饰后的多孔硅表面生成了Si-C键,而这也被我们认为是修饰后的多孔硅发光强度和稳定性提高的主要原因。
【作者】梁锋；
【导师】李东升；杨德仁；
【作者基本信息】浙江大学，材料工程，2014，硕士
【关键词】硅纳米线；减反射；多孔硅；下转换光致发光；表面修饰；

【参考文献】
[1]魏红杨.OFDM系统中渐进图像的信源信道联合编码调制[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2014,硕士.
[2]王明惠.丙烯材料的实验性和可能性研究[D].东北师范大学,美术学,2012,硕士.
[3]郭延辉.移动电子商务系统中多agent谈判模型与算法的研究与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[4]费静.企业IPO募资投向变更的动因与短期绩效研究[D].南京理工大学,会计学,2013,硕士.
[5]李虹茹.新时期我国收入分配公平问题研究[D].沈阳师范大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[6]张东升.基于数理分析方法的长沙商业空间结构研究[D].湖南大学,建筑学,2012,硕士.
[7]兑璐.面向Java的反逆向技术的研究[D].北京交通大学,2014.
[8]王帅.发酵柑橘渣对仔猪生长和肠道发育的影响[D].西南大学,动物营养与饲料科学,2014,硕士.
[9]杨忆.低信噪比强相位噪声下码辅助同步算法研究[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[10]凌建勋,凌文辁,方俐洛.营销学的新发展——顾客关系管理[J].现代管理科学,2002,12:10-11.
[11]文堂,昌胜.莱钢2~＃750m~3高炉仪控系统投入运行[J].冶金自动化,1996,06:38.
[12]王晓亮.加拿大北部优势矿产资源潜力分析[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2014,硕士.
[13]姚青.网络虚拟化的关键技术研究[D].南京邮电大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[14]李更来,钟甲学.火筒式热管加热炉[J].石油规划设计.1993(02)
[15]白玉娜.氮硫共掺杂纳米TiO_2及AgBr/TiO_2纳米管复合光催化剂的可见光催化活性研究[D].北京化工大学,化学工程与技术,2013,硕士.
[16]王海艳.以对氨基苯甲酸为中心的液晶化合物的合成与表征[D].东北大学,高分子化学与物理,2010,硕士.
[17]董红,邱菀华,吕俊杰,张雯.信息安全技术投资的自适应模型[J].控制与决策,2008,05:535-540.
[18]夏伟平.软粘土中地下工程施工——上海地铁徐家汇车站的土建工程[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程,2003,硕士.
[19]刘进旺.论冷战后俄蒙加强双边关系的战略意图及其影响[D].青岛大学,国际关系,2013,硕士.
[20]许冰冰,王海军.石墨烯-双壁碳纳米管/酸性黄9修饰电极电化学检测鸟嘌呤和尿酸[J].江南大学学报(自然科学版),2012,06:712-718.
[21]李建.准干式深孔加工负压抽屑装置的优化设计与仿真研究[D].中北大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[22]刘植惠.知识基因理论新进展[J].情报科学,2003,12:1243-1245.
[23]杨娜娜.脊髓损伤后硬膜外电刺激对大鼠L3～4脊髓节段内5-HT2A受体表达的影响[D].华中科技大学,康复医学与理疗学,2013,硕士.
[24]王璐璐.从《小镇，及其不确定的墙》到“世界尽头”[D].山东师范大学,日语语言文学,2013,硕士.
[25]巩欣杰.中高级水平留学生汉语惯用语教学研究[D].南京大学,汉语国际教育（专业学位）,2013,硕士.
[26]孙静雅.“消极抗议”与“积极参与”[D].中国政法大学,政治学理论,2013,硕士.
[27]陈万顺.不同电针对SAMP8小鼠大脑皮层APP，ApoE表达的实验研究[D].北京中医药大学,针灸推拿学,2014,硕士.
[28]张澎涛.齿轮箱故障振动信号去噪及特征提取算法研究[D].东北林业大学,机械设计及理论,2014,博士.
[29]张丽丽.先秦时期帝王、诸侯谥号词汇—语义系统研究[D].山西师范大学,语言学及应用语言学,2014,硕士.
[30]刘晓红.蜂窝陶瓷烧成隧道窑内部温度场的数值模拟[D].华南理工大学,材料工程,2012,硕士.
[31]朱小波.西安地区办公建筑夜间通风构造体系研究[D].西安建筑科技大学,建筑技术科学,2013,硕士.
[32]郝丹.公证机构质量管理制度研究[D].中国政法大学,宪法学与行政法学,2014,硕士.
[33]李燕.折衷法在大学英语教学中的探索和应用[D].华东师范大学,英语语言文学,2003,硕士.
[34]翁建城,何小琦,周斌,刘岗岗,赵磊,恩云飞.一种计算对流空气条件下MCM器件结温的方法[J].广东工业大学学报,2014,04:104-108+131.
[35]李磊.个性化元搜索引擎关键技术的研究[D].内蒙古科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[36]魏淑梅.论委托理财合同及其保底条款的法律效力[D].兰州大学,民商法学,2012,硕士.
[37]杨志宇.基于蝴蝶网络的P2P存储结构研究[D].湖南大学,计算机技术,2012,硕士.
[38]王晓艳.多功能聚合物囊泡用于蛋白质的高效包裹及肝靶向的细胞内释放[D].苏州大学,高分子化学与物理,2013,硕士.
[39]于为健.数字化扩频应答机基带设计与实现[D].西安电子科技大学,电路与系统,2013,硕士.
[40]赵延岭.各种材质蜗轮传动摩擦学系统分析[J].一重技术.2007(01)
[41]代莉.山桐子种实地理变异研究[D].河南农业大学,森林培育,2014,博士.
[42]张媛.飞秒激光制瓣准分子激光原位角膜磨镶术后泪膜的变化[D].吉林大学,眼科学,2014,硕士.
[43]汪杨.“飘”年代的强势话语—从池莉、林白的小说看20世纪90年代中国女性知识分子的生存状态[D].安徽大学,中国现当代文学,2004,硕士.
[44]李倩倩.T~N上傅里叶级数的可和性及其应用[D].郑州大学,概率论与数理统计,2013,硕士.
[45]徐梦蝶.现代汉语“程度副词+名词”构式的认知阐释[D].西南大学,英语语言文学,2013,硕士.
[46]李竞妍.河北兴隆方言的语音研究[D].河北大学,汉语言文字学,2014,硕士.
[47]樊涛.IP/WDM网络中邻结点扩展的动态业务疏导算法研究[D].西安电子科技大学,电子与通信,2012,硕士.
[48]王高远.当代建筑外观图案形式研究[D].北京交通大学,2013.
[49]蔡文良.舰船磁场数学模型及其应用[J].舰船科学技术.1993(01)
[50]李闯.高压共轨柴油机起动怠速控制策略开发与试验研究[D].吉林大学,动力工程,2014,硕士.