[發(fā)明專利]基于濕法刻蝕硅表面鑲嵌Ag納米線陷光結(jié)構(gòu)的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710480910.8
• 申請(qǐng)日: 2017-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN107302040B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴菡;房洪杰;孫杰;余鑫祥;趙俊鳳;黃同瑊;呂正風(fēng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 煙臺(tái)南山學(xué)院
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18;H01L31/0236
• 代理公司: 煙臺(tái)智宇知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙) 37230
• 代理人: 趙文峰

本發(fā)明涉及基于濕法刻蝕硅表面鑲嵌Ag納米線陷光結(jié)構(gòu)的制備方法，本發(fā)明采用低功率超聲分散的手段，在乙醇溶液中對(duì)Ag納米線進(jìn)行有效的分散；將分散好的Ag納米線通過旋涂的方式均勻涂布于硅片的表面；通過退火的方式，提高Ag納米線與硅片之間的接觸。通過刻蝕液刻蝕，將Ag納米線鑲嵌入硅表面，制備出新型復(fù)合陷光降阻增效結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)顯著的增大Ag納米線與硅表面的接觸面積，同時(shí)在可見光頻譜范圍內(nèi)極大的提升Ag納米線在硅內(nèi)的陷光能力。本發(fā)明的設(shè)計(jì)與制備工藝為提高硅薄膜太陽能電池與LED等器件的效率提供新的技術(shù)手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于Si基太陽能電池透明導(dǎo)電電極制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于濕法刻蝕硅表面鑲嵌Ag納米線陷光結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

Ag納米線作為一種重要的一維納米材料因其具有兼具宏觀體材料優(yōu)良的導(dǎo)電性質(zhì)、柔韌性，同時(shí)又具備良好的透光性質(zhì)，因此在透明加熱器、LED與太陽能電池等器件的電極制備中引起了研究者的普遍興趣。由于Ag納米線原料來源廣泛，成本較低，在透明導(dǎo)電電極制備市場逐漸占據(jù)領(lǐng)先地位。隨著透明導(dǎo)電電極技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，提高光透射率和降低電極電阻是制備中的研究重點(diǎn)。減少Ag納米線的使用量同時(shí)提高Ag納米線與電極間的接觸面積是對(duì)透明導(dǎo)電電極增效的主要手段。傳統(tǒng)的手段是將Ag納米線包覆于一層導(dǎo)電的PEDOT - PSS導(dǎo)電薄層用以增大Ag納米線與電極間的接觸面積，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電極電阻的降低。然而，有機(jī)材料的引入進(jìn)一步的提高了電極的成本，同時(shí)有機(jī)物的可能存在的老化與分解也會(huì)顯著的降低透明導(dǎo)電電極的使用壽命。

貴金屬納米粒子輔助濕法刻蝕是一種在Si表面制備維納結(jié)構(gòu)的重要手段，目前可以制備出孔、線與錐等多種表面形貌。有研究表明，貴金屬納米粒子輔助刻蝕中，納米粒子可以在刻蝕后保留在刻蝕孔中。因此，利用濕法刻蝕，進(jìn)一步調(diào)控刻蝕工藝，可以將Ag納米線鑲嵌入Si的表面，既增大了Ag納米線與Si之間的接觸降低了電阻，又不會(huì)引入有機(jī)物降低電極的壽命。同時(shí)鑲嵌入Si的表面Ag納米線周遭介電常數(shù)的增加，Ag納米線在Si內(nèi)部的光學(xué)散射能力將顯著的提升，非常有利于太陽能電池與LED等器件的電荷與光子能量的收集。由于濕法刻蝕的方法在常溫下就可進(jìn)行，設(shè)備要求簡單、操作容易、可控性好，具有很好的重現(xiàn)性，而且相對(duì)于傳統(tǒng)的方法成本大大降低，能與傳統(tǒng)的透明導(dǎo)電電極制備工藝相結(jié)合，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。由此可見利用濕法刻蝕將Ag納米線鑲嵌入Si表面制備電極具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此開發(fā)簡單、高效的刻蝕制備技術(shù)在Si太陽能電池與LED等器件中具有現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供基于濕法刻蝕硅表面鑲嵌Ag納米線陷光結(jié)構(gòu)的制備方法，本發(fā)明利用Si濕法刻蝕，通過Ag納米線自身的催化活性，使得Ag納米線正下方Si溶解的工藝手段實(shí)現(xiàn)Ag納米線鑲嵌于Si表面，從而達(dá)到增大電極接觸面積與陷光增效雙重目的。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

a. 清洗硅片：將硅片浸泡于分析純丙酮中，常溫條件下浸泡2min，將丙酮浸泡過的硅片放入盛有去離子水的超聲波容器中，清洗5 min；用CP4A洗液，對(duì)超聲波處理的硅片進(jìn)行表面劃痕處理，至表面粗糙度小于1nm；將經(jīng)CP4A洗液處理的硅片放入7%氫氟酸水溶液中，浸泡5～10 min，將氫氟酸水溶液處理的硅片浸泡于盛有去離子水的超聲波容器中，清洗3～5min，得到表面清潔的硅片，用氮?dú)鈱⒈砻媲鍧嵉墓杵蹈桑４嬖诟稍锲鲀?nèi)；

b. 配制Ag納米線懸濁液：將直徑為80～200nm，長度為10～50μm的Ag納米線加入到盛有乙醇的超聲波容器中，Ag納米線和乙醇的質(zhì)量比為1:100，在功率密度為0.5～1.5W/cm³的超聲下分散3～5分鐘，得到Ag納米線懸濁液；

c.制備Ag納米線硅片：采用旋涂儀將Ag納米線懸濁液均勻旋涂于步驟a制備的表面清潔的硅片上，得到Ag納米線硅片；

d. 制備退火Ag納米線硅片：在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將Ag納米線硅片在250～450℃條件下，退火2～3 h，空冷至常溫，得到退火Ag納米線硅片；