硅纳米线材料光学特性研究及电池仿真

作     者：肖红 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘爱民

授予年度：2012年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：硅纳米线 光学特性 PC-1D仿真 Ⅰ-Ⅴ特性 转换效率 

摘      要：硅纳米线(SiNWs)是一种新型的一维纳米材料,纳米量级的特殊结构使其具备了很多不同于体硅材料的独特光学、电学性质。近年来,硅纳米材料在基础研究领域和应用研究领域都引起了人们的极大兴趣。由于硅纳米线良好的电学特性和光学特性,其将在未来纳米电子及纳米光学领域发挥重要的作用。 本论文对硅纳米线材料的独特物理特性及制备方法进行了简单的介绍。采用化学腐蚀法,以HF/AgNO3/H2O2的混合溶液为腐蚀液,通过控制刻蚀时间,在常温常压下制备出取向一致,直径均匀的不同长度硅纳米线阵列。并对其生长机理,结构形貌以及反射、吸收等光学特性进行了相应的研究和表征。刻蚀时间为2min时,即所得硅纳米线长度为1.302μm时,在200～1100nm波段获得了3.5%的低反射率,从而验证了硅纳米线结构具有优异的光学减反特性。通过对硅纳米线材料吸收率的计算,初步分析了硅纳米线层的光吸收率及其对太阳能电池效率的影响。近似计算得出应用于太阳能电池减反层的硅纳米线阵列长度不应超过1.06gm,应用湿法刻蚀法的刻蚀时间至少应控制在2min以内。 使用PC-1D仿真软件对具有不同纳米线层厚度的平板硅纳米线太阳能电池进行仿真模拟,计算并讨论了其Ⅰ-Ⅴ特性,及外量子效率,转换效率等重要电池参数。当纳米线层厚度为0.6μm时,可以得到37.58mA/cm-2的短路电流,电池的转换效率可达14.54%,为硅纳米线太阳能电池的实际制备提供了参考。