膠體球模板法構筑有序微納結構及其光電應用.pdf

1、隨著人口的持續(xù)增長、經(jīng)濟的不斷發(fā)展和社會的日益進步,人們對能源的需求越來越高,為了應對傳統(tǒng)礦物能源大量使用所帶來的能源短缺和環(huán)境污染問題,可再生清潔能源太陽能的發(fā)展日益受到人們的重視。但目前太陽能在整個能源結構中所占的比例仍然很低,制約其大規(guī)模應用的主要瓶頸問題依然是低的轉換效率和偏高的生產(chǎn)成本?；诮档统杀竞痛竺娣e應用的考慮,太陽電池的薄膜化是其必然的發(fā)展趨勢。然而,薄膜太陽電池自身的結構特點使得它們普遍存在一個光子吸收效率和載流子收

2、集效率相互制約的矛盾,使得目前其光電轉換效率尚無法達到商業(yè)化應用的標準。在薄膜太陽電池中引入有序微納結構被認為是解決光吸收效率和載流子收集效率之間矛盾的有效途徑之一。通常情況下,有序微納結構需要借助昂貴的微加工設備構筑,使得其不適于在薄膜太陽電池中大面積應用,然而,納米微球刻蝕技術因其具有低成本、方便易行、高產(chǎn)出、大面積等特點,被廣泛用來構筑各種形狀、尺寸和各種材料的微納米有序結構。
　　本論文中,利用納米微球刻蝕技術構筑幾種不同

3、材料的有序圖案化納米結構,并將所制備的ZnO納米空腔結構應用到ZnO/Cu2O異質結薄膜太陽電池中,相比于傳統(tǒng)的雙層薄膜異質結光伏器件,這種高度有序的納米異質結構可以大幅度地增加異質結面積,提高電池短路電流密度(Jsc)和光電轉換效率;利用納米微球刻蝕技術結合金屬輔助化學刻蝕技術制備了直徑和密度可控的有序硅納米線陣列,著重考察了硅片的摻雜類型、不同金屬催化劑、刻蝕時間對于硅納米線陣列形成的影響。本論文主要開展以下三部分的研究工作:

4、>　　(1)聚苯乙烯(PS)微球的合成、模板組裝及有序微納結構的膠晶模板法構筑:利用乳液聚合法制備了單分散性良好的、直徑為612nm的聚苯乙烯微球;利用PS微球在液面上自組裝的特性,通過液面自組裝轉移法在襯底上組裝了大面積有序的PS微球密排單層模板;結合反應離子束刻蝕(RIE)技術構筑了非密排PS微球模板;利用PS微球膠晶模板大面積構筑了有序的金、銀、SnO2、Ag2S的納米網(wǎng)格結構;利用所制備的Ag2S納米網(wǎng)格作為二次模板,結合熱蒸發(fā)

5、技術制備了有序的金納米點陣結構。
　　(2)有序ZnO納米空腔結構的構筑及其在ZnO/Cu2O異質結薄膜太陽電池中的應用:利用納米微球刻蝕技術并結合水熱生長法構筑了大面積有序的ZnO空腔納米結構,采用電化學沉積法將Cu2O薄膜沉積到有序的ZnO空腔納米結構中,構筑了新型的三維立體交叉結構的Cu2O/ZnO異質結太陽電池。這種高度有序的納米異質結構可以大幅度地增大異質結面積,從而使短路電流密度(Jsc)和光電轉換效率相比傳統(tǒng)的平面雙

6、層薄膜異質結光伏器件均有較大程度地提高。
　　(3)基于NSL技術和金屬輔助刻蝕技術構筑直徑和密度可控的有序硅納米線陣列:通過采用納米微球刻蝕技術、反應離子束刻蝕技術和金屬輔助化學刻蝕方法成功地制備了不同直徑、密度和長度的有序硅納米線陣列。分別研究了金屬輔助化學刻蝕過程中PS微球模板中的微球尺寸和間距、刻蝕時間、硅片的摻雜類型以及不同金屬(金和銀)對有序硅納米線形成的影響,為基于硅納米線的太陽電池以及其它硅納米線陣列光電器件的構筑