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新式银纳米点增强非晶硅薄膜的光吸收

来源:http://hi-infidelity.com 责任编辑:环亚ag88手机版 更新日期:2019-02-10 15:48 字体:
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  新式银纳米点增强非晶硅薄膜的光吸收

  当时,进步薄膜太阳能电池的功率是咱们所重视的研讨课题。除了外表绒化和抗反射层外,金属纳米图形关于增强薄膜太阳能电池的吸收已引起更多的留意。曾经的研讨标明,不同直径的金属纳米点能在800nm处将光电子流进步数倍。为了研讨金属纳米点对增强吸收的效果,纳米点的尺度和散布有必要均匀。有几种办法已用于制造金属纳米图形,例如惯例的光刻和自拼装技能。可是,这些办法有一些缺陷,如产出低或设备本钱高。选用阳极氧化的超薄氧化铝(AAO)膜作为淀积掩膜被以为是低本钱制造纳米图形的潜在办法,因为它们在大面积上的面密度高,且尺度散布窄。本研讨中,咱们用超薄AAO模板在玻璃衬底上制备了Ag纳米点,研讨了氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜因这些Ag纳米图形而增强的光吸收。

  试验

  AAO模板是在0.3M草酸(C2H2O4)溶液经过铝片的二步法阳极氧化工艺制造的。阳极氧化处理前,铝片用丙酮进行脱脂处理,然后在H2SO4和H3PO4的混合溶液中进行电化学抛光。第一次阳极氧化是在固定电压40V下进行的,用冷却系统把电解液温度坚持为0℃。然后把阳极氧化的Al片浸没在6wt%H3PO4中,除掉在第一次阳极氧化时构成的氧化铝层。在与第一次阳极氧化工艺相同的条件下进行第2次阳极氧化过程,不过时刻短一些。留下的Al箔和底部的阻挡层分别在依据CuSO4溶液和6wt%H3PO4中刻蚀。

  得到了通孔AAO膜,接着转移到玻璃衬底上。用电子束蒸发经过AAO模板制备Ag纳米点。然后用3MNaOH溶液将AAO模板刻蚀掉,在玻璃衬底外表留下Ag纳米微粒。接着,用等离子增强化学气相淀积(PECVD)在Ag图形玻璃衬底上成长a-Si:H薄膜,再在玻璃反面涂Ag膜。为了比较,也在玻璃上淀积a-Si:H薄膜,而没有Ag纳米点。用扫描电子显微镜(SEM)调查AAO膜和Ag纳米点的外表描摹,断定它们的特性。用UV-VIS-NIR分光光度计研讨如此淀积的Ag纳米点和Si:H薄膜的光学性质。

  成果和评论

新式银纳米点增强非晶硅薄膜的光吸收

  图1

  图1是孔径约80nm的AAO膜外表描摹和截面图的SEM图画。因为AAO是用二步法阳极氧化制备的,能够得到孔径及孔间距离散布窄的有序孔结构,见图1(a)。从图1(b)能够证明,在AAO膜底部的氧化铝阻挡层已完全除掉,这使膜能用作真空蒸发时的遮盖掩膜。AAO的孔径及厚度能够分别用调节孔加宽处理和第2次阳极氧化的加工时刻操控。本研讨顶用的AAO膜的厚度为500nm。

新式银纳米点增强非晶硅薄膜的光吸收

  图2

  图2是Ag纳米点的SEM图画,其相应的淀积Ag厚度为20nm。因为暗影效应,Ag纳米点直径稍小于AAO膜的纳米点直径。依据测出的Ag纳米点直径,均匀直径约70nm。玻璃衬底上Ag纳米点的吸收谱示于图3。Ag纳米点的外表等离子共振(SPR)效应能够用SPR波长断定,它与谱图的主峰相应。如图3所示,Ag纳米点SPR波长峰值在454nm处。与淀积在玻璃衬底上无Ag纳米点的a-Si:H膜比较(见图3),在Ag图形化衬底上的a-Si:H膜在较长的波长(>600nm)上有更高的光吸收。虽然有些光吸收可能来自金属纳米微粒自身,咱们以为Ag纳米点是有效地增强了a-Si:H膜的光吸收。吸收的增强可能与Ag纳米结构的等离子体增强光散射有关。入射光以a-Si:H光活性层的陷波波导形式被共振散射,经过衬底上Ag纳米点与外表等离子体的相互效果,明显增加了光在a-Si:H层中的光学途径。

新式银纳米点增强非晶硅薄膜的光吸收

  图3

  总归,咱们成功地用依据AAO模板淀积在玻璃衬底上制造了Ag纳米点阵列。玻璃上Ag纳米点阵列的存在进步了a-Si:H光活性层在长波长区的光吸收。

  

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