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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
反應(yīng)離子刻蝕硅基量子點(diǎn)太陽(yáng)光譜吸收特性實(shí)驗(yàn)研究
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
采用不同比例HF/HNO3/H2O混合液在20℃-80℃溫度范圍通過(guò)腐蝕反應(yīng)制備多晶硅絨面，用分光光度計(jì)在200nm～1200nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)分別測(cè)試了所制備的多晶硅絨面和PECVD制備的減反射膜的反射光譜。研究發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)制絨腐蝕制備多晶硅絨面的反射光譜有較大的影響，且反應(yīng)刻蝕后再利用PECVD在多晶硅絨面上制備氮化硅薄膜具有較好減反射作用。研究結(jié)果對(duì)研究開(kāi)發(fā)硅基量子點(diǎn)太陽(yáng)電池有重要的意義。
詳細(xì)介紹：
目前，伴隨全球能源消耗的加劇，常規(guī)的不可再生能源已經(jīng)不能滿足全球能源供給需求。因此世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于大力發(fā)展太陽(yáng)能等可再生能源技術(shù)的必要性已形成共識(shí)，并相繼通過(guò)立法來(lái)促進(jìn)可再生能源的持續(xù)發(fā)展。目前，市場(chǎng)上的太陽(yáng)電池主要是基于片狀硅的第一代太陽(yáng)電池，包括單晶硅太陽(yáng)電池和多晶硅太陽(yáng)電池，光電轉(zhuǎn)換效率在15%～17%之間；基于非晶硅及多晶化合物半導(dǎo)體的第二代太陽(yáng)電池的市場(chǎng)份額不足整個(gè)光伏市場(chǎng)的10%。由于成本高，光電轉(zhuǎn)換效率低，因此第一代太陽(yáng)電池和第二代太陽(yáng)電池很難使太陽(yáng)能光伏發(fā)電大比例進(jìn)入人類(lèi)能源結(jié)構(gòu)并成為基礎(chǔ)能源的重要組成部分。為了解決人類(lèi)共同面臨的能源安全問(wèn)題，必須盡快開(kāi)展研究高效率、低成本、長(zhǎng)壽命的新型光伏電池，也即第三代太陽(yáng)電池，第三代太陽(yáng)電池才是實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)變革并有效利用太陽(yáng)能的最根本途徑。多晶硅太陽(yáng)電池的出現(xiàn)在很大程度上降低了材料的制作成本，然而其光電轉(zhuǎn)換率較低。其主要有兩個(gè)原因：一方面是多晶硅材料具有晶界、高密度的錯(cuò)位、微缺陷和相對(duì)較高的雜質(zhì)濃度，降低了有效少數(shù)載流子壽命；另一方面，多晶硅片表面陷光效果較差，不能很好地吸收和利用太陽(yáng)光。前者是其材料本身特性所決定很難在不增加成本的情況下進(jìn)行改善。因此研究焦點(diǎn)集中在用多晶硅片的表面制備絨面以增加太陽(yáng)電池對(duì)太陽(yáng)光的吸收，從而提高電池的轉(zhuǎn)換率。[1] 當(dāng)前多晶硅電池表面結(jié)構(gòu)化的問(wèn)題尚未得到有效解決，[2]目前工業(yè)化生產(chǎn)的多晶硅電池表面減反射措施主要是蒸鍍SiN膜，但此方法成本高，并且減反射效果不是很好。其他的絨面制備技術(shù)主要有機(jī)械刻槽[3]、等離子刻蝕[4]和各相同性酸腐蝕。前兩者雖制備的絨面效果很好，但需要相對(duì)復(fù)雜的處理工序和先進(jìn)的加工系統(tǒng)，不能滿足大批量生產(chǎn)要求。[5]而酸腐蝕絨面技術(shù)成本低、應(yīng)用較廣泛，因此本文對(duì)多晶硅酸腐蝕制絨技術(shù)進(jìn)一步研究，考慮其溫度因素，提出制備減反射效果較好絨面的方案。此后再將以上述方案所制得的多晶硅片放入PECVD中進(jìn)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積實(shí)驗(yàn)，得出制備減反射效果好多晶硅絨面的最佳方案。在提高多晶硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)化效率方面具有重要的意義。 2 實(shí)驗(yàn)原理及方法 2.1清洗工藝 多晶硅片經(jīng)過(guò)切片、倒角、雙面研磨、拋光等工序加工后其表面受到嚴(yán)重沾污，主要有顆粒、金屬沾污、有機(jī)物沾污和自然氧化膜等。因此多晶硅表面的潔凈程度及表面態(tài)對(duì)高質(zhì)量的硅器件工藝至關(guān)重要。此次實(shí)驗(yàn)清洗方案為：采用丙酮、無(wú)水酒精、HF（1%）、及去離子水依次進(jìn)行適當(dāng)清洗。首先將多晶硅片放入丙酮中浸泡3～5分鐘，其目的是去除多晶硅表面油污；此后為了去除表面殘留的丙酮需再將多晶硅片放入無(wú)水酒精中清洗；然后再將多晶硅片放入1%的HF溶液中浸泡15～30秒，目的是去除多晶硅表面氧化物；最后再用去離子水將硅片沖洗干凈。 2.2酸腐蝕方案 本實(shí)驗(yàn)利用各相同性的酸腐蝕劑，在多晶硅表面制出理想效果的絨面結(jié)構(gòu)[6]。酸腐蝕液為HF、HNO3和去離子水按一定比例混合而成，其中HNO3為強(qiáng)氧化劑，在反應(yīng)時(shí)提供反應(yīng)所需要的空穴，打破了硅表面的Si-H鍵，使Si被氧化為SiO 2 。而HF的作用就是與反映的中間產(chǎn)物SiO 2反應(yīng)生成絡(luò)合物H2SiF6以促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行；去離子水對(duì)反映起緩沖作用；反映中還會(huì)生成少量的HNO2,它能促進(jìn)反映的發(fā)生。從而導(dǎo)致Si表面發(fā)生各向同性腐蝕，形成大小各異、分布不均的半球形凹坑及孔洞狀形貌，有利于減少光反射，增強(qiáng)光吸收。其酸腐蝕反應(yīng)式為 Si + 6HF + HN03 → H2SiF6 + HN02 + H2O + H2↑[7] 實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用WH008低溫恒溫槽來(lái)控制實(shí)驗(yàn)所需的不同溫度 。首先在20℃下進(jìn)行不同溶液比例（HF∶HNO3 ∶H2O=1:1:3,2:1:3,4.5:1:9）的腐蝕實(shí)驗(yàn)。將清洗干凈的多晶硅片放入腐蝕液中（硅片需完全浸沒(méi)在液里），待到硅片表面開(kāi)始反應(yīng)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，直到硅片表面出現(xiàn)類(lèi)似藍(lán)紫色的絨面時(shí)將硅片取出。實(shí)驗(yàn)時(shí)記錄下反應(yīng)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)后需用氮?dú)鈱⑺g的多晶硅片吹干，用蠟光紙包好（防潮），并將其編號(hào)放入密封小塑料袋中，在袋子表面注明反應(yīng)時(shí)的條件及反應(yīng)時(shí)間。同理在溫度為40℃、60℃、80℃時(shí)進(jìn)行多晶硅片腐蝕實(shí)驗(yàn)，制備絨面。然后利用U4100分光度計(jì)分別測(cè)量出反應(yīng)后不同比例下所制得的絨面的反射光譜。 2.3 PECVD氮化硅薄膜制備 PECVD是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電（或另加發(fā)熱體）使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜。 實(shí)驗(yàn)前，將清潔過(guò)的多晶硅片放入已清洗過(guò)的儀器腔體中，密封腔體，打開(kāi)機(jī)械泵，將腔體內(nèi)部的空氣抽出（此時(shí)分子泵預(yù)熱、同時(shí)開(kāi)啟加熱爐，設(shè)定溫度，開(kāi)始加溫）；待腔內(nèi)壓強(qiáng)低于5Pa時(shí)啟動(dòng)分子泵（同時(shí)開(kāi)啟射頻功率預(yù)熱），關(guān)閉機(jī)械泵；等腔內(nèi)壓強(qiáng)低于10-4Pa后，停止分子泵，打開(kāi)機(jī)械泵抽出各通氣管內(nèi)的氣體，以保持實(shí)驗(yàn)時(shí)通入氣體的純凈性。待溫度達(dá)到250攝氏度、射頻功率預(yù)熱結(jié)束開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，依次打開(kāi)高純N2的各級(jí)閥門(mén)使其通入腔體(流量50ccm)，啟動(dòng)射頻功率（設(shè)定為60W）利用N2啟輝，啟輝后腔體內(nèi)氣體呈紫紅色，而后停止通入N2依次打開(kāi)NH3的各級(jí)閥門(mén)使其通入腔體（流量為25ccm），可以觀察到紫紅色顏色變淺；最后依次打開(kāi)SiH4的各級(jí)閥門(mén)，向腔體中通入SiH4（流量為153ccm；開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間五分鐘）可以觀察到通入SiH4后腔體內(nèi)氣體顏色變?yōu)榕偕?，時(shí)間到后依次關(guān)閉SiH4、NH3的各級(jí)閥門(mén)，停止加熱，關(guān)閉射頻功率，通入普通N2將腔體中殘留反應(yīng)氣體排出，關(guān)閉所有開(kāi)關(guān)，等腔體恢復(fù)常溫后取出多晶硅片，利用U4100分光度計(jì)分別測(cè)量出實(shí)驗(yàn)后的反射光譜。 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 3.1 形貌分析 多晶硅片有不同晶粒構(gòu)成，各個(gè)晶粒的晶向都是隨機(jī)分布的。利用各向同性酸腐蝕方法制出的理想絨面結(jié)構(gòu)減反射原理如圖1所示。當(dāng)一束光線照射在平整的拋光Si片上時(shí)，約有30%的太陽(yáng)光被反射掉。如果光線照射在這種傾斜的表面上，反射光線會(huì)進(jìn)一步照射到相鄰的面上，這樣就減少了太陽(yáng)光的反射；同時(shí)，反射光線會(huì)進(jìn)一步地折射入多晶Si體內(nèi)，增加了光線吸收的機(jī)會(huì)，從而提高光生電流的密度[8]。 圖1　多晶硅絨面的減反射原理圖 如前文所述如果太陽(yáng)光照射在拋光的硅片表面會(huì)有大量太陽(yáng)光被反射，通過(guò)在硅基表面覆蓋一層SiN4 薄膜作為減反膜進(jìn)一步減少太陽(yáng)光的反射，提高吸收率（如圖2）。 圖2氮化硅減反膜減反射示意圖 3.2反射光譜分析 檢驗(yàn)多晶硅絨面減反射效果的直觀方法是進(jìn)行反射光譜測(cè)試。通過(guò)在不同溫度相同酸溶液配比反應(yīng)下的硅片的反射光譜對(duì)比，得出最佳制絨條件。 （1） 當(dāng)溶液為HF∶HNO3∶H2O=1:1:3的比例時(shí),在溫度為20℃、40℃、60℃、80℃下所制得的絨面測(cè)得的反射光譜圖如下： 圖3　溶液HF∶HNO3∶H2O=1:1:3條件下反射光譜 圖3的曲線B是溶液為HF∶HNO3∶H2O=1:1:3的比例、溫度為20℃時(shí)化學(xué)腐蝕法制備的多晶硅表面的反射特性；作為比較，曲線C、D、E是使用同樣的多晶硅片在同樣比例酸腐蝕液中腐蝕所得多晶硅片的反射特性。同時(shí)圖3中給出了在300nm～1200nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)反射率Rww 。從圖3中可以清晰地看到，曲線B代表的溶液為HF∶HNO3∶H2O=1:1:3的比例、溫度為20℃時(shí)化學(xué)腐蝕法制備的多晶硅絨面，其反射率在較大波長(zhǎng)范圍內(nèi)都比其余三種溫度下制備的多晶硅絨面低，其中在可見(jiàn)光區(qū)域時(shí)反射率最低可達(dá)2.3%。曲線C代表溶液為HF∶HNO3∶H2O=1:1:3的比例、溫度為40℃時(shí)化學(xué)腐蝕法制備的多晶硅絨面，曲線較為平穩(wěn)，減反射效果較差。 由此可知在溫度為20℃時(shí)所制得的絨面的反射率較低，最低R可達(dá)2.3%；在40℃所制得的絨面的反射率較為平穩(wěn)。而在60℃、80℃的溫度下所得的絨面反射率較高，波動(dòng)較大。 （2）當(dāng)溶液為HF∶HNO3∶H2O=2:1:3的比例時(shí),在溫度為20℃、40℃、60℃、80℃下所制得的絨面測(cè)得的反射光譜圖如下： 圖4　溶液HF∶HNO3∶H2O=2:1:3條件下反射光譜 圖4曲線C是溶液為HF∶HNO3 ∶H2O=2:1:3的比例、溫度為40℃時(shí)化學(xué)腐蝕法制備的多晶硅表面的反射特性；作為比較，曲線B、D、E是使用同樣的多晶硅片在同樣比例酸腐蝕液中腐蝕所得多晶硅片的反射特性。同時(shí)圖4給出了在300nm～1200nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)反射率Rww 。 從圖4可以知，曲線C代表的溶液為HF∶HNO3∶H2O=2:1:3的比例、溫度為40℃時(shí)化學(xué)腐蝕法制備的多晶硅絨面，其反射率在500nm～1200nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)比其余三種溫度下制備的多晶硅絨面低。但在400nm～500nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)時(shí)最低反射率6.5%是由溶液為HF∶HNO3 ∶H2O=2:1:3的比例、溫度為20℃時(shí)化學(xué)腐蝕法制備的多晶硅絨面所得。曲線B、C代表溶液為HF∶HNO3∶H2O=2:1:3的比例、溫度為20℃、40℃時(shí)化學(xué)腐蝕法制備的多晶硅絨面，曲線都較為平穩(wěn)。而在60℃、80℃的溫度下所得的絨面反射率較高，波動(dòng)較大，很不理想。 （3）當(dāng)溶液為HF∶HNO3 ∶H2O=4.5:1:9的比例時(shí),在溫度為20℃、40℃、60℃、80℃下所制得的絨面測(cè)得的反射光譜圖如下： 圖5溶液HF∶HNO3 ∶H2O=4.5:1:9條件下反射光譜 圖5曲線B是溶液為HF∶HNO3∶H2O=4.5:1:9的比例、溫度為20℃時(shí)化學(xué)腐蝕法制備的多晶硅表面的反射特性；作為比較，曲線C、D、E是使用同樣的多晶硅片在同樣比例酸腐蝕液中腐蝕所得多晶硅片的反射特性。同時(shí)圖5給出了在300nm～1200nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)反射率Rww 。從圖5可以清楚地看到，曲線B代表的溶液為HF∶HNO3∶H2O=1:1:3的比例、溫度為20℃時(shí)化學(xué)腐蝕法制備的多晶硅絨面，其反射率在300nm～1200nm整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)都比其余三種溫度下制備的多晶硅絨面低，其中在可見(jiàn)光區(qū)域時(shí)反射率最低可達(dá)4.5%。由此可知在溫度為20℃時(shí)所制得的絨面的反射特性最好，而在40℃、60℃、80℃的溫度下所得的絨面反射率較高，波動(dòng)較大，極不理想。 小結(jié)：由以圖3、4、5可知在三種酸液比例（HF∶HNO3∶H2O=1:1:3,2:1:3,4.5:1:9）下進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)。在300~1200nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行反射特性測(cè)定并分析得：酸液比例為HF∶HNO3∶H2O=1:1:3,4.5:1:9、溫度為20℃時(shí)制得的多晶硅絨面反射特性較溫度為40℃、60℃、80℃時(shí)所得多晶硅絨面特性好；在HF∶HNO3∶H2O=2:1:3、溫度為20℃、40℃時(shí)制得的多晶硅絨面反射特性較為接近，減反射效果較好。由此可知溫度對(duì)腐蝕效果有較為明顯的影響。 3.3反射光譜分析(PECVD) 圖6　PECVD 沉積前后減反射膜反射光譜 圖6為反射光譜比較。曲線B是先經(jīng)化學(xué)腐蝕再利用PECVD制備氮化硅薄膜后的反射特性曲線；作為比較，曲線C是只經(jīng)化學(xué)腐蝕未經(jīng)PECVD處理的多晶硅片的反射特性曲線；曲線D是未經(jīng)化學(xué)腐蝕、未經(jīng)PECVD處理的多晶硅片的反射特性曲線。 由圖6可以清楚地看到，經(jīng)過(guò)化學(xué)腐蝕后，硅片表面反射率降低了近25%；而將反應(yīng)刻蝕后的硅片再利用PECVD制備氮化硅薄膜其反射率再次降低了2百分點(diǎn). 4.結(jié)論 通過(guò)對(duì)多晶硅片進(jìn)行腐蝕，使其表面發(fā)生形貌變化。通過(guò)對(duì)腐蝕前后的多晶硅片進(jìn)行反射光譜的測(cè)量，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：未腐蝕的硅片其反射率最低為30%，而已腐蝕的多晶硅片其反射率最高只為24.7%；并且在相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)，腐蝕前后硅片的反射率減少了近20個(gè)百分點(diǎn)，增強(qiáng)了光能的利用率。 另外，利用PECVD設(shè)備在多晶硅片表面鍍上具有較高折射率氮化硅薄膜，讓它在多晶硅片表面作為減反射層。對(duì)比多晶硅片在未腐蝕、已腐蝕未鍍膜、已腐蝕已鍍膜三種情形下的反射特性發(fā)現(xiàn)：反應(yīng)刻蝕后再利用PECVD在多晶硅絨面上制備氮化硅薄膜具有較好減反射作用，將其表面反射率總共降低了近27個(gè)百分點(diǎn)。進(jìn)一步改善表面的吸收特性，增強(qiáng)了太陽(yáng)能的利用。 由此可知：化學(xué)腐蝕與PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積法)都能減小硅片表面反射，提高太陽(yáng)能的利用。而將兩種方法結(jié)合起來(lái)即在腐蝕過(guò)的硅片表面鍍上一層氮化硅薄膜作為減反射層更能增強(qiáng)太陽(yáng)能的利用率，進(jìn)一步推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： [1]肖文明，檀柏梅，劉玉嶺，牛新環(huán)，邊征.多晶Si太陽(yáng)電池表面酸腐蝕制絨的研究[J].微納電子技術(shù)，2009,46（10）：627-631. [2]NISHIMOTO Y,NAMBA K. Investigation of texturization for crystalline silicon solar cells with sodium carbonate solutions[J].Solar EnergyMaterials and Solar Cells,2000,61(4):393-402. [3]GERHARDS C, MARCKMANN C, TONE R, et al. Mechanically V-textured low cost multicrystalline silicon solar cells with a novel printing metallization[C]//Proc of the 26th Photovoltaic Specialists Conference. Anaheim,CA,USA,1997.43-46. [4]RUBY D S,ZAIDI S H,NARAYANAN S, et al. RIE-tex-turing of industrial multicrystalline silicon solar cells[J] J.Sol. Engrgy Eng,2005,127(1):146-149. [5]PARK S W, KIM J.Application of acid texturing to multicrystalline silicon wafers[J]. Journal of the Korean Physical Society,2003,43(3):423-426. [6] NISHIMOTO Y,ISHIHARA T,NAMBA K. Investigation of acidic texturization for multicrystalline silicon solar cells [J]. Journal of the Electrochemical Societv,1999,146(2):457-461. [7] 楊德仁編著.太陽(yáng)電池材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社2008:57-59.

作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

從理論和實(shí)驗(yàn)上探討硅基量子點(diǎn)材料結(jié)構(gòu)和性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，并對(duì)光子吸收、電子相互作用、復(fù)雜邊界條件對(duì)電子態(tài)的影響、雜質(zhì)態(tài)、低維時(shí)的高密度電子束運(yùn)行為基礎(chǔ)及各層的接觸問(wèn)題展開(kāi)理論研究；揭示硅基量子點(diǎn)太陽(yáng)電池中的光子吸收、載流子分離及收集規(guī)律。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

通過(guò)改變硅基量子點(diǎn)的大小和距離來(lái)調(diào)控材料的能帶結(jié)構(gòu)，研究新一代太陽(yáng)電池中光子吸收、電子相互作用等科學(xué)問(wèn)題。 硅基量子點(diǎn)的光譜特性對(duì)納米材料光電子器件的研究有重要意義，本項(xiàng)目通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕硅基量子點(diǎn)揭示量子點(diǎn)太陽(yáng)光譜吸收特性。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

本項(xiàng)目通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究反應(yīng)離子刻蝕硅基量子點(diǎn)太陽(yáng)光譜吸收特性，揭示硅基低維結(jié)構(gòu)光伏材料太陽(yáng)光譜響應(yīng)機(jī)理，研究結(jié)果對(duì)于研制第三代高效率硅基太陽(yáng)電池具有重要的意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

采用不同比例HF/HNO3/H2O混合液在20℃-80℃溫度范圍通過(guò)腐蝕反應(yīng)制備多晶硅絨面，用分光光度計(jì)在200nm-1200nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)分別測(cè)試了所制備的多晶硅絨面和PECVD制備的減反射膜的反射光譜。研究發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)制絨腐蝕制備多晶硅絨面的反射光譜有較大的影響，且反應(yīng)刻蝕后再利用PECVD在多晶硅絨面上制備氮化硅薄膜具有較好減反射作用。研究結(jié)果對(duì)研究開(kāi)發(fā)硅基量子點(diǎn)太陽(yáng)電池有重要的意義。

獲獎(jiǎng)情況

作品擬在ChinaNANO 2011，International Conference on Nanoscience & Technology, China 2011，2011年9月中國(guó)國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議發(fā)表。 Organizer ：National Center for Nanoscience and Technology, China Sponsor ：National Steering Committee for Nanotechnology

鑒定結(jié)果

此項(xiàng)目可行

參考文獻(xiàn)

[1] R.J.Ellingson, et al. Highly efficient multiple exciton generation in colloidal PbSe and PbS quantum dots, Nano.Lett.5,2005,p.865 [2] NISHIMOTO Y,NAMBA K. Investigation of texturization for crystalline silicon solar cells with sodium carbonate solutions[J].Solar nergyMaterials and Solar Cells,2000,61(4):393-402. [3] E.C.Cho,S.W.Park, et al. Toward silicon quantum dot junction to realize all-silicon tandem solar cells. Solar Energy Materials & Solar Cells 81 (2008) 73–86 [4] R.Rolver, B.Berghoff, et al. Improved charge transport in Si/SiO2 multiple quantum wells for all silicon tandem solar cells using a new nanoporous barrier material. 22nd European -photovoltaic solar energy conference, Milan Italy. 3-7 September 2007:548-551.

同類(lèi)課題研究水平概述

在美國(guó)能源部（DOE）的資助下，美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）聯(lián)合幾所大學(xué)的科研人員承擔(dān)了High-Performance Photovoltaic Project（HPPT）項(xiàng)目，進(jìn)行超高效太陽(yáng)電池研究工作；R.J.Ellingson等人在PbSe和PbS量子點(diǎn)中用入射的一個(gè)光子激發(fā)出3個(gè)電子-空穴對(duì)[1]； Zacharias et al.指出[2]：交替沉積SiO2 和SiO，再用退火的簡(jiǎn)單方法就能制備硅量子點(diǎn)的超晶格，這對(duì)研究超高效量子點(diǎn)光伏材料及太陽(yáng)電池具有重要的意義。 澳大利亞新南威爾士大學(xué)太陽(yáng)能研究所專(zhuān)門(mén)從事第三代太陽(yáng)電池基礎(chǔ)理論研究及實(shí)驗(yàn)探索。以馬丁?格林教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)將全硅基超高效量子點(diǎn)太陽(yáng)電池作為第三代太陽(yáng)電池的研究重點(diǎn)，他們給出了全硅基量子點(diǎn)多結(jié)太陽(yáng)電池的概念，并開(kāi)展了一系列的材料制備工作。最近，他們的實(shí)驗(yàn)工作已經(jīng)證實(shí)硅基材料中2nm的量子點(diǎn)的光學(xué)帶隙達(dá)1.7eV。理論計(jì)算表明：如果量子點(diǎn)的直徑小于2nm，那么材料的光學(xué)帶隙還會(huì)增加[3]。硅基量子點(diǎn)光伏材料可以制成超高效的多結(jié)太陽(yáng)電池，且硅來(lái)源豐富、無(wú)毒，因此全硅基量子點(diǎn)太陽(yáng)電池將成為第三代太陽(yáng)電池的研究熱點(diǎn)。 大幅提高光生載流子的產(chǎn)生效率，解決高密度光生載流子的輸運(yùn)問(wèn)題是超高效全硅基量子點(diǎn)超晶格多結(jié)太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)[4]。由于太陽(yáng)光譜是連續(xù)光譜，因此具有不同帶隙寬度的多結(jié)太陽(yáng)電池是最有效的光電換能結(jié)構(gòu)。2007年9月，在意大利米蘭召開(kāi)了第22屆歐洲太陽(yáng)能大會(huì)，全硅基量子點(diǎn)太陽(yáng)電池是太陽(yáng)能基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的熱議題目。2007年12月，在日本福崗召開(kāi)了亞太國(guó)際光伏科學(xué)和工程大會(huì)，全硅基量子點(diǎn)超晶格太陽(yáng)電池也是國(guó)際上關(guān)注的熱點(diǎn)課題之一。從最近發(fā)表的文獻(xiàn) [2,3]來(lái)看，國(guó)外不斷加大在全硅基量子點(diǎn)光伏材料及太陽(yáng)電池方面的研究投入，取得了一些很有意義的研究結(jié)果。 本項(xiàng)目采用反應(yīng)離子刻蝕方法研究硅基量子點(diǎn)太陽(yáng)光譜吸收特性，預(yù)期研究結(jié)果將對(duì)研究開(kāi)發(fā)第三代寬光譜高效率太陽(yáng)電池具有重要意義。
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