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胶体球模板法构筑有序微纳结构及其光电应用.doc


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10475单位代码学号5分类号O631硕士学位论文胶体球模板法构筑有序微纳结构及其光电应用学科、专业:高分子化学与物理研究方向:纳米结构材料申请学位类别:理学硕士申请人:李倩倩指导教师:程轲副教授二?一三年五月Fabricationoforderedmicro/nanostructuresbynanospherelithographyandtheirphotoelectricalapplicationsADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByLiQianqianSupervisor:,2013摘要摘要随着人口的持续增长、经济的不断发展和社会的日益进步,人们对能源的需求越来越高,为了应对传统矿物能源大量使用所带来的能源短缺和环境污染问题,可再生清洁能源太阳能的发展日益受到人们的重视。但目前太阳能在整个能源结构中所占的比例仍然很低,制约其大规模应用的主要瓶颈问题依然是低的转换效率和偏高的生产成本。基于降低成本和大面积应用的考虑,太阳电池的薄膜化是其必然的发展趋势。然而,薄膜太阳电池自身的结构特点使得它们普遍存在一个光子吸收效率和载流子收集效率相互制约的矛盾,使得目前其光电转换效率尚无法达到商业化应用的标准。在薄膜太阳电池中引入有序微纳结构被认为是解决光吸收效率和载流子收集效率之间矛盾的有效途径之一。通常情况下,有序微纳结构需要借助昂贵的微加工设备构筑,使得其不适于在薄膜太阳电池中大面积应用,然而,纳米微球刻蚀技术因其具有低成本、方便易行、高产出、大面积等特点,被广泛用来构筑各种形状、尺寸和各种材料的微纳米有序结构。本论文中,利用纳米微球刻蚀技术构筑几种不同材料的有序图案化纳米结构,并将所制备的ZnO纳米空腔结构应用到ZnO/CuO异质结薄膜太阳电池中,相比于传统的双2层薄膜异质结光伏器件,这种高度有序的纳米异质结构可以大幅度地增加异质结面积,提高电池短路电流密度J和光电转换效率;利用纳米微球刻蚀技术结合金属辅助化sc学刻蚀技术制备了直径和密度可控的有序硅纳米线阵列,着重考察了硅片的掺杂类型、不同金属催化剂、刻蚀时间对于硅纳米线阵列形成的影响。本论文主要开展以下三部分的研究工作:(1)聚苯乙烯PS微球的合成、模板组装及有序微纳结构的胶晶模板法构筑:利用乳液聚合法制备了单分散性良好的、直径为612nm的聚苯乙烯微球;利用PS微球在液面上自组装的特性,通过液面自组装转移法在衬底上组装了大面积有序的PS微球密排单层模板;结合反应离子束刻蚀RIE技术构筑了非密排PS微球模板;利用PS微球胶晶模板大面积构筑了有序的金、银、SnO、AgS的纳米网格22结构;利用所制备的AgS纳米网格作为二次模板,结合热蒸发技术制备了有序的2金纳米点阵结构。(2)有序ZnO纳米空腔结构的构筑及其在ZnO/CuO异质结薄膜太阳电池中的应用:2I胶体球模板法构筑有序微纳结构及其光电应用利用纳米微球刻蚀技术并结合水热生长法构筑了大面积有序的ZnO空腔纳米结构,采用电化学沉积法将CuO薄膜沉积到有序的ZnO空腔纳米结构中,构筑了2新型的三维立体交叉结构的CuO/ZnO异质结太阳电池。这种高度有序的纳米异质2结构可以大幅度地增大异质结面积,从而使短路电流密度J和光电转换效率相sc比传统的平面双层薄膜异质结光伏器件均有较大程度地提高。(3)基于NSL技术和金属辅助刻蚀技术构筑直径和密度可控的有序硅纳米线阵列:通过采用纳米微球刻蚀技术、反应离子束刻蚀技术和金属辅助化学刻蚀方法成功地制备了不同直径、密度和长度的有序硅纳米线阵列。分别研究了金属辅助化学刻蚀过程中PS微球模板中的微球尺寸和间距、刻蚀时间、硅片的掺杂类型以及不同金属(金和银)对有序硅纳米线形成的影响,为基于硅纳米线的太阳电池以及其它硅纳米线阵列光电器件的构筑及相关性能研究提供了前期研究基础。关键词:纳米微球刻蚀,有序微纳结构,薄膜异质结太阳电池,光电转换效率增强,硅纳米线阵列。IIABSTRACTABSTRACTTheworldwidedemandforenergyisconstantlyincreasingwiththepopulationgrowth,

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  • 时间2020-03-17