[发明专利]一种利用超短脉冲激光制备硅基表面陷光结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅基表面陷光结构，特指一种利用可见/近红外超短脉冲激光诱导制备硅基表面陷光结构的方法，可适用于晶体硅和薄膜硅等硅基材料。

背景技术

在太阳能电池结构中引入陷光结构是为了提高太阳能电池对光的吸收，从而提高太阳能电池的短路电流和转换效率；陷光结构通过反射、折射和散射，将入射光线分散到各个角度，从而增加光在太阳电池中的光程，使光吸收增加；目前来说，硅基太阳能电池由于原料来源广泛、成本较低而占据着太阳能电池市场的主导地位，因此研究开发制备硅基表面陷光结构的新方法具有重要意义。

常用的制备硅基表面陷光结构的方法主要有：（1）酸/碱湿法刻蚀、反应离子刻蚀、光子/电子束刻蚀、机械刻槽、激光诱导等制备表面绒面结构；（2）化学气相沉积法或溅射法等制备减反膜；（3）阳极电镀法等制备表面多孔硅层；（4）电子束刻蚀法、等离子体刻蚀法等制备特殊纳米陷光结构，尤其是周期性亚波长光栅结构；（5）物理气相沉积法、化学气相沉积法、分子束外延法等制备量子点陷光层；在先技术中，采用激光诱导法制备硅基表面陷光结构通常有两种方法：一种是1998年最早报道的由美国哈佛大学Mazur教授研究组提出并发展的“黑硅”制备方法，即利用脉冲激光在一定气体（如SF₆、H₂S、SiH₄、H₂等，SF₆中效果最好）环境下照射硅片产生微米量级的尖峰结构，原本是灰色有光泽的硅表面在刻蚀过的地方肉眼看去完全变成了黑色（参见文献：[1] T. H. Her, R. J. Finlay, C. Wu, S. Deliwala, and E. Mazur. Applied Physics Letters 73 (1998) 1673~1675; [2] Michael A. Sheehy, Luke Winston, James E. Carey, Cynthia M. Friend, and Eric Mazur. Chemical Materials 17 (2005) 3582~3586），他们还探讨了在SF₆气体中采用纳秒或飞秒脉冲激光制备的这种“黑硅”的光学和电学性能，结果表明其具有很强的低带隙吸收率和光生电流（参见文献：[3] C. H. Crouch, J. E. Carey, J. M. Warrender, M. J. Aziz, E. Mazurb and F. Y. Génin. Applied Physics Letters 84 (2004) 1850~1852）；另一种是通过激光辐照置于液体（如蒸馏水、硫酸溶液等）中的硅片来制备硅基表面微纳结构的方法，如门海宁等采用近红外飞秒激光辐照浸泡在硫酸溶液中的N型单晶硅片，辐照后硅表面呈直径为5～8 μm、高度15 μm的柱型结构，荧光光谱显示激光扫描后的区域在700 nm附近有很强的荧光发射（参见文献：[4] 门海宁, 程光华, 孙传东. 强激光与粒子束 18 (2006) 1081~1084）。但这两种方法都具有操作复杂、环境条件难于控制等缺点，而且SF₆有毒、硫酸腐蚀性强，易污染环境和造成危险。

发明内容

本发明的目的是克服在先技术上的不足，提供一种利用超短脉冲激光诱导制备硅基表面陷光结构的方法，无需气体或液体作为环境介质，通过表面贴膜法来实现硅基表面结构成形。

本发明提出的表面贴膜法的技术解决方案如下：

一种利用超短脉冲激光诱导制备硅基表面陷光结构的方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：

① 选用超短脉冲激光器，要求其脉冲宽度小于20 ns、波长在400~1000 nm。

② 选用高分子透明贴膜，高分子透明贴膜耐温≧50℃、透光率≧90%、厚度≦1 mm。

③ 对硅基样品进行前期清洗。

④ 将透明贴膜紧贴于放置在样品台上的硅基样品表面上，调整样品台的位置，使上述激光器发出的激光束经透镜聚焦后的焦点位于硅基样品表面以下100~500 μm处，即硅基样品表面位于激光焦前100~500 μm处。

⑤ 调整激光器的输出，控制激光能量为10~500 μJ，扫描速度为0.1~5 mm/s。