[发明专利]一种具有柱状分立结构的非晶硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硅纳米材料制备技术领域，特别涉及一种具有柱状分立结构的非晶硅薄膜的制备方法。

背景技术

在当今世界，能源与环境的问题受到越来越多的关注，也成为人类发展中面临的巨大挑战。石油、煤炭燃烧排放的二氧化碳引起温室效应，汽车尾气和工厂烟尘引起的PM2.5超标等等，都已切身影响到我们的日常生活。传统能源的储量都是有限的，能支持继续开采的时间均不足100年，因此在面临能源干涸的危机之前，人们需要未雨绸缪，寻求安全、清洁、高效而又持久的新能源作为替代。

太阳能电池产生的光电能，以其来源丰富，清洁而又安全等特点，被认为是当今能够满足未来全球能源需求最有前景的能源。相比于传统的体电池，薄膜电池能在不影响转换率的情况下，大大降低原材料成本，是未来太阳能电池的主要发展方向。在提升太阳能电池工作效率的因素中，提升薄膜对全波段光的吸收率至关重要，传统的提升方式包括表面制绒技术等。本方法采用一次成型的方法，无需额外加工，直接在镀膜过程中生成纳米柱结构，显著提高了薄膜的光学吸收率。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种具有柱状分立结构的非晶硅薄膜的制备方法。

一种具有柱状分立结构的非晶硅薄膜的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将玻璃基片洗净并进行亲水处理；

(2)在经过步骤(1)处理过的玻璃基片上制备单层密排聚苯乙烯(PS)小球阵列，聚苯乙烯(PS)小球溶液购买自Alfa Aesar公司，浓度2.5％wt。制备方法如下：

a.将聚苯乙烯(PS)小球水溶液与无水乙醇以体积比1：(0.8～1.2)混合，并将所得混合溶液超声分散；

b.将玻璃垫片洗净并进行亲水处理，待晾干后置于表面皿中央，向表面皿中加入去离子水直至水面顶端高于玻璃垫片表面但未浸没玻璃垫片；

c.将步骤a中得到的混合溶液，滴加至玻璃垫片上；

d.从表面皿边缘滴入1-2滴十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液，聚苯乙烯(PS)小球被推至一侧并密排；然后在具有十二烷基硫酸钠(SDS)分子的一侧从液面下加入去离子水，使液面升高；然后将玻璃垫片拨至具有十二烷基硫酸钠(SDS)分子一侧，将经步骤(1)处理后的玻璃基片覆于玻璃垫片上；将玻璃垫片片及其上所覆的玻璃基片一同推至聚苯乙烯(PS)小球一侧液面下；

e.从十二烷基硫酸钠(SDS)分子一侧插入液面以下吸水使液面下降至低于玻璃基片表面；待玻璃基片上的水分完全蒸发后取出，其上即排布有单层密排的聚苯乙烯(PS)小球阵列；

(3)利用磁控溅射在排布有单层密排的聚苯乙烯(PS)小球的玻璃基底上沉积硅薄膜。

所述步骤(1)中将玻璃基片洗净并进行亲水处理的具体方法为：将玻璃基片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗干净，并浸没于质量分数为98％的H₂SO₄和质量分数为30％的H₂O₂的混合溶液中，其中质量分数为98％的H₂SO₄和质量分数为30％的H₂O₂的体积比为3:1；浸泡8小时后取出，用质量分数为25％的浓氨水、质量分数为30％的H₂O₂和去离子水的混合溶液超声清洗，其中质量分数为25％的浓氨水、质量分数为30％的H₂O₂和去离子水的体积比为1:1:3，之后用去离子水清洗并液封贮存备用。

步骤(2)的步骤a中所述聚苯乙烯(PS)小球的直径为200nm～1000nm。

步骤(2)的步骤a中所述聚苯乙烯(PS)小球水溶液中聚苯乙烯(PS)小球的质量分数为0.3％～0.5％。

所述步骤(2)的步骤b中所述将玻璃垫片洗净并进行亲水处理的具体方法为：将玻璃垫片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗干净，并浸没于质量分数为98％的H₂SO₄和质量分数为30％的H₂O₂的混合溶液中，其中质量分数为98％的H₂SO₄和质量分数为30％的H₂O₂的体积比为3:1；超声1小时进行亲水处理，之后取出置于去离子水中超声清洗干净并晾干。

步骤(2)的步骤d中所述十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液中十二烷基硫酸钠(SDS)的质量分数为1％～3％。