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利用飛秒激光在硅表面形成波紋結(jié)構(gòu)

來源:中國有色網(wǎng)2015-01-21 我要評論(0 )   

掃描電子顯微圖顯示,利用飛秒激光束,可以在硅表面形成一種波紋結(jié)構(gòu)。這種表面結(jié)構(gòu)比未經(jīng)處理的表面能吸收更多的光,從而提高太

 掃描電子顯微圖顯示,利用飛秒激光束,可以在硅表面形成一種波紋結(jié)構(gòu)。這種表面結(jié)構(gòu)比未經(jīng)處理的表面能吸收更多的光,從而提高太陽能電池的效率。

  A*STAR的科學家通過在硅表面掃描飛秒電子激光束,在硅表面的廣泛區(qū)域形成了均勻的納米級波紋結(jié)構(gòu)。鑒于波紋狀表面比平滑表面的反射能力要小得多,這一創(chuàng)新可以使太陽能電池獲取更多的光,從而提高太陽能電池效率。

  目前,使用激光打造間歇性表面結(jié)構(gòu)是研究的重點。激光加工有其重要的優(yōu)勢:它只加熱材料表面,而不影響底層結(jié)構(gòu)。然而,許多激光加工方法有其自身的限制:它們加工的面積很小,加工出來的波紋很淺。

  如今,XincaiWang和他A*STAR新加坡制造技術(shù)研究院和南洋理工大學的同事成功解決了這些限制,展示了他們的技術(shù)所具有的潛力:在硅襯底上,他們用該技術(shù)在30毫米×30毫米的廣闊區(qū)域內(nèi)打造出了均勻的波紋結(jié)構(gòu),且波紋的平均深度為300納米—是其他技術(shù)形成波紋深度的三倍。

  “這種深度的增加能夠有效降低波紋結(jié)構(gòu)的光反射程度,提高波紋結(jié)構(gòu)的光捕獲能力,”Wang說,“所以,將這種結(jié)構(gòu)用于光伏設備,就能捕獲更多的光,從而提高設備的效率”。

  該項技術(shù)簡單且價格低廉,僅僅利用柱面透鏡將飛秒激光束的寬度擴大到50微米,然后將其掃描到表面上即可。

  當激光的光子能量大于硅的帶隙,光子會激發(fā)電子從價帶躍遷到導帶。之后這些電子會進行能量釋放,將能量轉(zhuǎn)移到原子晶格中,從而將其加熱。然而,由于脈沖持續(xù)時間極短,他們會相反地在表面生成電子波。而這又會產(chǎn)生一個干擾入射激光束的光波。在傳入的光波和傳出的光波相互干擾的地方,一部分硅會被去除掉,從而形成了波紋結(jié)構(gòu)中的凹形區(qū)域。

  研究人員發(fā)現(xiàn),形成波紋結(jié)構(gòu)后,硅表面的平均反射率從39.7%降到了12.5%,這意味著,由于波紋結(jié)構(gòu)的強烈散射,硅表面的光吸收率提高了41%。這一效應可以被用于管理太陽能電池和發(fā)光二極管中光子的“行為”。

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