飞秒激光制备黑硅材料的实验研究

• 作 者: 孟娇
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2015年01期
• 关键词: 飞秒激光 黑硅材料 碱溶液 反射率 尖峰结构

黑硅作为一种新型硅材料,在可见光区域具有极强的光吸收能力,所以在太阳能电池、光探测等领域有着巨大的应用前景。近些年来,黑硅材料得到了业界的广泛关注,其制备方法也成为当前的研究热点。黑硅材料的制备方法多种多样,但都有各自的不足,本文提出了一种制备黑硅材料的新方法,即在碱溶液中利用飞秒激光制备黑硅,通过实验,获得了较理想的实验结果,证明了此实验方法的有效性。论文中通过实验探究了实验参数对黑硅表面形貌和反射率的影响,这一实验结果对激光制备黑硅表面微结构的形态控制以及材料应用等方面都有着重要的意义。主要工作概括为以下几点:1.搭建了在碱溶液中利用飞秒激光制备黑硅的实验装置,制得的黑硅样品,在原子力显微镜下观察到丛林状尖峰结构,与抛光硅相比,黑硅样品可以大大降低反射率。2.实验研究了扫描速度对黑硅材料反射率的影响,发现在0.1 mm/s、0.5mm/s和1.0 mm/s的三种扫描速度中,当激光能量相同时,扫描速度越慢,其样品的反射率越低。3.在探究飞秒激光脉冲能量对黑硅表面形貌和反射率的影响时,实验中激光能量的变化范围为400–2000μJ,分析尖峰高度随激光能量的变化发现,随着激光能量的增加,尖峰的高度是先增加后降低。通过分析反射率随激光能量的变化发现,随着激光能量的增加,反射率是先降低后增加。通过实验获得了最佳的激光能量值,即1400μJ,此时黑硅样品的尖峰高度最大,反射率最低,大约为5.6%。4.在碱溶液中利用飞秒激光制备黑硅,此方法与Mazur实验室的制备方法相比,避免了昂贵的真空设备,并且不会产生SF6、H2S等剧毒气体,因而不会对人体和环境造成危害。与在硫酸中制备黑硅的方法相比,此实验中选择的是2 wt%的Na OH溶液,这是低浓度碱,不会污染水体和土壤。且此方案实验设备简单、易操作,碱溶液价格低廉,其成本远远小于六氟化硫气体。