【2017年整理】开题报告奶酪

《【2017年整理】开题报告奶酪》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】开题报告奶酪（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、杭 州 电 子 科 技 大 学毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告题 目 驻波网格的陷光微结构加工研究学 院 机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化姓 名 王魏魏班 级 08010114学 号 08011428指导老师 巢炎一 ： 综 述 本 课 题 国 内 外 研 究 动 态 ， 说 明 选 题 的 依 据 和 意 义1.1 研 究 背 景 与 存 在 的 问 题2010 年 国 务 院 关 于 加 快 培 育 和 发 展 战 略 性 新 兴 产 业 的 决 定 指 出 ， 我 国 计划 用 20 年 时 间 ， 使 新 能 源 、 高 端 装 备 等 七 大 战 略 性 新 兴

2、 产 业 整 体 创 新 能 力 和 产 业发 展 水 平 达 到 世 界 先 进 水 平 。 中 国目前已是世界上最大的光伏电池制造国。 单晶硅光伏电池已广泛用于宇宙空间和重要地面设施， 但单晶硅光伏电池需要消耗大量高纯硅材料， 制造工艺复杂， 光电转化率低。 多晶硅光伏电池没有光致衰退效应， 材料质量有所下降时也不会影响光伏电池性能，受到产业界欢迎，多晶硅已占据光伏市场的 53%1，但多晶硅光电转化效率比单晶硅的还要低2.5% ，提升多晶硅光伏电池光电转化效率已成为光伏技术发展前沿学术研究热点之一。硅 光 伏 电 池 光 电 转 换 率 低 ， 一 个 重 要 原 因 在 于 光 吸 收

3、损 失 。 光 吸 收 损 失 主要 源 于 以 下 三 方 面 ： 表 面 反 射 损 失 ， 电 极 材 料 覆 盖 损 失 ， 晶 片 透 射 损 失 。 为 了减 少 光 吸 收 损 失 ， 陷 光 微 结 构 加 工 引 入 “黑 色 表 面 ”的 制 造 方 法 2、 3。 光 伏 技 术研 究 文 献 表 明 ， 美 国 许 多 著 名 大 学 致 力 于 硅 表 面 高 级 陷 光 微 结 构 加 工 ， 研 究 者 开始 仿 制 生 物 的 陷 光 微 结 构 功 能 ， 使 光 线 在 硅 板 停 留 的 时 间 加 长 ， 加 大 光 子 被 吸 收提 高 转 换 成 电

4、 能 的 概 率 ， 让 更 多 电 子 释 放 ， 使 光 伏 电 池 转 化 效 率 更 高 。 实 验 测量 表 明 2， 飞 蛾 眼 部 一 个 个 “鼓 包 ”似 的 微 结 构 (如 图 1 所 示 )， 可 以 让 表 面 对光 线 反 射 显 著 减 少 。 在 2010 年 纳 米 快 报 上 ， 斯 坦 福 大 学 崔 屹 博 士 报 告 他制 造 的 光 伏 电 池 ， 把 硅 沉 淀 到 凹 凸 不 平 的 表 面 上 ， 结 果 与 使 用 同 等 数 量 材 料 的平 整 表 面 相 比 ， 能 多 吸 收 42%的 光 线 4。当前， 由于资源和成本等因素， 多晶

5、硅黑色表面加工多采用 HF/HN03 湿法腐蚀体系加工 5。湿法加工最大缺点是反应的自催化性，微结构制造过程难以控制，微结构形态 也比较简单(如图 2所示)， 结构似碗状， 加工经常发生连通凹塌现象；此外， 减薄硅片 厚度成为降低硅光伏电池生产成本最有效手段。 在硅片变薄的同时， 对光吸收效率要求 也迅速增加， 增强陷光微结构光吸收效率对保持薄片晶体硅光伏电池性能稳定和提升光 电转换效率十分重要。本项目受法拉第驻波思想 (如图 3所示)的启迪 ， 在 多 晶 硅 湿 法 加 工 技 术 基 础 上 ，提 出 “驻 波 网 格 ”控 制 离 子 、 超 声 波 空 化 激 发 离 子 泡 思 想

6、 ， 优 化 湿 法 加 工 原 理 ，把 驻 波 图 案 映 射 成 陷 光 微 结 构 ， 建 立 网 格 化 的 加 工 理 论 和 方 法 ， 从 而 改 善 可 控 性 、稳 定 性 和 提 高 高 级 陷 光 微 结 构 可 制 造 性 ,同 时 要 求 成 本 较 低 ， 原 理 简 单 可 行 。 图1 蛾眼的微 结构 图2 陷光微结 构SEM 图3 法拉第驻 波1.2 国 际 研 究 现 状光 伏 电 池 是 一 种 利 用 光 生 伏 特 效 应 而 把 太 阳 能 直 接 转 换 成 电 能 的 装 置 ，其发 展 历 史 可 以 追 溯 到 1839 年 ，法 国 物

7、理 学 家 Alexsander Edmond 发 现 了 光 生 伏特 效 应 。 硅 光 伏 电 池 则 直 到1 946年 才 研 制 出 来 。 1954年 ， 科 学 家 将 硅 光 伏 电 池 的转 换 效 率 提 高 到 6%左 右 。 1974年 ， Haynos等 人 利 用 单 晶 硅 的 各 向 异 性 腐 蚀 特 性 ，在 单 晶 硅 表 面 腐 蚀 得 到 许 多 类 似 金 字 塔 的 特 殊 几 何 形 状 ， 转 化 效 率 稳 定 在 15%左右 。 随 后 ， 各 国 学 者 竞 相 研 究 提 高 陷光微结构光吸收效率的理论和方法。R.B. Heimann

8、 等 于 1984 年 采 用 化 学 腐 蚀 法 制 作 多 孔 硅 层 氧 化 膜 减 反 射 膜 ，得 到 了 较 好 的 减 反 射 性 能 6。日 本 的 Hidetaka Asoh 在 2005-2007 年 提 出 用 晶 体 模 板 做 掩 膜 (如 图 4 所 示 )，用 电 化 学 的 方 法 进 行 选 择 性 腐 蚀 ， 大 面 积 地 制 造 预 期 结 构 ： 硅 表 面 凸 阵 型 或 周 期性 的 孔 洞 阵 列 ， 间 距 和 大 小 尺 寸 可 以 在 微 米 到 几 十 微 米 中 精 确 控 制 7， 但 成 本 高 。韩 国 的 Jinsu Yooa于

9、2 007年 提 出 了 随 机 反 应 离 子 刻 蚀 在 一 定 的 条 件 下 ， RIE 用 SF6/O2 为 反 应 气 体 控 制 压 力 和 流 速 等 参 数 ， 无 需 任 何 掩 膜 刻 蚀 出 高 密 度 的 针 状 陡峭 腐 蚀 坑 ， 直 径 范 围 约 60nm。 此 方 法 能 制 较 大 面 积 、 周 期 性 结 构 ， 但 生 产 效 率 较低 ， 而 且 设 备 价 格 昂 贵 8。美 国 MIT 机 械 工 程 学 院 教 授 萨 克 斯 2008年 采 取 3项 重 要 创 新 提 高 光 伏 电 池 转化 效 率 ， 其 中 ， 最 关 键 的 是

10、在 硅 表 面 增 加 粗 糙 纹 理 ， 使 硅 晶 片 吸 收 更 多 的 光 9。2009意大 利 学 者 开 始 测 量 分 析 蝴 蝶 翅 膀 微 结 构 (如 图5所 示 )对 太 阳 能 吸 收 作 用 和 制造 原 理 。西 班 牙 的 B.Gonzalez-diaz于2 008年 以 酸 腐 蚀 液 为 基 础 ， 研 究 了 不 同 HF/HN03 质 量 比 下 多 晶 硅 粗 糙 化 微 结 构 特 征 ， 给 出 了 一 种 圆 顶 型 黑 色 表 面 微 结 构 的 配 比 和制 造 路 线 ， 比 平 面 型 的 减 光 效 果 更 好 10。2010 年 ， 印

11、 度 国 家 物 理 实 验 室 Sanjay K.Srivastava 等利用湿法腐蚀工艺引入AgNO3等工艺， 由银离子诱导产生大量直立硅纳米线组成的微纳结构， 显著提高光的吸收率 11。日 本 秋 田 大 学 辻 内 裕 研 究 小 组 开 发 出 了 将 紫 外 线 (UV)转 换 成 可 视 光 的 微结 构 ， 该 结构在东京国际论坛举行的“Innovation Japan 2010”上做了公开展示，目的在于使目前光 伏电池未能有效利用的紫外线能够用于光电转换，提高转换效率。1.3 国内研究现状2005年 郑 州 大 学 采 用 化 学 酸 腐 蚀 法 ， 对 腐 蚀 液 成 份

12、按 高 HF 低 HNO3和 低 HF 高 HNO3 分 别 进 行 实 验 ， 找 到 一 个 可 以 制 造 良 好 微 结 构 的 腐 蚀 液 配 比 范 围 12。2006-2008 年 上 海 交 通 大 学 提 出 利 用 弱 碱 氨 水 (NH3H2O)控 制 HF/HNO3/H2O 体 系 腐 蚀 硅 片 速 度 的 新 思 路 ， 腐 蚀 液 在 应 用 过 程 中 相 对 稳 定 。 最 近 ， 在 多 晶 硅 光 伏 电池 制 造 中 又 提 出 一 种 创 新 解 决 方 案 ， 采 用 一 个 低 压 超 声 喷 雾 器 ， 在 固 定 的 晶 圆 表面 上 喷 洒

13、细 小 的 光 刻 胶 液 滴 ，因 此 能 够 在 较 大 表 面 上 分 配 一 层 极 其 均 匀 的 光 刻 胶 ，将 悬 浮 在 高 分 子 基 质 中 的 金 属 粒 子 沉 积 为 薄 膜 ， 这 一 技 术 对 超 薄 晶 体 光 伏 电 池 来说 具 有 重 要 借 鉴 作 用 4。2008 年 南 昌 大 学 提 出 了 一 种 以 酸 腐 蚀 为 基 础 的 超 声 波 辅 助 新 方 法 ， 能 优 化 蚀 刻 深 度 和 表 面 形 貌 13。2009 年 ， 大 连 理 工 大 学 进 一 步 研 究 了 氢 氧 化 钠 溶 液 的 浓 度 对 单 晶 硅 片 载

14、流子 寿 命 的 变 化 起 到 的 作 用 。 利 用 原 子 力 显 微 镜 ， 载 流 子 寿 命 测 试 仪 、 分 光 光 度计 等 测 试 手 段 和 仪 器 对 样 品 进 行 了 相 应 的 测 试 和 分 析 14。2010年 ， 浙 江 大 学 国 家 重 点 实 验 室 杨 德 仁 研 究 小 组 开 展 了 高 效 薄 片 单 晶 硅 太阳 电 池 研 发 工 作 ， 在 溶 液 中 加 入 AgNO3颗 粒 在 硅 片 表 面 沉 积 ， 极 大 地 增 加 单 晶 硅 片表 面 多 孔 结 构 的 覆 盖 率 和 均 匀 性 。 当 沉 积 的 银 颗 粒 较 多

15、且 连 接 在 一 起 时 可 以 腐 蚀得 到 纳 米 硅 丝 ， 银 颗 粒 分 散 则 可 腐 蚀 得 到 深 孔 结 构 ， 制 造 了 多 孔 -金 字 塔 结 构15， 与 印 度 学 者 研 究 成 果 有 异 曲 同 工 之 妙 。2011年， 台湾学者在 Nanotechnology上发表文章， 通过电子束蒸发技术在倒金字塔上植绒，制造复合微纳结构，可以吸收可见光以外的近红外线，拓展吸收光谱带宽 16。 此 外 ， 国 内 还 有 许 多 其 它 著 名 高 校 在 陷光微结构方 面 开 展 了 卓 有 成 效 的 研究 工 作 。1.4 研 究 现 状 综 合 分 析当 前

16、 ， 国 内 外 陷 光 微 结 构 主 要 集 中 在 用 化 学 方 法 制 造 。 多 晶 硅 陷光 微 结 构 以 HF/HNO3/H2O湿 法 腐 蚀 体 系 为 主 ， 同 时 辅 之 以 分 子 模 板 掩 膜 技 术 、超 声 波 技 术 、 外 加 强 磁 场 技 术 、 RIE技 术 、 激 光 加 工 技 术 等 17-19。 亚 洲 地 区 ， 例如 日 本 和 中 国 等 2010年 都 采 用 基于贵金属银的掩膜腐蚀织构的原理 ， 使纳米银颗粒沉积在多晶硅表面， 加工新 型的 多 孔 -金 字 塔 结 构 ， 提 高 光 吸 收 效 率 ； 日 本 、中 国 台 湾 等 研 究 新 型 陷 光 微 结 构 ， 拓 展 光 谱 吸 收 范 围 。 欧美地区， 例如美国麻省理工学院、 斯坦福大学等研究了仿生陷光微 结构的制造， 最近， 美 国 能 源 部 阿 贡国