Оптимізація оптичних властивостей чорного кремнієвого сонячного елемента
Анотація
Чорний кремній (BSi) – це важлива текстурована форма напівпровідникового матеріалу, що використовується в технології фотоелектричних сонячних елементів. Він характеризується поверхневою структурою кремнію з дуже низьким коефіцієнтом відбиття. У цій статті ми вивчаємо оптичні властивості чорного кремнію у діапазоні довжин хвиль від видимого до ближнього інфрачервоного. Наша робота зосереджена на текстуруванні поверхні кремнію за допомогою кріогенного травлення в системі індуктивно зв'язаної плазми (ICP). Поверхнева структура чорного кремнію формується шляхом зміни кількох параметрів процесу кріотравлення, таких як температура пластини, співвідношення {SF}_6/O_2 та напруга зміщення. Мікроструктурні поверхні BSi можуть бути сформовані в різних формах (піраміди, колони та конуси). Оптичні властивості мікроструктур вивчали за допомогою спектрофотометричних вимірювань. Отримані результати показують, що стовпчасті мікроструктури (CMS) демонструють різні форми текстурування за різних умов процесу плазмового травлення. CMS, отримані без процесу хімічної обробки HF, мають значення коефіцієнта відбиття до 14%. Однак, поверхневе відбиття знижується до менш ніж 2% у діапазоні VIS-NIR шляхом обробки зразків у розчині HF.
Завантаження
Посилання
N.A.M. Noor, and M.Z. Pakhuruddin, “Investigation on surface morphological and optical properties of black silicon fabricated by metal-assisted chemical etching with different etchant concentrations,” IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 268, 012064 (2019). https://doi.org/10.1088/1755-1315/268/1/012064
J.Y.-H. Chai, B.T. Wong, and S. Juodkazis, “Black-silicon assisted photovoltaic cells for better conversion efficiencies: A review on recent research and development efforts,” Materialstoday Energy, 18, (2020). https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100539
K. Omar, and K.A. Salman, “Effects of Electrochemical Etching Time on the Performance of Porous Silicon Solar Cells on Crystalline n-Type (100) and (111),” Journal of Nano Research, 46, 45-56 (2017). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JNanoR.46.45
B. Gesemann, R. Wehrspohn, A. Hackner, and G. Müller, “Large-scale fabrication of ordered silicon nanotip arrays used for gas ionization in ion mobility spectrometers,” IEEE transactions on nanotechnology, 10(1), 50-52 (2011). https://doi.org/10.1109/TNANO.2010.2053046
A.A. Leonardi, M.J.L. Faro, and A. Irrera, “Silicon Nanowires Synthesis by Metal-Assisted Chemical Etching: A Review,” Nanomaterials, 11(2), 383 (2021). https://doi.org/10.3390/nano11020383
R. Akan, and U. Vogt, “Optimization of Metal-Assisted Chemical Etching for Deep Silicon Nanostructures,” Nanomaterials, 11(11), 2806 (2021). https://doi.org/10.3390/nano11112806
S.R. Marthi, S. Sekhri, and N.M. Ravindra, “Optical properties of Black silicon: An analysis,” The Minerals, Metals & Materials Society, 67, 2154–2159 (2015). https://doi.org/10.1007/s11837-015-1527-0
X. Liu, B. Radfar, K. Chen, O.E. Setälä, T. Pasanen, M. Yli-Koski, H. Savin, Hele; and V. Vähänissi, “Perspectives on Black Silicon in Semiconductor Manufacturing: Experimental Comparison of Plasma Etching, MACE and Fs-Laser Etching,” IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, 35(3), 504-510 (2022). https://doi.org/10.1109/TSM.2022.3190630
M. Arias, M. Briceño, A. Marzo, and A. Zárate, “Optical and electrical properties of silicon solar cells by wet chemical etching,” J. Chil. Chem. Soc., 64(1), (2019). http://dx.doi.org/10.4067/s0717-97072019000104268
P. Spinelli, M.A. Verschuuren, and A. Polman, “Broadband omnidirectional antireflection coating based on subwavelength surface mie resonators,” Nature Communications, 3, 692 (2012). https://doi.org/10.1038/ncomms1691
C.-H. Hsu, J.-R. Wu, Y.-T. Lu, D.J. Flood, A.R. Barron, and L.-C. Chen, “Fabrication and characteristics of black silicon for solar cell applications: An overview,” Materials Science in Semiconductor Processing, 25, 2-17 (2014). http://dx.doi.org/10.1016/Jmssp.2014.02.005
R. Dussart, X. Mellhaoui, T. Tillocher, P. Lefaucheux, M. Volatier, C. Socquet-Clerc, P. Brault, et al., “Silicon columnar microstructures induced by an SF6/O2 plasma,” J. Phys. D: Appl. Phys. 38, 3395-3402 (2005). https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/18/012
N Mekkakia-Maaza, R. Dussart, T. Tillocher, P. Lefaucheux, and P. Ranson, “A novel amorphization–etch alternating process for Si(1 0 0),” J. Micromech. Microeng. 23, 045023 (2013). https://doi.org/10.1088/0960-1317/23/4/045023
R. Dussart, M. Boufnichel, G. Marcos, P. Lefaucheux, A. Basillais, R. Benoit, T. Tillocher, et al., “Passivation mechanisms in cryogenic SF6/O2 etching process,” J. Micromech. Microeng. 14, 190–196 (2003). https://doi.org/10.1088/0960-1317/14/2/004
N. Nguyen, D. Abi-Saab, P. Basset, E. Richalot, M. Malak, N. Pavy, F. Flourens, et al., “Study of black silicon obtained by cryogenic plasma etching: approach to achieve the hot spot of a thermoelectric energy harvester,” Microsyst. Technol. 18, 1807 1814 (2012). https://doi.org/10.1007/s00542-012-1486-0
X. Yang, L. Bangwu, L. Jie, S. Zenan, and L. Chaobo, “A novel method to produce black silicon for solar cells,” Solar Energy, 85, 1574–1578 (2011). https://doi.org/10.1016/j.solener.2011.03.012
A. Miakonkikh, and V. Kuzmenko, “Formation of Black Silicon in a Process of Plasma etching with Passivation in a SF6/O2 Gas Mixture,” Nanomaterials, 14, 945 (2024). https://doi.org/10.3390/nano14110945
Авторське право (c) 2026 М. Азуза, Н. Меккакія-Мааза, Р. Дюссар, Т. Тіллоше, П. Лефоше
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
