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《吉林大学》 2012年
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三维抗反射结构的构筑及其性能研究

齐殿鹏  
【摘要】:由于菲涅尔反射的存在,造成入射光在材料表面大量的被反射掉,影响光电器件的灵敏度及光利用率。表面抗反射结构是降低材料表面光反射、提高光吸收的有效方法,因此表面抗反射结构的构筑备受关注。目前人们构筑抗反射结构的方法主要有:电子束刻蚀、反应离子束刻蚀、纳米压印和激光干涉刻蚀等。虽然电子束刻蚀的方法具有高精度、高分辨率等优点,但是由于仪器价格昂贵、效率低、难以实现大面积等缺点,不适于工业生产。基于激光干涉刻蚀和纳米压印,用干刻的方法能够构筑出大面积的抗反射结构,然而这些技术需要的仪器以及纳米压印所需的模板仍然很昂贵,使其应用受到了限制。另外,基于以纳米球做掩膜,结合反应离子束刻蚀的方法,也得到了广泛研究。但其加工程序复杂,难以实现大面积等问题,限制了其应用。同时上述方法能实现二维抗反射结构的构筑,对三维抗反射结构的构筑却显得力不从心。而三维抗反射结构比二维抗反射结构有更优越的抗反射性能,而且具备更好的超疏水自清洁能力。本论文中我们发展了一种快速、低价、大面积构筑抗反射微结构的方法。利用硅在碱性溶液中的各向异性刻蚀、金属催化刻蚀及水热合成等方法,制备三维抗反射微纳结构。本论文主要围绕以下三个方面展开讨论: (1)我们发展了一种简单、廉价的制备大面积抗反射硅表面的方法,所制备的结构展示出很好的抗反射性能,光的反射率由可以35%降低到5%,增加了表面对光的吸收。同时,经过氟基硅烷化试剂的修饰,该结构表面体现出优越的超疏水性能。另外,这种微纳复合的硅表面结构可以通过翻印的方法转移到聚合物表面,转移得到的聚合物结构也具有优良的超疏水性能,为柔性超疏水材料的制备提供了一种新途径。 (2)人们在利用表面抗反射增加太阳光的吸收和通过异质结结构促进光生电荷分离、减少其复合方面的研究都取得了很好的进展。如果能将二者结合,利用两种结构各自的优势,可能会进一步提高太阳能利用率。在本论文中,我们在构筑微纳米复合抗反射结构时,尝试使用ZnO纳米棒和单晶硅两种不同的材料代替原来的单一材料—单晶硅,从而形成了纳米p-n结,研究发现此种结构不仅能够提高材料的抗反射性能,也一定程度上的提高了材料的光电转化效率。在此基础上探索其在光解水,染料分子降解及太阳能电池等领域的应用。 (3)我们通过水热合成的方法在硅锥表面制备了ZnO/Si微纳复合结构,该结构有优越的抗反射性能和光催化性能。其不足之处在于ZnO在光催化过程中会发生自蚀,使样品的性能下降,同时对内层硅的保护作用也下降。TiO_2的光电性能与ZnO相似,但化学稳定性更好,如若能将TiO2纳米棒制备到硅锥结构表面,能取得与ZnO纳米棒一样的光电性能和光催化效果,同时材料本身的耐腐蚀能力及对内部硅的保护能力都将得到较大的提升。因此,我们在构筑微纳米复合抗反射结构时,尝试使用TiO_2纳米棒代替ZnO纳米棒,在硅锥表面制备TiO_2纳米棒结构。研究发现此种结构在提高材料的抗反射性能的同时,也一定程度上的提高了材料的光电转化效率。通过在TiO_2结构表面沉积贵金属粒子,进一步提高了材料的光催化活性。在此基础上探索其在染料分子降解等领域的应用。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB383.1

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