硅表面微纳结构制备及其在太阳能电池中的应用研究
利用分散聚合法实现了聚苯乙烯小球的制备，通过使用不同配方实现了对聚苯乙烯小球直径的控制。将两种不同直径的小球在硅片上实现有序排列形成单层膜。对硅片进行喷金刻蚀后，利用扫描电镜对所得微纳结构的形貌进行表征。对比实验数据，优化实验条件，得到了较好的微纳结构。利用微纳结构的引入能够实现减反这一原理，增加了太阳光在硅片表面的反射次数，提高了硅片对太阳光的吸收效率，最终使得电池的效率有所提高。从实验的结果来看，利用1微米左右的聚苯乙烯球更容易在硅片表面得到有序的微米线结构，其成功率高，能够提高电池的效率。关键词 聚苯乙烯微球，减反射，纳米线结构，硅片
目录
1绪论1
1.1研究的背景1
1.2聚苯乙烯（PS）的制备1
1.3硅表面微纳结构5
1.4课题研究的意义9
2实验9
2.1实验原料9
2.2实验仪器10
2.3制备聚苯乙烯微球11
2.4减反射装置——纳米线结构制备12
2.5电池制备13
2.6电池光性能的测试13
2.7表征手段13
3研究结果与分析13
3.1聚苯乙烯微球的形貌分析13
3.2硅纳米线阵结构的分析15
3.3电池性能分析19
结论 21
致谢 22
参考文献23
1 绪论
1．1 研究的背景
当前能源危机和环境问题越来越严重，对于可再生资源的渴求迫在眉睫。而太阳能因其绿色环保并且获取容易等特点备受人们的钟爱。单晶硅材料也因其材料来源广、性能稳定、而且与集成电路等体积较小的电子工艺不冲突等特点，最终成为太阳能电池研究方向的主流，变成了现代太阳能发电的主要路径。但是，硅太阳能电池的光电转换效率才刚刚达到25%[1]，这一因素大大的增加了太阳能发电的成本，怎么提升硅太阳能发电的转换效率成了当前亟待解决的问题，而有效地减少太阳光在硅片表面的反射损失是提高太阳能电池转换效率的一个重要方法[2].
硅表面微纳结构制备大大提高了硅太阳能电池的转换效率，而在硅片表面排列的这种有规律的、有序的或者特定方式排列的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
结构就是硅微纳结构，这一结构又被称为减反射层，它可以直接制备在硅表面并应用于太阳能电池，从而起到提高太阳能电池表面对光的吸收。而所谓的减反射层就是利用光反射的原理，增加光在太阳能电池表面的反射次数，从而有效的降低太阳能电池的表面反射率[3]。
1.2 聚苯乙烯（PS）的制备
1.2.1 聚苯乙烯的概念
聚苯乙烯微球也就是PS微球，它是一种常见的合成的材料，它在合成大孔分子筛方面有广泛的应用前景[4]。由于合成方法简单、合成的材料价格低廉、并且工艺路线成熟和容易加工成型等优良性质，是一种得到人们的广泛应用的热塑性树脂。作为一种纳米级别的合成材料，它具有人们特别钟爱的独特性能：聚苯乙烯它的密度十分小、透明度高（透过率高，可作为光学聚合物材料）、加工流动性好（成型温度和分解温度之间范围宽）、电绝缘性能好、小球表面带有负电荷并且电荷小，而且它表面的球状外形十分均匀，因此他的分散性能也十分良好。
1.2.2 聚苯乙烯的制备方法
聚苯乙烯作为一种被人们广泛使用的合成材料，它的合成早已有了成熟的工艺路线。除了本次试验中使用的分散聚合法来制备聚苯乙烯（PS）微球，聚苯乙烯（PS）的制备方法还包括乳液聚合法、被工业上广泛采用的重要聚合法——悬浮聚合法、球径较大的聚苯乙烯（PS）微球制备方法——种子聚合法、微球粒径形貌圆润均匀的制备方法——沉淀聚合法以及无皂乳液聚合法。
1.乳液聚合法
聚合物纳米粒子的研究发展非常迅猛，早在20世纪初期，乳液聚合法就已经进入人们的视野。但由于这一方法才刚刚为人们所发掘，具体的操作步骤、工艺路线还不是很成熟，因此还处于实验室中的科研实验阶段。经过数十年的发展后，工艺路线、药剂的使用等已经成熟，因此被应用于工业生产。但是由于聚合物本身的热敏性和粘弹性等因素，因此在制备聚苯乙烯微球时，很难像制备一些粉末颗粒一样采用粉碎、研磨、烧结等方法制备。乳液聚合法的出现正好解决了这一问题，乳液聚合法采用了一种亲水性较弱的制备方法——单体制备，为聚苯乙烯（PS）微球等聚合物纳米粒子的制备提供了有效的方法[5]。
采用乳液聚合法制备的聚苯乙烯（PS）微球，制备的微球粒径范围适中，一般在几十纳米到几百纳米之间，微球的粒径会随着乳液浓度的降低而增加。相比较于其他的聚苯乙烯微球制备方法，乳液聚合法有着操作简单，药剂和实验仪器使用少，易于上手等特点。并且采用乳液聚合法制备聚苯乙烯微球的反应速度快、周期时间短，得到的小球外形均匀、微球的粒径于粒径之间相差范围小。最重要的是，乳液聚合法制备聚苯乙烯微球的成本较低。因为在制备过程中采用水作为溶剂，它几乎不需要在制备成本中考虑，并且用水作为溶剂，也无需耗费大量的财力物力来处理污水，只需要简单的处理后即可排放。美中不足的是采用乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球的纯度不能让人满意，由于在制备过程中使用了乳化剂，因此在得到的聚苯乙烯微球中或多或少残留着乳化剂。为了得到纯净的固体聚苯乙烯粉末，必须在制备的后期加入提纯这一步骤来降低粉末中的杂质。但是，乳化剂不可能完全去除，因此最终会影响成品的电性能和光学性能等等[6]。
2.分散聚合法
分散聚合法是一种特殊的沉淀聚合法，这一词汇首先是由ICI公司提出的。而发展到现在，分散聚合法已经成为了制备0.1~15微米聚苯乙烯微球最常见的、一步到位的方法。因为在利用分散聚合法制备聚苯乙烯微球的过程中，微球的成型很快，在反应初始阶段就有形核出现。因为其形核出现快的这一特点，在制备过程中容易得到均匀分布的聚苯乙烯微球，并且成为了制备微米级别聚苯乙烯微球和制备单分散微球的主要方法[7~9]。当然，在分散聚合法的反应过程中，改变各阶段药品的配置比例，也会影响最终得到的微球粒径[10]。
目录
1绪论1
1.1研究的背景1
1.2聚苯乙烯（PS）的制备1
1.3硅表面微纳结构5
1.4课题研究的意义9
2实验9
2.1实验原料9
2.2实验仪器10
2.3制备聚苯乙烯微球11
2.4减反射装置——纳米线结构制备12
2.5电池制备13
2.6电池光性能的测试13
2.7表征手段13
3研究结果与分析13
3.1聚苯乙烯微球的形貌分析13
3.2硅纳米线阵结构的分析15
3.3电池性能分析19
结论 21
致谢 22
参考文献23
1 绪论
1．1 研究的背景
当前能源危机和环境问题越来越严重，对于可再生资源的渴求迫在眉睫。而太阳能因其绿色环保并且获取容易等特点备受人们的钟爱。单晶硅材料也因其材料来源广、性能稳定、而且与集成电路等体积较小的电子工艺不冲突等特点，最终成为太阳能电池研究方向的主流，变成了现代太阳能发电的主要路径。但是，硅太阳能电池的光电转换效率才刚刚达到25%[1]，这一因素大大的增加了太阳能发电的成本，怎么提升硅太阳能发电的转换效率成了当前亟待解决的问题，而有效地减少太阳光在硅片表面的反射损失是提高太阳能电池转换效率的一个重要方法[2].
硅表面微纳结构制备大大提高了硅太阳能电池的转换效率，而在硅片表面排列的这种有规律的、有序的或者特定方式排列的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
结构就是硅微纳结构，这一结构又被称为减反射层，它可以直接制备在硅表面并应用于太阳能电池，从而起到提高太阳能电池表面对光的吸收。而所谓的减反射层就是利用光反射的原理，增加光在太阳能电池表面的反射次数，从而有效的降低太阳能电池的表面反射率[3]。
1.2 聚苯乙烯（PS）的制备
1.2.1 聚苯乙烯的概念
聚苯乙烯微球也就是PS微球，它是一种常见的合成的材料，它在合成大孔分子筛方面有广泛的应用前景[4]。由于合成方法简单、合成的材料价格低廉、并且工艺路线成熟和容易加工成型等优良性质，是一种得到人们的广泛应用的热塑性树脂。作为一种纳米级别的合成材料，它具有人们特别钟爱的独特性能：聚苯乙烯它的密度十分小、透明度高（透过率高，可作为光学聚合物材料）、加工流动性好（成型温度和分解温度之间范围宽）、电绝缘性能好、小球表面带有负电荷并且电荷小，而且它表面的球状外形十分均匀，因此他的分散性能也十分良好。
1.2.2 聚苯乙烯的制备方法
聚苯乙烯作为一种被人们广泛使用的合成材料，它的合成早已有了成熟的工艺路线。除了本次试验中使用的分散聚合法来制备聚苯乙烯（PS）微球，聚苯乙烯（PS）的制备方法还包括乳液聚合法、被工业上广泛采用的重要聚合法——悬浮聚合法、球径较大的聚苯乙烯（PS）微球制备方法——种子聚合法、微球粒径形貌圆润均匀的制备方法——沉淀聚合法以及无皂乳液聚合法。
1.乳液聚合法
聚合物纳米粒子的研究发展非常迅猛，早在20世纪初期，乳液聚合法就已经进入人们的视野。但由于这一方法才刚刚为人们所发掘，具体的操作步骤、工艺路线还不是很成熟，因此还处于实验室中的科研实验阶段。经过数十年的发展后，工艺路线、药剂的使用等已经成熟，因此被应用于工业生产。但是由于聚合物本身的热敏性和粘弹性等因素，因此在制备聚苯乙烯微球时，很难像制备一些粉末颗粒一样采用粉碎、研磨、烧结等方法制备。乳液聚合法的出现正好解决了这一问题，乳液聚合法采用了一种亲水性较弱的制备方法——单体制备，为聚苯乙烯（PS）微球等聚合物纳米粒子的制备提供了有效的方法[5]。
采用乳液聚合法制备的聚苯乙烯（PS）微球，制备的微球粒径范围适中，一般在几十纳米到几百纳米之间，微球的粒径会随着乳液浓度的降低而增加。相比较于其他的聚苯乙烯微球制备方法，乳液聚合法有着操作简单，药剂和实验仪器使用少，易于上手等特点。并且采用乳液聚合法制备聚苯乙烯微球的反应速度快、周期时间短，得到的小球外形均匀、微球的粒径于粒径之间相差范围小。最重要的是，乳液聚合法制备聚苯乙烯微球的成本较低。因为在制备过程中采用水作为溶剂，它几乎不需要在制备成本中考虑，并且用水作为溶剂，也无需耗费大量的财力物力来处理污水，只需要简单的处理后即可排放。美中不足的是采用乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球的纯度不能让人满意，由于在制备过程中使用了乳化剂，因此在得到的聚苯乙烯微球中或多或少残留着乳化剂。为了得到纯净的固体聚苯乙烯粉末，必须在制备的后期加入提纯这一步骤来降低粉末中的杂质。但是，乳化剂不可能完全去除，因此最终会影响成品的电性能和光学性能等等[6]。
2.分散聚合法
分散聚合法是一种特殊的沉淀聚合法，这一词汇首先是由ICI公司提出的。而发展到现在，分散聚合法已经成为了制备0.1~15微米聚苯乙烯微球最常见的、一步到位的方法。因为在利用分散聚合法制备聚苯乙烯微球的过程中，微球的成型很快，在反应初始阶段就有形核出现。因为其形核出现快的这一特点，在制备过程中容易得到均匀分布的聚苯乙烯微球，并且成为了制备微米级别聚苯乙烯微球和制备单分散微球的主要方法[7~9]。当然，在分散聚合法的反应过程中，改变各阶段药品的配置比例，也会影响最终得到的微球粒径[10]。
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