题目：二级纳米陷光结构在晶硅太阳能电池中的应用

       在各种半导体材料当中，由于硅材料成本低廉、储量丰富、无毒、长期稳定以及工艺成熟等特点，因此成为了制备半导体、电子、光伏器件的首选材料。单晶硅和多晶硅太阳能电池占据80%以上的市场份额。对于这类太阳能电池，他们的主要成本来源于所用材料的成本，例如晶体硅片的自身消耗成本占据了接近50%。降低成本最有效的方式就是提高太阳能电池的效率。充分利用陷光效应可以有效提高太阳能电池的效率、降低成本，所以成为了最受关注有效措施。对于典型的单晶硅电池，为了增加陷光效应，一般会在单晶硅电池表面制备微米级的金字塔形的绒面结构。这种结构已经被证实可以获得有效的陷光效应。但是相对于传统能源，目前的晶体硅太阳能电池的成本依然较高。理论和实验研究的结果都表明，可以利用纳米结构的波动光学的原理，通过引入这些纳米结构，进一步提高晶体硅电池的效率。本文主要介绍了两种纳米结构对晶体硅太阳能电池性能的影响。

       本文首先介绍了利用阳极氧化铝模板制备纳米级的二级绒面结构。我们发现通过阳极氧化铝模板，我们可以在已经形成的金字塔结构上制备类光子晶体结构。通过紫外可见近红外光谱，光学测试结果表明这种类光子晶体结构可以有效降低反射率。在400 nm处，反射率从原始的52%降低到2%，在550 nm处，反射率从30%降低到1%，在800 nm处，从20%降低到2%。通过在单晶硅太阳能电池中引入类光子晶体结构，我们还发现在450-1000 nm波长范围内，电池的外量子效率也得到了有效地增强。特别指出的是，在500-850 nm波长范围内，平均外量子效率从80%提高到90%。进而，单晶硅电池的短路电流密度从29.56 mA/cm2 提高到31.92 mA/cm2。我们可以将上述结果的发生归因于类光子晶体结构的衍射原理。

       然后介绍了，通过在单晶硅太阳能电池上喷射硝酸银和柠檬酸钠的混合溶液，在电池的金字塔结构表面制备可以作为催化剂的银纳米颗粒。通过金属辅助湿化学刻蚀，在银纳米颗粒的辅助下，在金字塔表面形成纳米坑，银纳米颗粒则保留在纳米坑的底部。纳米坑和底部的银纳米颗粒一起构成复合纳米结构。为了探究复合结构对电池性能的影响，我们制备了完整的未刻蚀和经过刻蚀的单晶硅太阳能电池。我们发现复合结构可以使得反射率有效地降低，入射光有效地被捕获，对于未沉积氮化硅的的单晶硅电池，外量子效率提高了17%，并且对该电池施加1V反向偏压后，外量子效率能够得到进一步提高。当入射光照射到带有银纳米颗粒的单晶硅电池上时，局域表面等离子共振效应在405 nm和810 nm左右被激发。在紫外光区，外量子效率的增强主要源于局域表面等离子体共振效应的激发。同时，有效介质效应也有利于有效陷光效应的实现。最后，我们对局域表面等离子共振效应和有效介质效应如何影响单晶硅太阳能电池的性能做出了详细的解释。