基於駐波格線的陷光微結構離子泡加工理論和方法研究

《基於駐波格線的陷光微結構離子泡加工理論和方法研究》是依託杭州電子科技大學，由吳立群擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於駐波格線的陷光微結構離子泡加工理論和方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳立群
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

太陽能利用關乎能源危機解決，而光電轉化效率低已成為光伏技術發展的主要瓶頸。陷光微結構是光伏電池的光吸收器'，主流工藝是以HF為核心的濕法加工，它存在自催化、過程不可控以及結構簡單等問題，嚴重影響光吸收效率。該項目以多晶矽陷光微結構加工理論和方法為研究對象，在濕法工藝基礎上，提出駐波格線控制離子、離子泡加工思想，最佳化濕法加工原理。通過施加兩組正交超音波，建立平面駐波，形成由波節組成的格線，控制離子運動；通過聲空化電效應和濕法加工固有特性，空化激發格線上離子，建立帶電場離子泡；施加第三維垂直超音波，受加工過程中漸次出現的周期性結構非線性調製，產生倍周期分岔現象，形成混沌性格線，從而提高高級陷光微結構可製造性。創新點在於利用機械振動、物理駐波和聲空化效應，把原本一個個雜亂無章的離子格線成一個個大小和運動可控的高能離子泡，把駐波圖案映射成高吸收率的陷光微結構，建立格線化加工理論和方法。

結題摘要

當今世界，新能源技術利用露出鋒芒，原油市場逐步步入探底時期，太陽能、岩頁氣、風電等開始重構能源市場。太陽能利用關乎世界能源安全和世界氣候安全。在太陽能新能源技術中，多晶矽仍然占據主流，而光電轉化效率低仍然是制約太陽能技術發展的主要瓶頸。提高多晶矽陷光微結構的光吸收率仍然是當前世界太陽能新能源技術研究的前沿熱點。項目研究工作主要圍繞兩大核心問題展開，一是在主流工藝上提出超聲駐波格線控制離子、離子泡加工思想，通過施加兩組正交超音波，建立平面正交駐波，形成由波節波腹組成的格線，控制離子運動範圍，把原本一個個雜亂無章的離子格線成一個個大小和運動可控的高能離子泡，克服它自身存在的自催化、離子運動過程不可控以及濃度分布不均勻等問題，最佳化以HF為核心的濕法加工原理，提高陷光微結構製造可控性和一致性；二是以多晶矽高級陷光微結構單元構建為研究對象，提出高性能微結構陷光機制、結構形式以及加工原理，在濕法工藝基礎上，施加多頻超聲陣列，建立獨特超聲加工方法。研究成果主要體現在三大方面，一是利用超聲振動、物理駐波和離子效應，把駐波圖案映射成高吸收率的陷光微結構，多晶矽的光減反率顯著改善，與單晶矽的水平一致，多晶矽實測減反率為10%，並建立離子逃逸機率模型；二是套用離子泡帶電場控特性，在矽內部首次加工出2D圓弧形微結構和測定重要控制參數；三是研究提出微結構分形陷光機制並建立相應的分形超聲陣列加工方法，在多晶矽表面形成新穎分形陷光微結構單元，光吸收率大幅增加，理論上減反率可進一步改善為6%。原創研究成果在於利用超聲懸浮、陣列聚焦等技術提出封閉式加工方法，初步形成複合場超聲動態聚焦內加工思想和新的課題組研究方向。研究試驗成果已在與浙江東陽橫店東磁集團太陽能事業部洽談開展實驗室驗證和工藝可行性試驗。研究期間，共發表期刊論文和會議論文18篇，其中國際刊物6篇、國內一級期刊4篇，數學期刊2篇，SCI、EI收錄總計7篇，完成研究論文預期成果；申報發明專利10項，其中已授權發明專利1項、發明專利公開3項，新型實用專利授權2項，專利完成遠遠超出預期。參加國際學術會議6次，其中到美國洛杉磯、休斯敦各1次，與英國、韓國等專家各交流探討1次。課題組新獲得相關研究項目4項。總體按計畫開展核心內容研究，取得預期成果，為新的研究目標奠定了新的基礎。