矽納米晶薄膜材料的空間粒子輻照及原子氧侵蝕研究

《矽納米晶薄膜材料的空間粒子輻照及原子氧侵蝕研究》是依託清華大學，由李正操擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：矽納米晶薄膜材料的空間粒子輻照及原子氧侵蝕研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：李正操
• 項目類別：面上項目

項目摘要

作為清潔的可再生能源，太陽能受到了國內外的廣泛關注。納米多晶矽薄膜材料，由於其原料豐富、無毒、轉換效率高且價格相對低廉，成為了最具潛力的太陽能電池材料之一。而太陽能電池在外空間的套用，對納米多晶矽薄膜在高能粒子輻照、原子氧侵蝕等空間套用環境下的行為研究提出了緊迫要求。本項目力圖研究：通過調控鍍膜參數，尋找合適的沉積方法，生長出表面具有納米分立結構的，質地均勻，化程度和晶粒大小可控的矽納米晶薄膜，並且對生長過程進行追蹤觀察，並利用相關理論闡釋薄膜的沉積和晶化過程。掌握基於氣相沉積法製備不同表面納米結構薄膜的方法，實現對其結構參數的調控。研究所製備薄膜有關光電性能與薄膜本身組織、形貌、結構的關係，在矽納米晶薄膜體系中建立從結構到性能的關係，從而實現通過製備條件對薄膜性能的有效調控。了解和闡明高能粒子輻照及原子氧侵蝕與對薄膜表面作用的微觀機制及損傷機理，並提出可能的防護方法。

結題摘要

本項目在製備高穩定性的非晶矽薄膜的基礎上，引入聚苯乙烯小球模板和反應離子刻蝕技術，製備得到具有分立結構的非晶矽薄膜，以達到表面制絨的效果。系統地分析不同薄膜製備條件和分立結構尺寸對矽納米晶薄膜光吸收性能和光學帶隙的影響規律。圍繞薄膜在氙離子輻照條件下的結構變化、光學帶隙調控和光吸收性能演化，加深對其抗輻照性能及輻照損傷機制的認識，揭示矽基薄膜材料的光吸收性能與微結構及製備條件的關聯性，這對於空間能源技術的發展將具有十分重要的意義。為提高光吸收率和光電轉換效率，可通過能帶結構方法調控矽納米材料由間接帶隙變成直接帶隙。我們研究製備出核心直徑小於10 nm，且具有直接帶隙的核殼結構矽納米線陣列。在此基礎上，系統調控矽納米線的尺寸和間距，並探索了矽納米線及異質結構作為場發射材料和氣敏材料的性能。