金刚石纳米针阵列光吸收层及其制备方法技术

本申请提供一种金刚石纳米针阵列光吸收层及其制备方法，涉及材料领域。金刚石纳米针阵列光吸收层的制备方法，包括：在硅基底上采用微波等离子化学气相沉积法制备金刚石薄膜，然后采用电子回旋共振微波等离子化学气相沉积法对所述金刚石薄膜进行干法刻蚀成纳米针阵列结构。金刚石纳米针阵列光吸收层，使用所述的金刚石纳米针阵列光吸收层的制备方法制得。本申请提供的金刚石纳米针阵列光吸收层的制备方法，制得的光吸收层属于金刚石纳米针阵列光吸收层，具有优异的光吸收性能，耐高温、抗化学腐蚀。化学腐蚀。化学腐蚀。

【技术实现步骤摘要】
金刚石纳米针阵列光吸收层及其制备方法


[0001]本申请涉及材料领域，尤其涉及一种金刚石纳米针阵列光吸收层及其制备方法。

技术介绍

[0002]金刚石通过掺杂可以调控吸光效率和电导率，无掺杂的金刚石在可见光至远红外波段有非常高的透光率，一般被认为是从可见光到远红外的“透明”材料，工程师利用这特点并应用到红外激光器窗口及红外系统的窗口。而通过不同的掺杂手段，不但可以调控金刚石的能带间隙更可以进一步调控不同波段的光吸收率，另外，可以利用纳米化手段来改变材料本身的光吸收率，最著名的例子是在1998年哈佛大学Mazur教授透过高功率激光把硅进行纳米化改造,形成“黑硅”，并大幅度提高硅材料的光吸收率，为以后硅基太阳能光伏的发展打下重要基础。
[0003]目前，大多数可控结构，密度的纳米结构阵列通常采用光刻掩膜后的选择性生长以及选择性刻蚀的技术进行实现，但光刻技术带来的高成本、二次污染的弊端以及光刻胶的旋涂技术，刻蚀后掩膜的制备与去除对制备出的纳米结构重大影响则直接导致了纳米阵列加工具有较高的难度。金刚石材料具有独特的光学特性,亦有较大的能带,通过掺杂可调能带,亦耐高温、耐酸碱腐蚀等优异性能。但同时亦令金刚石难以进行纳米化,难以提高材料本身的光吸收率。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种金刚石纳米针阵列光吸收层及其制备方法，以解决上述问题。
[0005]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0006]一种金刚石纳米针阵列光吸收层的制备方法，包括：
[0007]在硅基底上采用微波等离子化学气相沉积法制备金刚石薄膜，然后采用电子回旋共振微波等离子化学气相沉积法对所述金刚石薄膜进行刻蚀。
[0008]优选地，所述硅基底为晶向为100、电阻值介于1至10Ω之间的n型硅片。
[0009]优选地，所述硅基底在使用前进行预处理，所述预处理包括：
[0010]用金刚石颗粒悬浊液对所述n型硅片进行抛光，然后放入酒精和丙酮的混合溶液中进行超声清洗。
[0011]优选地，所述金刚石颗粒悬浊液中的金刚石的粒径为1
‑
5000nm。
[0012]优选地，所述微波等离子化学气相沉积法使用体积比为(0.1％
‑
5％)：(95％
‑
99.9％)的甲烷、氢气的混合气体作为气体前驱体，所得金刚石薄膜为多晶金刚石薄膜；
[0013]或者，
[0014]所述微波等离子化学气相沉积法使用体积比为(1％
‑
20％)：(80％
‑
99％)的甲烷、氢气的混合气体作为气体前驱体，所得金刚石薄膜为纳米晶金刚石薄膜；
[0015]或者，
[0016]所述微波等离子化学气相沉积法使用体积比为10％：(40％
‑
60％)：(30％
‑
50％)的甲烷、氢气、氮气的混合气体作为气体前驱体，所得金刚石薄膜为超纳米晶金刚石薄膜。
[0017]优选地，所述微波等离子化学气相沉积法中，微波功率为0.5
‑
2kW。
[0018]优选地，所述微波等离子化学气相沉积法制备所述金刚石薄膜的过程中，气体前驱体的总流量为100
‑
1000SCCM，工作温度为650
‑
1200℃，工作压强为10
‑
50Torr，微波功率为0.5
‑
2kW，时间为12
‑
48h。
[0019]优选地，所述刻蚀的过程中，腔室中心产生磁感应强度为500
‑
2000G的磁场。
[0020]优选地，所述刻蚀的工作气体为体积比为(60
‑
80)：(10
‑
30)：(0
‑
10)的氦气、氩气、氮气的混合气体；微波功率为800
‑
2000w，温度为25
‑
1000℃，工作压强为10
‑4‑
102Torr，时间为1
‑
24h。
[0021]本申请还提供一种超纳米晶金刚石纳米针阵列光吸收层，使用所述的超纳米晶金刚石纳米针阵列光吸收层的制备方法制得。
[0022]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
[0023]本申请提供的金刚石纳米针阵列光吸收层的制备方法，使用微波等离子化学气相沉积法制备金刚石薄膜，然后通过电子回旋共振微波等离子化学气相沉积法对金刚石表面进行处理，使其形成纳米针阵列，在刻蚀过程中使用电子回旋共振离子源提高粒子能量，增加刻蚀效率。
[0024]本申请得到的金刚石纳米针阵列光吸收层，与平面金刚石层相比,表面面积大大提高,亦增加金刚石材料在可见光及红外光波段显着增强的吸旋光性能，具有高于95％的光吸收率以及高光电转换效率，同时兼具金刚石出色的电学特性，如高载流子迁移率，高电导率和低电流泄漏等性质，因此可以应用于太阳能电池吸光层、光热转换涂层等领域，提升太阳能电池的性能。
[0025]本申请得到的金刚石纳米针阵列光吸收层，极度耐高温，其熔点为3000
‑
3550摄氏度；该光吸收层耐化学侵蚀，具有耐酸和耐碱的特性。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
[0027]图1为实施例1制备得到的超纳米晶金刚石薄膜的SEM图；
[0028]图2为实施例1制备得到的刻蚀后的超纳米晶金刚石薄膜的SEM图；
[0029]图3为实施例2制备得到的多晶金刚石薄膜的SEM图；
[0030]图4为实施例2制备得到的刻蚀后的多晶金刚石薄膜的SEM图；
[0031]图5为实施例3制备得到的纳米晶金刚石薄膜的SEM图；
[0032]图6为实施例3制备得到的刻蚀后的纳米晶金刚石薄膜的SEM图；
[0033]图7为对比例1制备得到的刻蚀后的超纳米晶金刚石薄膜的SEM图；
[0034]图8为对比例2制备得到的刻蚀后的多晶金刚石薄膜SEM图；
[0035]图9为对比例3制备得到的刻蚀后的纳米晶金刚石薄膜SEM图；
[0036]图10为对比例4制备得到的刻蚀后的多晶金刚石薄膜SEM图；
[0037]图11为对比例5制备得到的刻蚀后的纳米晶金刚石薄膜SEM图；
[0038]图12为对比例6制备得到的刻蚀后的纳米晶金刚石薄膜SEM图；
[0039]图13为本申请实施例制得的超纳米晶、多晶和纳米晶金刚石的纳米针阵列在3
‑
25um光波范围的光反射率曲线；
[0040]图14为本申请实施例制得的超纳米晶、多晶和纳米晶金刚石的纳米针阵列在350
‑
1200nm光波范围的光反射率曲线。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石纳米针阵列光吸收层的制备方法，其特征在于，包括：在硅基底上采用微波等离子化学气相沉积法制备金刚石薄膜，然后采用电子回旋共振微波等离子化学气相沉积法对所述金刚石薄膜进行刻蚀。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅基底为晶向为100、电阻值介于1至10Ω之间的n型硅片。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硅基底在使用前进行预处理，所述预处理包括：用金刚石颗粒悬浊液对所述n型硅片进行抛光，然后放入酒精和丙酮的混合溶液中进行超声清洗。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金刚石颗粒悬浊液中的金刚石的粒径为1
‑
5000nm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微波等离子化学气相沉积法使用体积比为(0.1％
‑
5％)：(95％
‑
99.9％)的甲烷、氢气的混合气体作为气体前驱体，所得金刚石薄膜为多晶金刚石薄膜；或者，所述微波等离子化学气相沉积法使用体积比为(1％
‑
20％)：(80％
‑
99％)的甲烷、氢气的混合气体作为气体前驱体，所得金刚石薄膜为纳米晶金刚石薄膜；或者，所述微波等离子化学气相沉积法使用体积比为10％：(40％
‑
60％)：(30％
‑
50％)的甲烷、氢气、氮气的混合气体作为气体前驱体，所得金刚石薄膜为超纳米晶金刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁牧锋，王春栋，梁永波，叶彦恺，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳，
类型：发明
国别省市：