国家自然科学基金(11204250)
- 作品数：10 被引量：17H指数：3
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- 相关机构：西南科技大学中国科学技术大学中国工程物理研究院更多>>
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- 相关领域：电子电信理学动力工程及工程热物理更多>>
- 空气中和水下激光等离子体冲击波对硅表面形貌的影响被引量：3
- 2015年
- 利用Nd：YAG纳秒脉冲激光（波长为532nm）分别在空气中和水下对单晶硅进行单脉冲辐照，研究了在介质／硅片界面产生的激光等离子冲击波对硅表面形貌的影响。通过压电传感器对辐照过程中冲击波力学信号进行采集，利用扫描电子显微镜（SEM）对辐照后的硅片进行表征。结果表明：在相同能量强度下，水下辐照硅表面所产生的冲击波平均速度为空气中的1．5～2倍，力学强度约为空气中的10倍；水下硅表面的熔坑中心处出现了许多凸起的球状物以及下凹的孔洞，边缘处没有沉积物且具有波纹状结构，而空气中硅表面熔坑中心处较为光滑，边缘处具有一圈圈的沉积物。研究表面，在介质／硅片界面产生等离子冲击波所引起的热-力学效应是硅表面形貌形成的主要原因。与空气介质相比，在水下由于水的约束作用而引起更大的冲击波力学强度，以及由于水的存在而发生爆发式沸腾的热学现象共同导致了在水下和空气中硅表面形成了截然不同的形貌。
- 周子豪李晓红谢长鑫朱敏冯杰
- 关键词：激光技术激光等离子体单晶硅表面形貌
- 飞秒激光诱导钛表面形成高空间频率周期条纹结构被引量：2
- 2017年
- 利用波长为800nm的飞秒激光,在空气和去离子水中诱导钛表面形成不同的周期条纹结构。在空气中,激光能量密度为0.265J/cm^2时,钛表面主要形成周期为500~560nm低空间频率条纹结构;激光能量密度为0.102J/cm^2时,主要形成的是周期为220~340nm高空间频率条纹结构。两种条纹均垂直于入射激光偏振方向,且条纹周期随着脉冲重叠数的增大而增大。在水中,除形成垂直激光偏振方向、周期为215~250nm的高空间频率条纹结构,还形成了平行于激光偏振方向且周期约为入射激光波长八分之一的高空间频率条纹结构。利用表面等离子体理论、二次谐波及Sipe理论对各种周期条纹结构的形成机理进行分析,发现周期条纹结构的形成与钛表面氧化层有密切的关系。
- 刘凯军李晓红王凯周强杨永佳邱荣
- 关键词：飞秒激光二次谐波表面等离子体
- 脉冲激光制备银掺杂硅及其红外性能研究
- 2018年
- 通过磁控溅射交替镀硅-银-硅多层薄膜并结合532 nm纳秒脉冲激光熔融处理的方式制备了具有较高红外吸收的银掺杂多晶硅薄膜材料。红外光吸收测试表明掺杂银的硅薄膜在大于1 200 nm波长区域具有显著的红外增强吸收,最高红外吸收系数约为2.7×103cm-1,远高于单晶硅材料,并且呈现出较为明显的亚能带吸收特点。经X射线衍射分析结果表明,经过脉冲激光处理后的掺杂硅薄膜部分结晶,结晶率约为25%,具有多晶结构。硅膜层中银原子掺杂的粒子数浓度达到8.5×1019cm-3,达到超掺杂浓度。同时薄膜层具有较高的载流子浓度,超过5×1018cm-3。红外吸收系数与结晶率之间呈现正相关性。该方法可以较为方便地制备适用于多种不同深能级元素的超掺杂硅光电薄膜材料,且具有较为明显的红外增强吸收。
- 王凯李晓红张延彬温才刘德雄
- 关键词：红外吸收
- 单脉冲纳秒激光诱导硅表面微结构被引量：4
- 2014年
- 利用Nd:YAG纳秒脉冲激光(波长532nm)在空气中对单晶硅表面进行单脉冲辐照,研究了激光能量密度和光斑面积变化对微结构的影响。通过场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜(AFM)对样品表征,并对纳秒激光辐照硅的热力学过程进行分析。结果显示:当脉冲激光的能量密度接近硅的熔融阈值且光斑直径小于8μm时,形成尖峰微结构;随着能量密度或光斑面积增大,尖峰结构消失,形成边缘隆起和弹坑微结构。通过流体动力学模型得到微结构形貌的解析解,模拟得到的微结构形貌与实验测得的AFM数据一致。研究表明微结构的形成主要是由于表面张力引起的熔融硅流动。表面张力与表面温度和表面活性剂的质量浓度有关。温度梯度引起的热毛细流作用和表面活性剂浓度引起的毛细作用共同影响下形成尖峰、边缘隆起和弹坑微结构。
- 谢长鑫李晓红朱敏杨永佳邱荣
- 关键词：纳秒激光单晶硅微结构
- 碳酸钠制备单晶硅绒面的研究被引量：1
- 2014年
- 为了提高单晶硅太阳电池的光电转换效率,采用了一种新型无毒碳酸钠强碱盐溶液对单晶硅表面进行腐蚀,制备类似金字塔绒面,降低硅片表面的反射率增加光谱吸收,研究溶液的质量分数、制绒时间,以及碳酸氢钠的质量分数对制绒效果的影响.研究结果表明：质量分数为13.0%的Na2CO3溶液在95℃下23 min时制备的绒面反射率最低.向Na2CO3溶液中添加Na HCO3制备出的绒面反射率更低,在400~800 nm光谱范围平均反射率可达11.150%,而且绒面上的金字塔体积更小,分布更均匀.比较传统的碱与醇的混合液,碳酸钠溶液制绒过程中无需添加异丙醇（IPA）,无毒无污染,成本更低廉.
- 刘德雄李晓红李文秀
- 关键词：单晶硅碳酸钠各向异性刻蚀金字塔反射率
- 一种新型低成本的单晶硅表面织构化方法的研究被引量：1
- 2014年
- 为了增加单晶硅太阳电池的光谱吸收,提高太阳能电池的光电转换效率,用一种新型的腐蚀剂磷酸钠对单晶硅表面进行织构化研究,分析腐蚀液的浓度、反应时间、反应温度对制备单晶硅太阳能电池绒面的影响,并研究添加剂异丙醇(IPA)对磷酸钠(Na3PO4·12H2O)制绒效果的影响.当磷酸钠的浓度为13%wt,反应温度为85℃,反应时间为25min时能制备出金字塔大小均匀、覆盖致密的绒面,并在400-800nm光谱范围内获得最低反射率12.41%.适量的添加IPA有助于制绒效果的改善,可以使反射率更低.此制绒方法重复性好、价格低廉,是一种很有前景的制绒方法,可以进行大面积生产.
- 刘德雄张定李晓红李同彩
- 关键词：单晶硅反射率湿法腐蚀磷酸钠绒面
- 飞秒纳秒脉冲激光微构造和掺杂单晶硅(英文)
- 2015年
- 在SF6气氛下,分别利用钛宝石飞秒脉冲激光与掺钕钇铝石榴石纳秒脉冲激光对单晶硅表面进行了微构造和重掺杂,以用于光伏材料。对制备的单晶硅表面微结构的形貌、结晶性和硫元素杂质含量与分布进行了研究。实验结果表明纳秒脉冲激光制备的单晶硅表面微结构的薄层电阻较小,缺陷密度较低(结晶性高),硫元素杂质含量较高且在表面分布的范围较广,深度较大(约1μm)。此外,材料的可见-近红外波段吸收率可接近80%。基于纳秒脉冲激光微构造的单晶硅的优异性能,在样品表面制备了有效光照面积达8cm2的太阳能电池。其中,最佳太阳能电池的串联电阻、开路电压、短路电流密度分别为0.5Ω,503mV,35mA/cm2,转换效率约12%。上述太阳能电池性能还可通过优化制备工艺进一步提高。
- 温才李晓红贺小庆段晓峰邱荣刘德雄唐金龙胡思福
- 关键词：飞秒脉冲激光微构造掺杂太阳能电池
- 磁控溅射结合脉冲激光制备钛掺杂硅薄膜的研究（英文）
- 2018年
- 发展了一种改进的新型超掺杂工艺,通过真空磁控溅射多层镀膜后结合532nm波长可见纳秒脉冲激光熔融处理,进行超掺杂钛的硅薄膜材料的制备,并对材料的超掺杂层的性质和红外吸收性能进行了探究.结果表明,硅膜层中掺杂的钛原子的百分比浓度超过1%左右,对应钛原子浓度约为5×10^(20) cm^(-3)左右,超过钛在硅中形成超掺杂所对应的原子浓度.钛超掺杂层的厚度超过200nm左右,相对传统工艺具有明显提升,并且钛原子的浓度变化范围不超过20%,分布比较均匀.小角度X射线衍射测试表明经过可见脉冲激光熔融处理后的硅薄膜层材料结晶度为25%左右,呈多晶结构.同时红外吸收谱测试表明,样品的钛掺杂硅膜层在大于1 100nm波长的区域具有很高的红外吸收效果,最高的红外吸收系数达到1.2×10~4 cm^(-1),远超过单晶硅材料.具有比较明显的亚能带吸收的特征,呈现出Ec-0.26eV的掺杂能级.霍尔效应测试表明硅膜层具有较高的载流子浓度,超过了8×10^(18)cm^(-3).
- 王凯李晓红张延彬温才刘德雄
- 关键词：激光物理脉冲激光磁控溅射深能级杂质
- 飞秒脉冲激光辐照下硅表面光致荧光特性(英文)被引量：2
- 2014年
- 采用钛宝石飞秒脉冲激光对单晶硅在空气中进行辐照,研究了硅表面在不同扫描速度和能量密度下的光致荧光特性。光致荧光谱(PL)测量表明,在样品没有退火处理的情况下,激光扫描区域观察到橙色荧光峰(603nm)和红色荧光带(680nm附近)。扫描电子显微镜(SEM)测量显示,在飞秒脉冲激光辐照硅样品的过程中硅表面沉积了大量的纳米颗粒。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)检测到了低值氧化物SiOx(x<2)的存在,并且结合能谱仪(EDS)检测结果发现氧元素在光致发光中起着重要作用。研究表明:603nm处橙色荧光峰来自微构造硅表面低值氧化物SiOx,680nm附近红色荧光带来自量子限制效应。同时样品表面硅纳米颗粒的尺寸和氧元素的浓度分别决定了红色荧光带和橙色荧光的强度,通过调节飞秒激光脉冲的扫描速度和能量密度,可以有效地控制样品的荧光强度。
- 朱敏李晓红谢长鑫常利阳杨永佳邱荣
- 关键词：飞秒脉冲激光单晶硅微构造
- 飞秒脉冲激光辐照对硅发光性能的影响被引量：4
- 2014年
- 利用飞秒脉冲激光对单晶硅进行辐照,研究了在不同环境(纯水和空气)和能量密度条件下激光刻蚀过后硅片的光致荧光特性.对于辐照后的硅片,利用了场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、光致荧光光谱仪(PL)进行表征.结果显示:在空气中样品表面形成了条纹状微结构,纯水中硅片表面生成了尺寸更小的珊瑚状微结构;激光刻蚀后在硅片表面的生成物主要是SiOx(x<2),在纯水中处理后硅片氧元素的含量接近是空气中的4倍;傅里叶变换红外透射谱中主要为Si—Si键(610 cm-1)和Si—O—Si键(1105 cm-1)的振动;在空气和纯水中激发出的荧光均为蓝光(420—470 nm),在各自最佳激发波长下,纯水中荧光强度比空气中强2到3倍,但是在可见光范围内荧光峰的位置和形状都基本没有发生变化.研究表明:氧元素在光致发光增强上起着重要作用,光致发光最主要是由形成的氧缺陷SiOx(x<2)导致的,生成低值氧化物SiOx的多少决定了发光的强弱.
- 朱敏李晓红李国强常利阳谢长鑫邱荣李家文黄文浩
- 关键词：飞秒脉冲激光
