在工业产线上制备了PERC结构的多晶硅太阳电池, 并研究了在电池背表面引入PERC背钝化结构对其光电转换性能的影响。结果表明：PERC背钝化结构能够提升电池的短路电流和开路电压, 光电转换效率超过了20%。结合光学仿真及分析电池的关键光电参数知, 其光电转换性能改善的原因可归结为PERC背钝化结构降低了长波太阳光子在背铝电极的寄生吸収损失和光生载流子的背表面复合损失。PERC背钝化结构能够提升多晶硅太阳电池的光电转换效率, 并且其制备工艺与传统产线兼容, 是一种优选的产业电池结构。

基于产线工艺制备了纳米绒面多晶硅太阳电池, 并表征其光电转换性能。研究结果表明: 相对传统微米绒坑, 纳米绒面能够提升多晶硅太阳电池的短路电流, 相应的光电转换效率绝对值提升大于0.4%, 产线均值光电转换效率超过了19.1%。结合漫反射光谱和外量子效率测试结果, 改进的光电转换的原因归结为纳米绒面能够有效地诱捕短波和长波太阳光子, 增强短波和长波太阳光响应。本研究证实纳米绒面多晶硅太阳电池可利用产线工艺制备且具有较高的光电转换效率, 能够实现产业化。

探究了多晶硅太阳电池表面双层氮化硅减反、钝化结构的产线工艺。示范性实验结果表明, 直接与多晶硅接触的底层氮化硅的厚度是双层氮化硅减反、钝化能力的一个关键因素。相对于单层氮化硅减反、钝化的多晶硅太阳电池, 厚度优化的双层氮化硅减反、钝化电池片的短路电流和开路电压均有所改善, 相应的光电转换效率提升超过0.2%。光电转换效率的提升归因于双层氮化硅减反、钝化结构有利于降低光损失和表面钝化。

基于金属援助硅化学刻蚀机理，成功地发展了一种形貌可控地制备硅纳米线阵列的有效方法。在该方法中，通过银纳米颗粒催化层的微结构和硅化学刻蚀的时间来调控硅纳米线阵列的形貌。扫描电子显微镜(SEM)形貌表征的实验结果证实：硅纳米线阵列的孔隙率依赖银纳米颗粒催化层的微结构，硅纳米线阵列的高度依赖于硅的刻蚀时间。这种形貌可控地制备单晶硅纳米线阵列的方法简单、有效，可用于构筑硅纳米线光伏电池等各种硅基纳米电子器件。

结合光刻工艺和金属援助硅化学刻蚀法成功地制备了图形化的硅纳米线阵列场发射阴极, 研究了其场发射性能。扫描电子显微镜照片显示,嵌入在硅衬底的硅纳米线阵列为垂直取向, 形成图形化。场发射测试与分析表明,该阴极能够有效实现场电子发射, 并且有利于获得图形化、低发散角的电子束。本研究提供了一种在硅基底上简单、有效地选域制备图形化硅纳米线阵列场发射阴极的途径, 可潜在用于构筑各种真空微电子器件。

采用半导体光刻技术在硅衬底上获得图形化掩膜,然后用热化学气相淀积(T-CVD)的方法制备了图形化的碳纳米管线阵列,用扫描电镜和拉曼光谱仪对碳纳米管进行了表征。研究了图形化碳纳米管线阵列的场发射特性,并与无图形化处理的碳纳米管薄膜样品的场发射特性进行了比较。当发射电流密度达到10 μA/cm2时,无图形化处理的碳纳米管薄膜、10 μm碳纳米管线阵列以及2 μm碳纳米管线阵列样品的开启电场分别为3 V/μm、2.1 V/μm和1.7 V/μm;而当电场强度达3.67 V/μm时,相应的电流密度分别为2.57 mA/cm2、4.65 mA/cm2和7.87 mA/cm2。 实验结果表明,图形化处理后的碳纳米管作为场发射体,其场发射特性得到了明显的改善。对改善的原因进行了分析和讨论。