纳米|大气环境下采用激光清洗辅助激光烧蚀在宽带超低反射率的硅表面制备多尺度微纳结构( 五 ) mms|探测器|太阳能电池

长波长范围内硅的抗反射性能相对较差。到目前为止，还没有关于在环境空气中直接制造增强中红外吸收的黑硅的报道。在此背景下，我们证明了在2.5-16μm范围内，其增透性能随波长的变化而改善。如图8所示，实验实现了硅的MIR吸收在宽波长范围内的显著增强。结果表明，在宽频带反射低于6.6%的情况下，平均反射率降低到4.98% ，比初始Si表面提高了8.7倍。特别是在2.5 ~ 10 μm范围内，获得了低于5.0%的反射率，平均反射率为4.3% ，这是目前所知激光加工技术在硅表面实验获得的最低反射率。

图8 通过激光清洗辅助激光消融照射和未处理硅制备的微纳米结构在MIR区(波长为2.5 ~ 16 μm)的反射光谱。
该增透结构是在环境空气中通过超快激光与硅表面的相互作用自然就地形成的，不需要添加额外的材料。这种方法不仅简化了实验装置，大大降低了加工成本，而且可以在大范围内制造出宽频带超低反射率硅表面。这些优点使制备的方法成为实用太阳能电池和光电子探测器的理想选择。
4. 结论
本文提出了一种简单经济的方法，通过激光清洗辅助飞秒激光烧蚀在环境空气中的硅表面来制造多尺度的微纳米复合结构。该方法有潜力超过最先进的方法，用于宽带超低反射率硅表面。解决了激光加工制备黑硅需要保护气体的问题。利用激光烧蚀技术在高激光能量密度下制备了大面积氧化层覆盖的微结构。采用氟化氢选择性刻蚀的简单方法，通过去除硅材料表面的氧化物，证明了降低硅材料反射率的有效方法。
激光清洗是为了去除激光处理表面的氧化物沉积，以提高材料表面的反射率而提出的创新。激光清洗不仅能有效地消除硅表面的氧化物沉积，还能诱导硅表面形成小尺度的微细结构和纳米结构。硅材料的平均反射率由23.98下降到5.3% 。明显优于HF腐蚀后的平均反射率(9.2%) 。为了解决圆形激光光斑诱导微纳米结构过程中产生新的氧化物沉积粒子的问题。利用聚焦椭圆激光光斑实现对激光处理表面进行大面积、连续能量衰减的多次激光清洗，进一步提高其抗反射性能。从而全面提高增透性能。在300 ~ 2500 nm的波长范围内，平均反射率为2.06% 。宽带反射率降低到2.86%以下可见的近红外宽带光谱区域。
实验实现了硅在宽波长(2.5 ~ 16 μm)范围内红外吸收的显著增强。当宽频带反射率低于6.6%时，平均反射率降低到4.98%(在红外波段比初始Si表面提高8.7倍) 。特别是在2.5 ~ 10 μm范围内，反射率在5.0%以下，平均反射率为4.3% 。同时，椭圆光斑的激光清洗效率比圆形光斑提高了4.8倍。这对于未来硅基太阳能电池和光电子探测器的应用是有利的。
来源：Multi-scale micro-nano structures prepared by laser cleaningassisted laser ablation for broadband ultralow reflectivity silicon surfaces inambient air ， Applied Surface Science ， doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.145182
【纳米|大气环境下采用激光清洗辅助激光烧蚀在宽带超低反射率的硅表面制备多尺度微纳结构】参考文献：N.D. Bronstein L. Li L. Xu Y. Yao V.E. Ferry A.P. AlivisatosR.G. Nuzzo ， Luminescent solar concentration with semiconductor nanorods andtransfer-printed micro-silicon solar cells ， ACS Nano 8 (2013)pp. 44-53