Investigation of electrochemically produced black silicon with silver nanoparticles

• Autorzy: Jarimaviciute-Zvalioniene R. , Kaminskiene Z. , Prosycevas I. , Lapinskas S.

Warianty tytułu

PL

Badania wytworzonego elektrochemicznie czarnego krzemu z nanocząstkami srebra

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Black silicon is new material, which first time was produced in 2006, using femtosecondary laser. Using electrochemically performed black silicon we can produce cheaper solar cells with higher efficiency, comparing to monocrystalline and polycrystalline silicon solar cells, what is important economically today. Efficiency of solar cells also can be increased by application of nanoparticles with inherent plasmon resonance properties. Black silicon with precipitated plasmonic nanoparticles (such as silver or gold) can revolutionary change the market of solar cells. In this work the black silicon were prepared electrochemically from n-type (100) silicon wafers at room temperature in HF:H2O:C2H5OH solution by ratio 2:1:1, using ultrasound excitation of 4.4 mW. The silver nanoparticles were precipitated from silver nitrate and sodium citrate colloidal solution. The structures of black silicon and black silicon with silver nanoparticles were investigated by SEM and lower reflection coefficient of samples of black silicon with Ag nanoparticles was detected. The size of Ag nanoparticles has varied from 30 to 70 nm. Presence of silver on silicon surface was detected by SEM-EDX technology.

PL

Czarny krzem jest nowym materiałem, który został wyprodukowany po raz pierwszy w roku 2006 przy użyciu lasera femtosekundowego. Wykorzystując przetworzony elektrochemicznie czarny krzem można wyprodukować tańsze ogniwa słoneczne o wyższej sprawności w porównaniu do ogniw słonecznych z monokrystalicznego i polikrystalicznego krzemu, co jest obecnie ekonomicznie uzasadnione. Sprawność ogniw słonecznych może być również zwiększona poprzez zastosowanie nanocząstek o właściwościach rezonansu plazmowego. Czarny krzem z wytrąconymi nanocząstkami plazmowymi (takimi jak srebro lub złoto) może zmienić w sposób rewolucyjny rynek ogniw słonecznych. W niniejszej pracy czarny krzem przygotowano elektrochemicznie wykorzystując struktury krzemowe typu n (100) w temperaturze pokojowej w roztworze HF:H2O:C2H5OH o proporcjach 2:1:1, wykorzystując pobudzanie ultradźwiękowe o mocy 4,4 mW. Nanocząstki srebra zostały wytrącone z roztworu koloidalnego azotanu srebra i cytrynianu sodu. Struktury czarnego krzemu i czarnego krzemu z nanocząstkami srebra zostały przebadane poprzez SEM, w wyniku czego stwierdzono niższy współczynnik odbicia próbek czarnego krzemu z nanocząstkami Ag. Rozmiar nanocząstek Ag zmieniał się od 30 do 70 nm. Obecność srebra na powierzchni krzemu została stwierdzona za pomocą technologii SEM-EDX. (Badania wytworzonego elektrochemicznie czarnego krzemu z nanocząstkami srebra).

Słowa kluczowe

EN

black silicon; silver nanoparticles; plasmon resonance; electrochemical etching

PL

czarny krzem; nanocząsteczki srebra; rezonans plazmonowy; wytrawianie elektrochemiczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 88, nr 10a
• Strony: 311--313
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jarimaviciute-Zvalioniene R.

autor

Kaminskiene Z.

autor

Prosycevas I.

autor

Lapinskas S.

• Institute of Materials Science, Kaunas University of Technology, Kaunas, Lithuania

Bibliografia

• [1] Chaoui R., Mahmoudi B. , Ahmed Y. S . , Porous silicon antireflection layer for solar cells using metal-assisted chemical etching, Physica status solidi A, 205 (2008), No.7, 1724-1728
• [2] Sheeh M.A. , Tull B.R., Friend C.M., Mazur E., Chalcogen doping of silicon via intense femtosecond-laser irradiation, Materials Science and Engineering B, 137 (2007), No.1-3, 289-294
• [3] Torres R., Vervisch V. , Halbwax M., Sarnet T., Delaporte P., Sentis M., Ferreira J., Barakel D., Bastide S., Torregrosa F., Etienne H., Roux L., Femtosecond laser texturization for improvement of photovoltaic cells: Black silicon, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 12 (2010), No.3, 621-625
• [4] Jansen H. , Boer M., Legtenberg R., Elwenspoek M. , The black silicon method: a universal method for determining the parameter setting of a fluorinebased reactive ion etcher in deep silicon trench etching with profile control, J. Micromechanic and Microenginiering, 5 (1995), 115-120
• [5] Ma L.L., Zhou Y.C., Jiang N., Lu X., Shao J . , Lu W. , Ge J . , Ding X.M. , Hou X.Y. , Wide-band “black silicon” based on porous silicon, Applied Physics Letters, 88 (2006), 171907-171910
• [6] Koynov S., Brandt M.S., Stutzmann M., Black multicrystalline silicon solar cells, Physica status solidi RRL, 1 (2007), No.2, R53-R55
• [7] Bagnall M.D., Boreland M. , Photovoltaic technologies, Energy Policy, 36 (2008), 4390-4396
• [8] Henzie J., Lee J., Lee M.H, Hasan W., Odom T.W. Nanofabrication of Plasmonic Structures, Annu. Rev. Phys. Chem., 60 (2009), 147-165
• [9] Atwater H.A. , Polman A. , Plasmonics for improved photovoltaic devices, Nature Materials, 9 (2010), 205-213
• [10] Photiphitak C., Rakkwamsuk P., Muthitamongkol P. , Sae-Kung C., Thanachayanont C., Effect of silver nanoparticles size prepared by Photoreduction Method on Optical Absorption Spectra of Ti/Ag/A719 Dye Composite films, International Journal of Mechanical and Materials Engineering, 1:1 (2010), 6-9
• [11] The “ImageJ” software is available at internet site: http://rsbweb.nih.gov/ij/
• [12] Jar imav iciute-Zval ionine R. , Formation of optical silicon structures by electrochemical etching method. Dissertation,Kaunas (2008), 122 p. (in Lithuanian)
• [13] Zeng F., Hou Ch, Shuizhu W., Liu X, Tong Z., Yu S. , Silver nanoparticles directly formed on natural macroporous matrix and their anti-microbial activities, Nanotechnology, 18 (2007), 1-8
• [14] Koynov S., Brant M.S., Stutzmann M., Black nonreflecting silicon surfaces for solar cells, Applied Physics Letters, 88 (2006), 203107-1-203107-3
• [15] Melnichenko M.M., Svezhentsova K.V., Porous silicon upon multikristaline silicon: structure and photoluminescence, Journal of Materials Science, 40 (2005), 1409-1412