Published January 1, 2022
| Version v1
Publication
Effect of sputtered silver thin film thickness towards morphological and optical properties of black silicon fabricated by two-step silver-assisted wet chemical etching for solar cells application
- 1. Umaru Musa Yar'adua University
- 2. Kaduna State University
- 3. Kaduna Polytechnic
Description
Effect of sputtered silver (Ag) thin film thickness towards morphological and optical properties of black silicon (b-Si) fabricated by two-step silver-assisted wet chemical etching for solar cells applications is investigated. The method involves low temperature annealing of crystalline silicon (c-Si) coated with Ag thin films of 10 nm, 15 nm, and 25 nm. This is followed by an etching in a solution of HF:H2O2:DI H2O (1:5:10 volume ratio) at room temperature for 70 s. Dense and spherical Ag NPs with an average diameter of 203 ± 17.8 nm and surface coverage of about 72.5% are achieved on a sample with Ag film thickness of 15 nm prior to the annealing process. After the etching, the average nanopores' height of ~420 nm with an average diameter of ~200 nm owing to denser Ag NPs on the c-Si surface before the etching are obtained. Optical absorption enhancement due to low weight average reflection (WAR) within wavelength region of 300–1100 nm is observed on the b-Si wafers. Sample with 15 nm of Ag thin film prior to annealing, demonstrates WAR of 7.7% compared 40.0% of the reference planar c-Si. The low WAR is due to the efficient light coupling effect of the b-Si nanopores. The fabricated b-Si nanopores can be used in b-Si solar cells for enhanced optical absorption and high photocurrent in the future.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتم التحقيق في تأثير سماكة الأغشية الرقيقة الفضية المتناثرة (Ag) تجاه الخصائص المورفولوجية والبصرية للسيليكون الأسود (b - Si) المصنوع بواسطة التنميش الكيميائي الرطب بمساعدة الفضة من خطوتين لتطبيقات الخلايا الشمسية. تتضمن الطريقة التلدين بدرجة حرارة منخفضة للسيليكون البلوري (c - Si) المطلي بأغشية رقيقة من Ag تبلغ 10 نانومتر و 15 نانومتر و 25 نانومتر. يلي ذلك نقش في محلول HF: H2O2:DI H2O (نسبة الحجم 1:5:10) عند درجة حرارة الغرفة لمدة 70 ثانية. يتم تحقيق الجسيمات النانونية الزراعية الكثيفة والكروية بمتوسط قطر 203 ± 17.8 نانومتر وتغطية سطحية تبلغ حوالي 72.5 ٪ على عينة بسماكة غشاء AG تبلغ 15 نانومتر قبل عملية التلدين. بعد الحفر، يبلغ متوسط ارتفاع المسام النانوية ~420 نانومتر بمتوسط قطر ~200 نانومتر بسبب الجسيمات النانوية الزراعية الأكثر كثافة على سطح c - Si قبل الحصول على الحفر. لوحظ تعزيز الامتصاص البصري بسبب انخفاض متوسط انعكاس الوزن (الحرب) داخل منطقة الطول الموجي من 300–1100 نانومتر على رقائق b - Si. توضح العينة التي تحتوي على 15 نانومتر من الغشاء الرقيق Ag قبل التلدين، حربًا بنسبة 7.7 ٪ مقارنة بنسبة 40.0 ٪ من المستوى المرجعي c - Si. ترجع الحرب المنخفضة إلى تأثير اقتران الضوء الفعال للمسام النانوية b - Si. يمكن استخدام المسام النانوية b - Si المصنعة في الخلايا الشمسية b - Si لتعزيز الامتصاص البصري والارتفاع الضوئي في المستقبل.Translated Description (French)
L'effet de l'épaisseur du film mince d'argent (Ag) pulvérisé sur les propriétés morphologiques et optiques du silicium noir (b-Si) fabriqué par gravure chimique humide assistée par de l'argent en deux étapes pour des applications de cellules solaires est étudié. Le procédé implique un recuit à basse température de silicium cristallin (c-Si) revêtu de films minces d'Ag de 10 nm, 15 nm et 25 nm. Ceci est suivi d'une gravure dans une solution de HF :H2O2 :DI H2O (rapport volumique 1:5:10) à température ambiante pendant 70 s. Les NP d'Ag denses et sphériques avec un diamètre moyen de 203 ± 17,8 nm et une couverture de surface d'environ 72,5 % sont obtenues sur un échantillon avec une épaisseur de film d'Ag de 15 nm avant le processus de recuit. Après la gravure, la hauteur moyenne des nanopores de ~420 nm avec un diamètre moyen de ~200 nm en raison de NP Ag plus denses sur la surface c-Si avant la gravure sont obtenus. Une amélioration de l'absorption optique due à une faible réflexion moyenne en poids (WAR) dans la région de longueur d'onde de 300–1100 nm est observée sur les plaquettes b-Si. L'échantillon avec 15 nm de film mince d'Ag avant le recuit, démontre une GUERRE de 7,7% par rapport à 40,0% du c-Si planaire de référence. La faible GUERRE est due à l'effet de couplage de lumière efficace des nanopores b-Si. Les nanopores b-Si fabriqués peuvent être utilisés dans des cellules solaires b-Si pour une absorption optique améliorée et un photocourant élevé à l'avenir.Translated Description (Spanish)
Se investiga el efecto del espesor de la película delgada de plata (Ag) pulverizada hacia las propiedades morfológicas y ópticas del silicio negro (b-Si) fabricado mediante grabado químico húmedo asistido por plata en dos etapas para aplicaciones de células solares. El método implica el recocido a baja temperatura de silicio cristalino (c-Si) recubierto con películas delgadas de Ag de 10 nm, 15 nm y 25 nm. Esto es seguido por un ataque químico en una solución de HF:H2O2:DI H2O (relación de volumen 1:5:10) a temperatura ambiente durante 70 s. Las NP de Ag densas y esféricas con un diámetro promedio de 203 ± 17.8 nm y una cobertura superficial de aproximadamente 72.5% se logran en una muestra con un espesor de película de Ag de 15 nm antes del proceso de recocido. Después del ataque químico, se obtiene la altura media de los nanoporos de ~420 nm con un diámetro medio de ~200 nm debido a las NP de Ag más densas en la superficie de c-Si antes del ataque químico. Se observa una mejora de la absorción óptica debido a la baja reflexión media ponderada (WAR) dentro de la región de longitud de onda de 300–1100 nm en las obleas de b-Si. La muestra con 15 nm de película delgada de Ag antes del recocido, demuestra una WAR del 7.7% en comparación con el 40.0% del c-Si plano de referencia. La baja WAR se debe al eficiente efecto de acoplamiento de la luz de los nanoporos de b-Si. Los nanoporos de b-Si fabricados se pueden utilizar en células solares de b-Si para mejorar la absorción óptica y una alta fotocorriente en el futuro.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تأثير سماكة الأغشية الرقيقة الفضية المتناثرة نحو الخصائص المورفولوجية والبصرية للسيليكون الأسود المصنوع بواسطة التنميش الكيميائي الرطب بمساعدة الفضة من خطوتين لتطبيق الخلايا الشمسية
- Translated title (French)
- Effet de l'épaisseur du film mince d'argent pulvérisé sur les propriétés morphologiques et optiques du silicium noir fabriqué par gravure chimique humide assistée par de l'argent en deux étapes pour l'application de cellules solaires
- Translated title (Spanish)
- Efecto del espesor de la película delgada de plata pulverizada hacia las propiedades morfológicas y ópticas del silicio negro fabricado mediante grabado químico húmedo asistido por plata en dos etapas para la aplicación de células solares
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4387426989
- DOI
- 10.47514/phyaccess.2022.2.2.012