近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所研究人員成功實現(xiàn)了高面密度硅微納陣列的制備、陣列的剝離及無損傷轉(zhuǎn)移，并在所獲得硅微納陣列材料的基礎(chǔ)上，制作了具有顯著光電轉(zhuǎn)換性能及優(yōu)異穩(wěn)定性的太陽電池器件。 

　　硅作為現(xiàn)代電子元件的核心材料，在微電子、光伏、光電、熱電、儲電等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，硅微納結(jié)構(gòu)一直是研究的熱點。硅微納陣列的面密度是影響信息存儲以及其它應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)，一般獲得的陣列面密度在109/cm2以下，然而，進一步提高硅微納陣列的面密度卻極具挑戰(zhàn)性。另一個關(guān)鍵問題是單晶硅材料硬度大，抗彎折性能差，極大限制了其在未來可傳導或便攜式電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。此外，以硅微納陣列結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的功能器件的穩(wěn)定性研究也是重要的科學問題。 

　　合肥研究院固體所葉長輝課題組近來在以上研究領(lǐng)域取得突破。課題組博士生滕大勇等對傳統(tǒng)的聚苯乙烯微球陣列模板技術(shù)進行了改進，通過氧化鐵輔助的模板技術(shù)，采用單層及雙層聚苯乙烯微球陣列刻蝕，最終獲得了2倍和3倍于聚苯乙烯球陣列面密度的硅微納陣列（圖1），使得陣列面密度很容易突破109/cm2。研究還發(fā)現(xiàn):可以通過使用小直徑的聚苯乙烯球來進一步增大陣列面密度。課題組博士生吳摞等提出氨水輔助的選擇性刻蝕技術(shù)，實現(xiàn)了硅片上的硅微納陣列結(jié)構(gòu)的完整剝離（圖2），并可以轉(zhuǎn)移到任意的接受基底上，特別地，轉(zhuǎn)移到柔性基底（例如PET）的硅微納陣列的抗彎折性能好，10微米厚度的柔性硅微納陣列對可見光的吸收率高于90%（圖3）。相關(guān)結(jié)果分別發(fā)表在美國化學會的《蘭格繆爾》(Langmuir 30, 2259, 2014)和英國自然出版集團的《科學報告》(Scientific Reports 4, 3940, 2014)等雜志上。 

　　課題組博士生何微微等進一步構(gòu)筑了硅微納陣列/有機導體的雜合太陽電池，并提出了新的界面處理技術(shù)，有效降低了異質(zhì)界面的缺陷密度，顯著提高了電池的穩(wěn)定性（圖4）。傳統(tǒng)方法構(gòu)筑的硅微納陣列雜合太陽電池未封裝條件下24小時內(nèi)效率降低90%以上，合肥研究院固體所獲得的太陽電池同樣條件下5個月內(nèi)效率仍然保持原有效率的50%以上。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《科學報告》（Scientific Reports 4, 3715, 2014）上。 

　　上述研究得到了國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金和中科院百人計劃項目的資助。 

圖1  高面密度的硅納米線陣列 

圖2  利用氨水輔助的選擇性刻蝕方法實現(xiàn)硅納米線陣列完整剝離的示意圖 

圖3  移植在柔性基底上的硅納米線陣列及其對應(yīng)的光吸收特性 

圖4  硅微納陣列/有機導體雜合太陽電池的穩(wěn)定性