[发明专利]硅纳米柱状阵列材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅纳米柱状阵列材料，包括衬底和硅纳米柱状阵列膜，所述硅柱状阵列膜覆盖于所述衬底上；所述硅纳米柱状阵列膜包括多个硅纳米柱，各所述硅纳米柱紧密排列成蜂窝状六角阵列；各所述硅纳米柱的直径为50 nm~500 nm，硅纳米柱的高度为10 nm~150 nm。本发明还公开了所述硅纳米柱状阵列材料的制备方法。本发明基于胶体晶体模板，合成各种尺寸可控的硅纳米柱状阵列，该柱状阵列不仅具有良好的光吸收性能，而且其光吸收峰位和硅纳米柱尺寸具有良好的尺寸相关性。本发明所制备的硅纳米柱状阵列材料成本低、适用面广、制备简便、易于推广，使其在防反射、光敏器件、能源器件等方面具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种硅纳米柱状阵列材料及其制备方法。

背景技术

硅纳米柱出现了量子限域效应、非定域量子相干效应、非线性光学效应及库仑阻塞效应，并表现出了不同于体硅的性质，如较好的光致发光性能、场发射特性以及较低的热传导率等。硅纳米柱的这些特殊性质，使其在微/纳光电子器件中具有巨大的应用价值。最近，人们发现二维硅（硅）纳米结构材料，如纳米柱、纳米线和纳米锥等，在紫外-可见-近红外区间，由于其吸收太阳光的宽波段、低反射特点，使其在高效太阳能电池、防反射膜等方面具有广阔的应用前景。

传统的硅二维纳米结构材料，通常采用刻蚀的方法制备，而刻蚀法往往成本贵且操作复杂，不利于大规模生产。

发明内容

本发明的目的是解决传统的硅二维纳米结构材料成本高，制备工艺复杂，不利于大规模生产的技术问题。

为实现以上发明目的，一方面，本发明提供一种硅纳米柱状阵列材料，包括衬底和硅纳米柱状阵列膜，所述硅柱状阵列膜覆盖于所述衬底上；

所述硅纳米柱状阵列膜包括多个硅纳米柱，各所述硅纳米柱紧密排列成蜂窝状六角阵列；

各所述硅纳米柱的直径为50 nm ~500 nm，硅纳米柱的高度为10 nm ~150 nm。

进一步地，所述硅纳米柱的光吸收峰位满足以下关系式：

式中，为硅纳米柱的光吸收峰位，d为硅纳米柱的直径，h为硅纳米柱的高度；

且所述硅纳米柱的光吸收峰位的范围为200 nm ~2400 nm。

进一步地，所述衬底为玻璃衬底或硅片衬底。

另一方面，本发明提供一种硅纳米柱状阵列材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）清洗衬底；

（2）在所述衬底上合成胶体晶体模板；

（3）通过磁控溅射，在带有所述胶体晶体模板的所述衬底上合成硅纳米柱状阵列膜，并通过真空加温去除所述胶体晶体模板。

进一步地，所述步骤（1）中，当所述衬底为玻璃衬底时，清洗所述衬底的工序包括：

（101）将所述衬底置于丙酮中超声清洗40±5分钟，然后用蒸馏水清洗多次；

（102）将所述衬底置于乙醇中超声清洗40±5分钟，然后用蒸馏水清洗多次；

（103）将所述衬底置于蒸馏水中超声清洗30±5分钟；

（104）将所述衬底置于浓硫酸和双氧水的混合液中浸泡8±0.5小时，然后超声清洗60±5分钟，再用蒸馏水反复清洗；其中浓硫酸与双氧水的体积比为3:1；

（105）将所述衬底置于氨水、双氧水和去离子水的混合液中超声清洗60±5分钟，用蒸馏水清洗多次后置于蒸馏水中待用；其中氨水：双氧水：去离子水的体积比为1:1:3。