一种具有宽谱广角特性的错位膜层减反结构的制作方法

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种具有宽谱广角特性的错位膜层减反结构。

背景技术：

随着人类对化石能源的大量开采和消耗，能源危机逐渐成为国际社会关注的焦点。作为具有巨大储量的可再生清洁能源，太阳能无疑是最有利用前景的能源之一。现如今，光伏电池已经成为利用太阳能的主要方法之一，但是由于半导体材料的禁带宽度限制，传统的半导体电池只能利用能量高于禁带宽度部分的光能，大大限制了太阳能利用效率的提升。近年来，光伏-热电(PV-TE)耦合系统的提出突破了传统光伏电池的限制，使得宽光谱太阳能高效利用成为了可能，加之由于太阳光照角度随着日照时间推移而变化，因此，具有宽光谱和广角度特性的减反射结构无疑是实现太阳能高效利用的关键。作为减反射手段之一，减反射膜已经被广泛地研究和使用。然而，减反射膜层只能对窄波段和小角度的入射光起到抑制反射的作用。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有宽谱广角特性的错位膜层减反结构，为纳米柱结构叠加膜层的复合结构，该结构在宽光谱和广角度入射光下具有很好的减反射效果。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有宽谱广角特性的错位膜层减反结构，由半导体基底和覆盖其上的错位膜层组成，所述半导体基底上表面具有凸出的纳米柱结构，所述纳米柱结构的顶部高于所述半导体基底表面，形成错位高度差；所述错位膜层沿所述半导体基底表面和所述纳米柱结构顶部铺设覆盖至少一层。

进一步的，所述错位膜层依次由第一错位膜层和第二错位膜层组成，所述第一错位膜层覆盖在所述半导体基底上方，所述第二错位膜层覆盖在第一错位膜层上方。

进一步的，所述错位膜层的同一层的厚度均匀、材料相同；所述错位膜层相邻之间各层的材料不同，位于上层的所述错位膜层的折射率小于位于下层的所述错位膜层的折射率。

进一步的，所述错位膜层可根据材料折射率不同而设置不同的厚度。

进一步的，所述半导体基底及其所具有的纳米柱结构的材料相同，均由硅材料制成。

进一步的，所述的半导体基底所具有的纳米柱结构具有一定排列方式，可以是六方阵列排列，周期阵列排列或者随机排列。

进一步的，所述纳米柱结构中的纳米柱间距为300～600nm，纳米柱直径与间距的比值为0.5～0.7，纳米柱高度与间距的比值为0.5～0.8。

有益效果：本发明提供的具有宽谱广角特性的错位膜层减反结构，在太阳光谱能量较集中的波长为300nm-2500nm范围内，以及在入射角为0°-60°范围内具有很好的减反射效果。而且结构简单，易于加工。

附图说明

图1、2为本发明的单个特征结构示意图；

图3为图2中虚线框所示平面处的结构示意图。

图中标号名称：1、半导体基底，2、第一错位膜层，3、第二错位膜层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

结合图1至图3，本发明为一种具有宽谱广角特性的错位膜层减反结构，减反结构包括半导体基底1、第一错位膜层2和第二错位膜层3；其中，错位膜层指的是由于半导体基底纳米柱结构顶部与基底表面具有高度差而形成错位的、具有相同材料、相同厚度、垂直覆盖在其它同种材料上方的膜层。半导体基底1上表面具有纳米柱结构，半导体基底1的剖面形状如图3中的结构1所示，其中，突出部分为纳米柱结构的剖面形状。且纳米柱可以为任意排列方式。如图3所示，第一错位膜层2为覆盖在半导体基底1上方的膜层，第二错位膜层3为覆盖在第一错位膜层2上方的膜层，膜层可为任意材料，任意厚度。错位膜层指的是由于半导体基底纳米柱结构顶部与基底表面具有高度差而形成错位的、具有相同材料、相同厚度、垂直覆盖在其它同种材料上方的膜层。该结构在广角度及宽光谱入射下具有很好的减反射效果，且结构简单，易于加工。

实施例1：

一种具有宽谱广角特性的错位膜层减反结构，具体实施方式为：

选用硅材料为半导体基底材料，硅纳米柱排列方式为六方阵列排列，每个纳米柱的中心线之间距离均为600nm，硅纳米柱直径为300nm，纳米柱的高度均为250nm。

第一错位膜层的材料为二氧化钛，第一错位膜层的厚度为45nm。

第二错位膜层的材料为二氧化硅，第二错位膜层的厚度为120nm。

此实施例获得的错位膜层减反结构，在入射角分别为0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°时，波长范围为300nm-2500nm时通过时域有限差分方法计算得其平均反射率分别为3.24％、2.91％、2.67％、2.46％、2.49％、2.85％、4.05％。

实施例2：

一种具有宽谱广角特性的错位膜层减反结构，具体实施方式为：

选用硅材料为半导体基底材料，硅纳米柱排列方式为周期阵列排列，阵列周期为1000nm，硅纳米柱直径均为500nm，纳米柱的高度均为400nm。

第一错位膜层的材料为二氧化钛，第一错位膜层的厚度为45nm。

第二错位膜层的材料为二氧化硅，第二错位膜层的厚度为120nm。

此实施例获得的错位膜层减反结构，在入射角分别为0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°时，波长范围为300nm-2500nm时通过时域有限差分方法计算得其平均反射率分别为4.18％、4.28％、4.18％、4.02％、4.13％、4.54％、5.62％。

实施例3：

一种具有宽谱广角特性的错位膜层减反结构，具体实施方式为：

选用硅材料为半导体基底材料，硅纳米柱排列方式为周期阵列排列，阵列周期为800nm，硅纳米柱直径均为400nm，纳米柱的高度均为300nm。

第一错位膜层的材料为二氧化钛，第一错位膜层的厚度为30nm。

第二错位膜层的材料为二氧化硅，第二错位膜层的厚度为140nm。

此实施例获得的错位膜层减反结构，在入射角分别为0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°时，波长范围为300nm-2500nm时通过时域有限差分方法计算得其平均反射率分别为6.24％、6.23％、6.12％、5.74％、5.72％、5.70％、6.73％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。