为了探究纳秒激光烧蚀单晶硅过程中熔融物质的喷溅过程，对不同加工环境中纳秒激光烧蚀单晶硅的过程进行了模拟仿真及实验验证。采用Level-Set界面追踪法，通过仿真软件建立有限元模型，对空气、静水和真空加工环境中纳秒激光烧蚀单晶硅时物质抛出过程进行模拟仿真，研究了不同加工环境中温度场、速度场对表面喷溅的影响; 采用波长266 nm、脉宽30 ns和频率50 Hz的单脉冲激光烧蚀单晶硅的工艺实验对仿真结果进行验证，通过原子力显微镜和数字显微镜对烧蚀结果进行了表征。结果表明，空气环境中，t=30 ns时熔融物质的喷溅速率达到14.1 m/s，在微孔内部蒸汽压力的作用下，烧蚀区域熔融物质向外喷出; 静水环境中，t=30 ns时熔融物质的喷溅速率为1.68 m/s，远低于空气中的喷溅速率，熔融物质快速冷却; 真空环境中，材料在短时间内汽化，t=30 ns时熔融物质的喷溅速率最大可达18.4 m/s，较高的喷溅速率有利于物质的抛出。加工环境对纳秒激光烧蚀单晶硅的物质抛出影响较大，这为提高纳秒激光加工单晶硅的加工质量提供了参考。

本文针对单晶硅在不同温度、浓度、表面活性剂等多种刻蚀条件下的形貌模拟问题, 构建了硅原子结构模型并分析了其主要晶面刻蚀速率和对应原子结构之间的关系, 提出了适应于单晶硅刻蚀模拟的表层原子刻蚀函数(Si-RPF), 明确了晶面宏观刻蚀速率与原子微观移除概率之间的数值联系, 构建了基于遗传算法的动力学蒙特卡罗各向异性湿法刻蚀工艺模型(Si-KMC)。该工艺模型可以基于台阶流动理论,从原子角度解释单晶硅刻蚀各向异性的成因, 能够明确不同类型的原子在刻蚀过程中的作用和实现对不同刻蚀条件下单晶硅衬底三维刻蚀形貌的精确模拟。对比有无表面活性剂添加条件下的单晶硅刻蚀实验数据和模拟结果表明, Si-KMC刻蚀工艺仿真模型模拟结果可以达到90%以上仿真精度。

对比了具有双层和三层氮化硅减反射膜的单晶硅太阳电池的反射率、内外量子效率、少子寿命及电学特性,模拟了双层和三层氮化硅减反射膜的光学特性,结果表明,三层氮化硅减反射膜具有更好的减反射效果和输出特性。通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在P型单晶硅上分别制作了双层和三层氮化硅减反射膜,对其减反射效果和钝化效果的分析结果表明,与双层氮化硅减反射膜相比,三层氮化硅减反射膜具有较小的反射率和较好的钝化效果。对具有双层和三层氮化硅减反射膜的单晶硅太阳电池的电学测试结果表明,具有三层氮化硅减反射膜的单晶硅太阳电池的转换效率比具有双层氮化硅减反射膜的单晶硅太阳电池的转换效率有所增大。

采用X 射线光电子能谱(XPS)分析了单层和双层SiNx 膜中的化学键、N/Si 比及Si、N、C、O 原子百分比，进一步验证了等离子体增强化学气相沉积法沉积单层和双层SiNx膜对单晶硅太阳电池电学性能的影响。XPS、反射率及少子寿命的分析表明，NH3和SiH4在单晶硅表面生成了含有H 的SiNx薄膜，双层SiNx外层膜的N/Si 比略高于单层膜，起到了更好的减反射效果，内层膜比单层膜富Si，起到了更好的钝化效果。电学测试结果表明，相比单层SiNx膜单晶硅太阳电池，双层SiNx膜单晶硅太阳电池开路电压提高了2 mV、短路电流提高了47 mA、转化效率提高了0.17%。

用一种新型磁控溅射气体凝聚团簇源产生Cu_n^-(n是团簇原子个数)团簇束，当团簇束分别在偏压为：0，1，3，5，10kV的电场中加速后，在真空中，沉积在室温下的P型si(111)衬底上，获得Cu／P-Si(111)薄膜样品。用X射线光电子能谱(XPS)分析薄膜，结果表明：薄膜本身不含C和O等杂质；当CU／P-Si(111)样品暴露在空气中时，样品表面会氧化和碳污染，铜的特征电子峰几乎被湮没。用能量3keV流强为4～6μA／cm^{2Ar+束，预溅射处理样品表面后，用XPS分析，常规磁控溅射室温下得到的Cu／P-Si(111)样品和铜团簇束沉积，偏压分别为0，1，3，5，10kV的样品)XPS谱和块状Cu标样谱基本一样，Cu2P1、Cu2P3、CuLMM特征峰位没有移动，反映不出原子结合能差异。}