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本文综述了黑硅的制备方法及其产生的形态，并对其光电特性进行了定量比较,为了进行定量比较，研究黑硅太阳能电池的不同小组合作进行了本研究,以光吸收和少数载流子寿命作为基准参数,讨论了等离子体蚀刻、化学蚀刻或激光加工过程中的差异，并与数值模型进行了比较。
图1四种常用的发黑方法的示意图。a显示了SF6和O2气氛中的感应耦合等离子体反应离子蚀刻（ICPRIE或短ICP）过程；b描述了HF和H2O2水溶液中基于Ag或Au催化剂颗粒的金属辅助湿化学蚀刻(MACE)过程；c显示了用于大孔硅（MacP-Si）制造的电化学蚀刻单元；d示意图，显示了fs激光处理硅表面（L-Si）的实验装置。所有的示意图都表明了在本工作中用于准备不同的表面形态的参数。
图1
黑硅的制造方法
本文综述了b-Si的四种主要制备方法：诱导耦合等离子体(ICP-RIE)、镁、Au催化剂、光电化学阳极化形成macP-Si、和飞秒(fs)激光脉冲(L-Si)照射表面。各种黑色蚀刻方法（图1）都导致宏观b-Si表面均匀，在整个硅吸收范围内具有相当低的反射率，然而，根据可用的工艺参数，微观或纳米结构有不同的形态。
活性离子蚀刻法的黑硅（ICP-RIE）:图1b说明了硅表面的典型例子中的MACE原理。从HF/h2o2溶液中提取的h2o2（或其他氧化剂）通过消耗电子在金属表面被催化还原，消耗的电子通过金属/硅界面的硅价带转移在金属中恢复。因此，电子孔穴被注入到金属下方的半导体中。
本研究制备的b-Si结构采用ICPRIE在SF6和o2的气体混合物中进行单步蚀刻。根据压力和时间，形成了不同的b-Si形态。通过在含有次硝酸3等氧化剂的水氟醚磺酸水溶液中蚀刻硅而形成纳米结构在50多年前首次被描述，这种特殊的硅蚀刻，在高稀释和一定的高频/氧化剂浓度范围内进行，通常被称为“染性蚀刻”(SE)。因此，MACE迅速获得普及，并被提出在光电领域的各种应用。
图2
为了比较不同b-Si技术在相似条件下的光学特性，我们与来自世界各地不同群体的这些技术进行了实验比较。除了b-Si制造步骤外，我们处理了所有类似的样品，并测量了它们的吸收。为了进行比较，我们包括了两个理论限制：无光捕获的完美反反射体涂层和亚布洛诺维奇所讨论的兰伯特极限，完美的反反射涂层的计算方法是忽略了样品表面入射光的第一次反射，而是考虑了后硅/空气界面的反射。如图6所示，有一个完美的ARC，但没有任何光捕获。最后，研究了不同fs激光结构样品的光学特性，黑色样品(L-Si黑色)显示出一个非常相似的特征，就像紫外线中的氢氧化钾纹理一样（图6）。
图6
黑硅光学特性的探讨
在不同的b-Si制备方法和结构中，所研究的b-Si结构的紫外/VIS反射率和NIR捕光效率均存在显著差异（图7）。它们取决于地形特征的特征尺度，对于高于光波长的特征长度尺度，可以使用射线光学。在相反的情况下，当结构小于光的波长时，必须考虑波光学。因此，我们将分别讨论这两类结构，并将其与数值模拟进行比较。
黑硅电子特性
根据b-Si制备方法和工艺参数的不同，由此得到的载流子寿命和有效表面重组速度Seff有很大差异。为了了解有效表面重组速度Seff发生变化的原因，我们首先将Seff分解为其相关参数，即表面积增强和表面缺陷密度增强，利用该模型，将给出提高不同技术下b-Si电子性能的可能策略。
黑硅中重组活性表面缺陷的成因分析:我们分析了缺陷密度δmax（第5列）的增强功能，在每种技术中，我们还分析了不同的制备条件，并与非结构化参考文献(δmax=1)和氢氧化钾金字塔(δmax=1.8)进行了比较，对于ICP-RIE蚀刻方法，δmax在误差条内，与参考值(δmax≈1)相同，几乎与蚀刻时间和压力无关。因此，ICP深和ICP浅具有大约相同的δmax，但不相同的内表面增强γ，这表明，ICP-RIE过程可以用来生产几乎完全没有额外的电子（亚）表面缺陷的b-Si表面。
我们概述了b-Si的制造方法，它们产生的形态和b-Si的太阳能电池，所研究的方法分别为电感耦合的SF6/O2等离子体(ICP-RIE)中的干RIE、MACE、MacP-Si的电化学蚀刻和空气中的飞秒激光处理(L-Si)，为了进行系统和定量的比较，不同的b-Si太阳能电池研究小组合作进行了本研究，以光吸收作为最大短路电流的关键参数，以少数载流子寿命作为太阳能电池最大开路电压的基准参数，对不同b-Si技术的光学特性的分析和相应的模拟表明，捕光性能主要取决于b-Si特征的横向相关长度，而相关长度较大的结构往往表现得更好。