專利名稱：制備鋁納米結(jié)構(gòu)陣列的方法、三維太陽(yáng)能電池和光伏電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
納米結(jié)構(gòu)材料在減反射涂層和太陽(yáng)能電池方面有廣闊的應(yīng)用前景。三維納米結(jié)構(gòu)材料，例如納米管、納米棒、納米柱、納米錐、納米圓頂、納米線等因其較大表面積在減反射涂層方面非常具有吸引力。相對(duì)于二維織構(gòu)基底的表面結(jié)構(gòu)，三維納米結(jié)構(gòu)材料較大的表面積可以促進(jìn)寬帶以及更有效的光吸收。制備三維納米結(jié)構(gòu)材料的方法包含各種由上至下以及由下至上的方法，例如氣液固生長(zhǎng)法、光刻法、納米轉(zhuǎn)移印刷法、以及毛細(xì)微模塑法。盡管三維納米結(jié)構(gòu)材料已被證實(shí)在促進(jìn)寬帶吸收以及陷光方面非常有效，這些由上至下和由下至上的方法仍顯得昂貴、復(fù)雜、可控性和規(guī)?；^差。若將三維納米結(jié)構(gòu)材料用作太陽(yáng)能電池的減反射涂層或減反射模板，這些由上至下和由下至上方法的高成本、復(fù)雜、可控性以及規(guī)?；^差等缺點(diǎn)將限制三維納米結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。以上所述的背景僅僅對(duì)于三維納米結(jié)構(gòu)材料的合成及其在減反射涂層方面的應(yīng)用進(jìn)行了概述，并不深入透徹。對(duì)以下詳細(xì)描述中的一個(gè)或多個(gè)各類實(shí)施例的評(píng)論將使本文更加清楚。

發(fā)明內(nèi)容
下文給出關(guān)于說(shuō)明書(shū)中幾點(diǎn)基本理解的簡(jiǎn)要總結(jié)。本總結(jié)不是說(shuō)明書(shū)的全面概述，也不是要明確說(shuō)明書(shū)中的關(guān)鍵因素或描述說(shuō)明書(shū)中具體實(shí)施例的范圍或聲明的范圍。唯一目的是作為后面更詳盡描述的開(kāi)頭，以一種簡(jiǎn)單的形式來(lái)展示說(shuō)明書(shū)中某些概念。本發(fā)明的內(nèi)容包括1) 一種在鋁基底上制備三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列的方法，包括對(duì)所述鋁基底進(jìn)行陽(yáng)極氧化；在所述鋁基底上形成氧化層；將所述鋁基底織構(gòu)化；從所述鋁基底上刻蝕掉所述氧化層以暴露出所述經(jīng)織構(gòu)化的鋁基底；以及在所述鋁基底上形成三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列。2)如上述第1)項(xiàng)所述的制備方法，還包括在所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上涂覆光吸收材料。3)如上述第1)或第2)項(xiàng)所述的制備方法，其中所述涂覆進(jìn)一步包括用碲化鎘或非晶硅中的至少一種涂覆所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列。4)如上述第1)至3)中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其中所述涂覆進(jìn)一步包括用薄層光吸收材料涂覆所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列。
5)如上述第I)至4)中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其中所述陽(yáng)極氧化還包括在電壓為100V至1000V之間對(duì)所述鋁基底進(jìn)行陽(yáng)極氧化。6)如上述第I)至5)中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其中所述陽(yáng)極氧化還包括采用含有檸檬酸和乙二醇的電解液對(duì)所述鋁基底進(jìn)行陽(yáng)極氧化。7)如上述第I)至6)中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其中所述檸檬酸的濃度為I重
量％至4重量％。8)如上述第I)至7)中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其中所述刻蝕還包括采用含有磷酸和鉻酸的混合物，以從所述鋁基底上刻蝕掉所述氧化層。
9)如上述第I)至8)中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其中所述磷酸的濃度為O.1重
量％至O. 2重量％,所述鉻酸的濃度為4重量％至6重量％。10)如上述第I)至9)中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其中所述形成三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列進(jìn)一步包括形成納米釘陣列、凹面陣列或納米柱陣列。11)如上述第I)至10)中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其中所述形成三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列進(jìn)一步包括形成自組裝三維鋁納米釘陣列，該自組裝三維鋁納米釘陣列的高度小于或等于5 μ m、間距小于或等于1. 3 μ m。12) 一種三維太陽(yáng)能電池，包括在薄膜鋁基底上形成的三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列；以及涂覆于所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上的光吸收材料。13)如上述第12)項(xiàng)所述的三維太陽(yáng)能電池，其中所述光吸收材料為涂覆在所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上的薄膜。14)如上述第12)或第13)項(xiàng)所述的三維太陽(yáng)能電池，其中所述光吸收材料包含碲化鎘或非晶硅中的至少一種。15)如上述第12)至14)中任意一項(xiàng)所述的三維太陽(yáng)能電池，其中所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列為納米釘陣列、凹面陣列或納米柱陣列。16)如上述第12)至15)中任意一項(xiàng)所述的三維太陽(yáng)能電池，其中所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列是通過(guò)陽(yáng)極氧化和刻蝕過(guò)程在薄膜鋁基底上形成的。17) 一種光伏電池，包括在鋁基底上形成的三維鋁納米釘陣列；以及涂覆于所述三維鋁納米釘陣列上的光吸收材料，其中所述三維鋁納米釘陣列在涂覆所述光吸收材料后顯示出5%或更低的反射率。18)如上述第17)項(xiàng)所述的光伏電池，其中所述鋁基底為薄膜鋁基底或鋁箔基底。19)如上述第17)或第18)項(xiàng)所述的光伏電池，其中所述光吸收材料為薄膜光吸收材料。20)如上述第17)至19)中任意一項(xiàng)所述的光伏電池，其中所述光吸收材料包含碲化鎘或非晶硅中的至少一種。以下描述及附圖詳盡解釋了說(shuō)明書(shū)中某些方面。但是，這些方面是表述各種實(shí)施例的。當(dāng)考慮到附圖時(shí)，說(shuō)明書(shū)中的其他方面將會(huì)從以下更詳細(xì)的描述中變得明顯。


采用附圖作為參考，以下的描述將會(huì)詳細(xì)解釋大量的實(shí)施例和各個(gè)方面，其中在全部附圖中，相同的部分以相同符號(hào)表不，其中圖1是實(shí)施例中三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法的非限制性流程圖；圖2是實(shí)施例中三維鋁納米釘陣列的制備方法的示意圖，其中，I為Al基底，2為Al2O3 ；圖3是實(shí)施例中采用不同電壓進(jìn)行陽(yáng)極氧化的三維鋁表面結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖；圖4是實(shí)施例中減反射涂層的形成方法的流程圖；圖5是實(shí)施例中一個(gè)太陽(yáng)能電池示例的非限制性方塊圖；圖6是實(shí)施例中一個(gè)太陽(yáng)能電池示例的非限制性方塊圖； 圖7是實(shí)施例中沉積了非晶硅的三維鋁納米釘陣列的非限制性掃描電鏡圖；圖8是實(shí)施例中沉積了非晶硅的鋁納米釘陣列的非限制性反射光譜；圖9是實(shí)施例中沉積了碲化鎘的三維鋁納米釘陣列的非限制性掃描電鏡圖；圖10是實(shí)施例中沉積了碲化鎘的鋁納米釘陣列的非限制性反射光譜。
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖對(duì)該專利中各個(gè)方面或特征進(jìn)行了描述，而說(shuō)明書(shū)中相同的標(biāo)號(hào)被用來(lái)指代相同的元素。在本說(shuō)明書(shū)中，為了幫助更好地理解該說(shuō)明書(shū)，會(huì)解釋清楚大量特殊的細(xì)節(jié)。但是要理解，說(shuō)明書(shū)中某些方面不會(huì)提到這些細(xì)節(jié)，或者會(huì)用其他方法、組分、分子等代替。另外，在各種實(shí)施例中，眾所周知的結(jié)構(gòu)和器件會(huì)用方框圖表示以幫助描述和解釋。根據(jù)本說(shuō)明書(shū)中所描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，這里描述了根據(jù)一種低成本且適合規(guī)?；姆椒ㄗ越M裝生長(zhǎng)在鋁表面的三維納米結(jié)構(gòu)陣列。涂覆光吸收薄膜材料后，該三維納米結(jié)構(gòu)陣列顯示了比同厚度的平面結(jié)構(gòu)的薄膜更有效的光吸收能力。關(guān)于附圖，首先參見(jiàn)附圖1，附圖1是實(shí)施例中制備三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列的方法100的非限制性流程圖。方法100是一種低成本且適合規(guī)模化生產(chǎn)的方法，可以在鋁表面獲得自組裝的三維納米結(jié)構(gòu)陣列。用方法100制備的三維納米結(jié)構(gòu)陣列可作為模板來(lái)涂覆薄層減反射材料以促進(jìn)陷光效應(yīng)。過(guò)去，制備有陷光效果的三維納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)主要是光刻法、真空刻蝕法、氣相生長(zhǎng)法。盡管通過(guò)這些制備方法所得的三維納米結(jié)構(gòu)被證明具有有效的陷光效應(yīng)，但這些方法的高昂的成本以及難以規(guī)?；a(chǎn)的缺陷還是限制了其實(shí)際應(yīng)用。方法100利用在電解液(或基于溶液的過(guò)程)中的自組裝陽(yáng)極氧化來(lái)促進(jìn)納米結(jié)構(gòu)的合成?；谌芤旱倪^(guò)程是指在水和普通且便宜的化學(xué)試劑中進(jìn)行的反應(yīng)，相對(duì)于光刻法、真空刻蝕法以及氣相生長(zhǎng)法，具有生產(chǎn)成本較低、可大規(guī)?；a(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。而且，方法100可以生產(chǎn)相當(dāng)均勻的高密度的三維納米結(jié)構(gòu)陣列。在步驟102中，鋁基底被陽(yáng)極氧化。鋁基底通常指的是任何至少一個(gè)表面為鋁的基底。在實(shí)施例中，鋁基底具有鋁薄層表面或鋁薄膜表面。薄層鋁表面的一個(gè)例子是鋁箔。鋁箔具有質(zhì)量輕、柔韌、低成本的優(yōu)點(diǎn)。陽(yáng)極氧化指的是任何電流通過(guò)含有鋁基底作為陽(yáng)極的電解液所發(fā)生的反應(yīng)。陽(yáng)極氧化促進(jìn)了陽(yáng)極氧化鋁層在鋁基底表面的生長(zhǎng)。當(dāng)電流通過(guò)電解液時(shí)，氫氣在陰極釋放，氧氣在鋁陽(yáng)極表面生成。在步驟104中，氧化層(也稱為氧化鋁、Al2O3或多孔氧化招I吳)在招基底上生成。陽(yáng)極氧化是一個(gè)高電壓陽(yáng)極氧化過(guò)程?？蓪?duì)陽(yáng)極氧化的電壓進(jìn)行調(diào)控，以生成不同厚度的氧化層(這與三維納米結(jié)構(gòu)的尺寸相關(guān)，例如高度和間距)。在實(shí)施例中，電壓在約100V至約1000V之間。在另一實(shí)施例中，電壓在約150V至約900V之間。在另外一個(gè)實(shí)施例中，電壓在約200V至約600V之間。陽(yáng)極氧化可在酸性溶液中進(jìn)行(pH值小于7. O)。電解液的酸性可以溶解氧化層。酸度要與氧化速率相平衡，從而形成納米孔狀的氧化層。納米孔允許電解液和電流到達(dá)鋁表面從而促進(jìn)納米結(jié)構(gòu)的生成。根據(jù)實(shí)施例，納米孔的直徑可以在約IOnm至約150nm之間。可改變電解液的濃度，以促進(jìn)有助于納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的不同孔徑的生成。陽(yáng)極氧化的條件，例如電解質(zhì)濃度、酸度、溶液溫度等等均可以進(jìn)行控制以促進(jìn)連續(xù)氧化層的生成。根據(jù)實(shí)施例，電解液是含有檸檬酸和乙二醇的溶液。電解液中的檸檬酸 和乙二醇可以以約1:1至約2 1的體積比例進(jìn)行混合。檸檬酸濃度可以在I重量％至4重量％之間進(jìn)行變化。根據(jù)另一實(shí)施例，電解質(zhì)可以是磷酸。陽(yáng)極氧化改變了鋁表面的微觀織構(gòu)，并且改變了鋁表面附近的鋁的晶體結(jié)構(gòu)。在步驟106中，對(duì)鋁基底進(jìn)行織構(gòu)化處理。鋁基底的織構(gòu)化促進(jìn)了鋁基底表面上的納米結(jié)構(gòu)的生成。在實(shí)施例中，氧化層中的孔、電解液中的酸度、以及/或高電壓(以及伴隨而來(lái)的電流)都能促進(jìn)鋁表面的織構(gòu)化。在步驟108中，氧化層被刻蝕掉以暴露出經(jīng)織構(gòu)化的鋁基底?？涛g可以在酸性溶液中進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，用于刻蝕的酸包括磷酸或鉻酸。在另一實(shí)施例中，用于刻蝕的酸同時(shí)包括磷酸和鉻酸。在一個(gè)實(shí)施例中，磷酸濃度在約O.1重量％至約O. 2重量％之間，鉻酸濃度在約4重量％至約6重量％之間。在另一實(shí)施例中，磷酸濃度為約O. 18重量％，鉻酸濃度為約6重量％。在步驟110中，三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列在鋁基底上形成。這里，納米結(jié)構(gòu)通常指任何在鋁基底的織構(gòu)化中自組裝形成的三維陣列。納米結(jié)構(gòu)的例子包括納米釘陣列、凹面陣列、納米柱陣列等等。進(jìn)一步納米結(jié)構(gòu)的例子包括納米管、納米棒、納米圓錐、納米圓頂、納米線，及由此組成的陣列。由方法100形成的納米結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子是納米釘陣列。圖2是方法100中用于制備三維鋁納米釘陣列的非限制性示意圖。例如，鋁納米釘陣列可以在鋁箔上形成。圖2中，標(biāo)號(hào)102、104、106、108以及110與方法100中各步驟相對(duì)應(yīng)。上述用特定配方對(duì)鋁基底進(jìn)行的高電壓陽(yáng)極氧化102促進(jìn)了在鋁基底表面上形成納米釘陣列110。利用圖2中的陽(yáng)極氧化102和刻蝕108，可以進(jìn)行大規(guī)模、低成本、高產(chǎn)量、可控的自組裝三維鋁納米釘表面結(jié)構(gòu)的制備。自組裝三維鋁納米釘表面結(jié)構(gòu)通常可在減反射方面得到應(yīng)用。舉例，減反射方面的應(yīng)用提高太陽(yáng)能電池的效率。明確地說(shuō)，陽(yáng)極氧化102促進(jìn)了多孔氧化膜在鋁基底上的生長(zhǎng)104，從而將鋁基底織構(gòu)化106?？涛g過(guò)程108去除了多孔氧化鋁膜，將織構(gòu)化的鋁基底暴露出來(lái)。與以前的方法不同，圖2中的方法100真正在鋁基底上生成了三維鋁納米釘陣列。由于在鋁表面上自組裝形成了納米釘，因此可以精確控制納米釘?shù)母叨群烷g距。例如，利用不同電壓可獲得不同間距和高度。一個(gè)例子是，三維鋁納米釘陣列的高度可以達(dá)到或少于5 μ m,間距可以達(dá)到或少于1. 3 μ m。圖3顯示了在不同電壓下制備的具有不同高度和不同間距的釘狀結(jié)構(gòu)。利用圖1和圖2中陽(yáng)極氧化102和刻蝕108過(guò)程，可以獲得不同的鋁納米結(jié)構(gòu)。例如，這些鋁納米結(jié)構(gòu)可被用來(lái)實(shí)現(xiàn)低成本高性能的光伏器件。為了得到圖3中的納米結(jié)構(gòu)，將利用不同電壓對(duì)鋁片進(jìn)行陽(yáng)極氧化200V、400V、500V、600V。氧化后的鋁基底表面將形成氧化層，而隨后的刻蝕步驟將把三維納米結(jié)構(gòu)暴露出來(lái)。圖3顯示，不同的陽(yáng)極氧化電壓可以制備出不同的納米結(jié)構(gòu)。302顯示的是陽(yáng)極氧化電壓為200V時(shí)制備的三維鋁表面結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖。304顯示的是陽(yáng)極氧化電壓為400V時(shí)制備的三維鋁表面結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖。306顯示的是陽(yáng)極氧化電壓為500V時(shí)制備的三維鋁表面結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖。308顯示的是陽(yáng)極氧化電壓為600V時(shí)制備的三維鋁表面結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖。
圖4顯示實(shí)施例中用于形成減反射涂層的方法400的非限制性流程圖的實(shí)例。在步驟402中，根據(jù)圖1和圖2所示方法，在鋁基底上自組裝形成三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列。三維鋁納米釘陣列可被用做模板，以有助于光吸收層實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)。在步驟404中，三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上涂覆了光吸收涂層。該涂層可以是由一種或多種光吸收材料(亦稱為光伏材料)組成的薄層。薄層厚度可以在Inm至IOOOnm之間。根據(jù)實(shí)施例，薄層厚度在40nm至400nm之間。在另一實(shí)施例中，薄層厚度為lOOnm。光吸收材料包括碲化鎘和非晶硅。非晶硅通常指任何非晶體形式的硅。光吸收材料可用真空物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積的方法涂覆在三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上，包括濺射，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。另外，光吸收材料也可用電化學(xué)電鍍的方法涂覆在三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上。用光吸收材料的薄層或薄膜涂覆在三維鋁納米結(jié)構(gòu)上之后，三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列顯示出比平面薄膜太陽(yáng)能電池更有效的光吸收能力。由三維鋁納米結(jié)構(gòu)涂覆光吸收材料制成的薄膜太陽(yáng)能電池為太陽(yáng)能的利用提供了廉價(jià)有效的解決方式，例如便攜式電子器件、太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能窗簾等等。涂覆有光吸收材料的三維鋁納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例包括三維太陽(yáng)能電池(圖5為太陽(yáng)能電池的截面示意圖，其中502為基底，504為其上的三維納米結(jié)構(gòu)及涂覆的減反射層)以及三維光伏電池(圖6為光伏電池的截面示意圖，其中602為鋁基底，604為其上的三維納米結(jié)構(gòu)及涂覆的減反射層)。可以理解，三維鋁納米結(jié)構(gòu)上涂覆光吸收層也可實(shí)現(xiàn)其他類似的應(yīng)用。三維太陽(yáng)能電池包括在薄膜鋁基底上形成的三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列(例如，根據(jù)圖1和圖2所示方法形成)，以及涂覆在三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上的光吸收材料。三維光伏電池也包括在鋁基底上形成的三維鋁納米釘陣列(根據(jù)圖1和圖2所示方法形成)，以及涂覆在三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上的光吸收材料。在每個(gè)例子中，涂覆了光吸收材料的三維鋁納米釘陣列顯示出5%或更少的反射率。5%或更少的反射率比涂覆在平面鋁基底上的光吸收材料的反射率要低。光吸收材料非晶硅和碲化鎘作為薄膜層(約IOOnm)涂覆在根據(jù)圖1和圖2所示方法形成的三維納米釘陣列模板上。如圖3所示的三維納米釘陣列是在200V、400V、500V以及600V下經(jīng)陽(yáng)極氧化而制成的。涂覆模板的光學(xué)性質(zhì)表明，涂覆有非晶硅的三維鋁納米釘陣列和涂覆有碲化鎘的三維鋁納米釘陣列比涂覆有相同厚度的該材料的平面薄膜顯示出更高的光學(xué)吸收。這些結(jié)果說(shuō)明，這些獨(dú)特的三維納米結(jié)構(gòu)在制備低成本薄膜太陽(yáng)能電池方面具有廣闊前景。光學(xué)實(shí)驗(yàn)顯示涂覆有非晶硅和碲化鎘的三維鋁納米釘陣列具有很強(qiáng)的光吸收能力，這說(shuō)明他們?cè)谛滦腿S薄膜太陽(yáng)能電池方面具有廣闊前景。值得注意的是，盡管此前已有人嘗試在用陽(yáng)極氧化法織構(gòu)化的鋁表面上制備非晶硅太陽(yáng)能電池，但是之前的織構(gòu)其實(shí)并不是三維納米結(jié)構(gòu)。因此，二維的經(jīng)陽(yáng)極氧化的鋁基底的光學(xué)吸收增強(qiáng)效果是非常有限的。然而，如圖7-圖10所示，由圖1和圖2中所述方法制備的鋁納米釘是真正的三維結(jié)構(gòu)，它同時(shí)具有可控的高度和間距。根據(jù)實(shí)施例，圖7和圖8涉及涂覆有非晶娃的招納米釘陣列。圖9和圖10涉及涂覆有碲化鎘的鋁納米釘陣列。 圖7是涂覆有非晶硅的鋁納米釘陣列的掃描電鏡圖700。掃描電鏡圖700顯示涂覆在鋁納米釘陣列上的非晶硅薄層(IOOnm)覆蓋均勻。這種均勻的覆蓋度對(duì)后續(xù)的太陽(yáng)能電池的制備具有很大優(yōu)勢(shì)。圖8是涂覆有非晶硅薄層(IOOnm)的鋁納米釘陣列(由圖1和圖2中所述方法形成)的反射光譜800。這些三維納米釘陣列是在200V、400V、500V以及600V下經(jīng)陽(yáng)極氧化而制成的，從而具有圖3所示的納米結(jié)構(gòu)。選取涂覆有非晶硅薄層(IOOnm)的平面鋁基底作為比較。在400nm至800nm范圍內(nèi)，經(jīng)200V、400V、500V以及600V陽(yáng)極氧化形成的三維納米釘陣列均顯示出比平面鋁基底更低的反射率。圖9是涂覆有碲化鎘的鋁納米釘陣列的掃描電鏡圖900。這些三維納米釘陣列是在200V、400V、500V以及600V下經(jīng)陽(yáng)極氧化而制成的，從而具有圖3所示的納米結(jié)構(gòu)。掃描電鏡圖900顯示涂覆在鋁納米釘陣列上的碲化鎘薄層(IOOnm)覆蓋均勻。這種均勻的覆蓋度對(duì)后續(xù)的太陽(yáng)能電池的制備具有很大優(yōu)勢(shì)。根據(jù)實(shí)施例，圖10是涂覆有碲化鎘薄層(IOOnm)的鋁納米釘陣列的反射光譜1000。選取涂覆有碲化鎘薄層(IOOnm)的平面鋁基底作為比較。在400nm至800nm范圍內(nèi)，經(jīng)200V、400V、500V以及600V陽(yáng)極氧化形成的三維納米釘陣列均顯示出比平面鋁基底更低
的反射率。以上所述包括說(shuō)明書(shū)中實(shí)施例的實(shí)例。當(dāng)然，不可能為了描述聲明中的主題而對(duì)可想象到的組分或方法的每個(gè)組合都進(jìn)行描述，但是必須要意識(shí)到的是實(shí)施例中很多更進(jìn)一步的組合和排序都是可能的。相應(yīng)的，聲明的主題將包含所有改動(dòng)、修改，以及附加聲明中屬于該精神和范圍的各種變動(dòng)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)到的那樣，盡管該說(shuō)明書(shū)中為了解釋而對(duì)特定的實(shí)施例和實(shí)例進(jìn)行描述，但是在實(shí)施例和實(shí)例范圍內(nèi)的各種修改都是有可能的。此外，此處使用的“例子”或“示例性”，意味著作為例子、實(shí)例或例證。形容為“示例性”的任何方面或設(shè)計(jì)不一定要作為首選或優(yōu)于其他方面或設(shè)計(jì)。相反，使用“示例性”旨在提出一個(gè)具體的方式展示概念。在本申請(qǐng)中使用詞語(yǔ)“或”意指一個(gè)包容性“或”，而不是獨(dú)占“或”。也就是說(shuō)，除非特別指出或通過(guò)上下文可清楚地理解，否則“X采用A或B”意味著任何自然的包容性排列。也就是說(shuō)，如果X采用A、X采用B、或X采用A和B，則在任何上述情況下均滿足“X采用A或B”。此外，除非特別指出或從上下文中可清楚地理解到所指為單數(shù)形式，否則本申請(qǐng)和隨附權(quán)利要求中某一名詞前所用的“一種”、“該”一般應(yīng)被解釋為“一種或多種”。另外，盡管幾個(gè)實(shí)施例之一的一個(gè)方面可能已被披露，但是可根據(jù)需要，以有利于任何給定或特定應(yīng)用的方式，將該特征與其他實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)其他特征加以組合。此夕卜，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”、“具有”、“包含”、其變體和其他類似的詞語(yǔ)用于說(shuō)明書(shū)或權(quán)利要求書(shū)中，這些術(shù)語(yǔ)的本意是包容性類似的方式“包含”不排除任何額外的或其他元素，作為開(kāi)放性的過(guò)渡詞。數(shù)值數(shù)據(jù)，如溫度、濃度、時(shí)間、比例等，在本文中以一定范圍的格式表示。使用范圍格式是為了方便和簡(jiǎn)潔。范圍格式可靈活解釋，不僅包括明確作為列舉范圍的限制數(shù)值，而且還包括該范圍內(nèi)的所有的 獨(dú)立數(shù)值或子范圍，像每一個(gè)數(shù)值和子范圍般是明確的列舉。這里所公布的任何數(shù)值均隱含地包括“大約”的含義。測(cè)量時(shí)可能發(fā)生的實(shí)驗(yàn)誤差所得出數(shù)值包括在所公布的數(shù)值內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在鋁基底上制備三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列的方法，包括對(duì)所述鋁基底進(jìn)行陽(yáng)極氧化；在所述鋁基底上形成氧化層；將所述鋁基底織構(gòu)化；從所述鋁基底上刻蝕掉所述氧化層以暴露出所述經(jīng)織構(gòu)化的鋁基底；以及在所述鋁基底上形成三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，還包括在所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上涂覆光吸收材料。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其中所述涂覆進(jìn)一步包括用碲化鎘或非晶硅中的至少一種涂覆所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列。
4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其中所述涂覆進(jìn)一步包括用薄層光吸收材料涂覆所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其中所述陽(yáng)極氧化還包括在電壓為100V至1000V 之間對(duì)所述鋁基底進(jìn)行陽(yáng)極氧化。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其中所述陽(yáng)極氧化還包括采用含有檸檬酸和乙二醇的電解液對(duì)所述鋁基底進(jìn)行陽(yáng)極氧化。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其中所述檸檬酸的濃度為I重量％至4重量％。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其中所述刻蝕還包括采用含有磷酸和鉻酸的混合物，以從所述鋁基底上刻蝕掉所述氧化層。
9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其中所述磷酸的濃度為O.1重量％至O. 2重量％，所述鉻酸的濃度為4重量％至6重量％。
10.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其中所述形成三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列進(jìn)一步包括形成納米釘陣列、凹面陣列或納米柱陣列。
11.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其中所述形成三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列進(jìn)一步包括形成自組裝三維鋁納米釘陣列，該自組裝三維鋁納米釘陣列的高度小于或等于5 μ m、間距小于或等于1. 3 μ m。
12.—種三維太陽(yáng)能電池，包括在薄膜鋁基底上形成的三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列；以及涂覆于所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上的光吸收材料。
13.如權(quán)利要求12所述的三維太陽(yáng)能電池，其中所述光吸收材料為涂覆在所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列上的薄膜。
14.如權(quán)利要求12所述的三維太陽(yáng)能電池，其中所述光吸收材料包含碲化鎘或非晶硅中的至少一種。
15.如權(quán)利要求12所述的三維太陽(yáng)能電池，其中所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列為納米釘陣列、凹面陣列或納米柱陣列。
16.如權(quán)利要求12所述的三維太陽(yáng)能電池，其中所述三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列是通過(guò)陽(yáng)極氧化和刻蝕過(guò)程在薄膜鋁基底上形成的。
17.一種光伏電池，包括在鋁基底上形成的三維鋁納米釘陣列；以及涂覆于所述三維鋁納米釘陣列上的光吸收材料，其中所述三維鋁納米釘陣列在涂覆所述光吸收材料后顯示出5%或更低的反射率。
18.如權(quán)利要求17所述的光伏電池，其中所述鋁基底為薄膜鋁基底或鋁箔基底。
19.如權(quán)利要求17所述的光伏電池，其中所述光吸收材料為薄膜光吸收材料。
20.如權(quán)利要求17所述的光伏電池，其中所述光吸收材料包含碲化鎘或非晶硅中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種在鋁基底上制備三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列的方法，以及包括該三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列的三維太陽(yáng)能電池或光伏電池。所述方法包括對(duì)鋁基底進(jìn)行陽(yáng)極氧化；在所述鋁基底上形成氧化層；將所述鋁基底織構(gòu)化；從所述鋁基底上刻蝕掉所述氧化層以暴露出所述經(jīng)織構(gòu)化的鋁基底；以及在所述鋁基底上形成三維鋁納米結(jié)構(gòu)陣列。該方法是一種低成本且適合規(guī)?；闹苽淙S鋁納米結(jié)構(gòu)陣列的方法。所述三維納米結(jié)構(gòu)陣列在涂覆光吸收層后，可以被用于太陽(yáng)能電池或光伏電池。所述太陽(yáng)能電池或光伏電池顯示出比平面鋁基底更低的反射率。
文檔編號(hào)H01L31/20GK103000754SQ20121033848
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者范智勇, 于睿 申請(qǐng)人:香港科技大學(xué)