[发明专利]制备铝纳米结构阵列的方法、三维太阳能电池和光伏电池

说明书

相关申请

本申请要求于2011年9月16日提交的、题为“自组装三维铝纳米钉阵列及其在有效光吸收和光伏电池领域的应用”的美国临时申请61/573,153的优先权。

技术领域

本发明大体上涉及一种三维铝纳米结构阵列的制备方法及其应用。

背景技术

纳米结构材料在减反射涂层和太阳能电池方面有广阔的应用前景。三维纳米结构材料，例如纳米管、纳米棒、纳米柱、纳米锥、纳米圆顶、纳米线等因其较大表面积在减反射涂层方面非常具有吸引力。相对于二维织构基底的表面结构，三维纳米结构材料较大的表面积可以促进宽带以及更有效的光吸收。

制备三维纳米结构材料的方法包含各种由上至下以及由下至上的方法，例如气液固生长法、光刻法、纳米转移印刷法、以及毛细微模塑法。尽管三维纳米结构材料已被证实在促进宽带吸收以及陷光方面非常有效，这些由上至下和由下至上的方法仍显得昂贵、复杂、可控性和规模化较差。若将三维纳米结构材料用作太阳能电池的减反射涂层或减反射模板，这些由上至下和由下至上方法的高成本、复杂、可控性以及规模化较差等缺点将限制三维纳米结构材料的应用。

以上所述的背景仅仅对于三维纳米结构材料的合成及其在减反射涂层方面的应用进行了概述，并不深入透彻。对以下详细描述中的一个或多个各类实施例的评论将使本文更加清楚。

发明内容

下文给出关于说明书中几点基本理解的简要总结。本总结不是说明书的全面概述，也不是要明确说明书中的关键因素或描述说明书中具体实施例的范围或声明的范围。唯一目的是作为后面更详尽描述的开头，以一种简单的形式来展示说明书中某些概念。

本发明的内容包括：

1）一种在铝基底上制备三维铝纳米结构阵列的方法，包括：对所述铝基底进行阳极氧化；在所述铝基底上形成氧化层；将所述铝基底织构化；从所述铝基底上刻蚀掉所述氧化层以暴露出所述经织构化的铝基底；以及在所述铝基底上形成三维铝纳米结构阵列。

2）如上述第1）项所述的制备方法，还包括：在所述三维铝纳米结构阵列上涂覆光吸收材料。

3）如上述第1）或第2）项所述的制备方法，其中所述涂覆进一步包括：用碲化镉或非晶硅中的至少一种涂覆所述三维铝纳米结构阵列。

4）如上述第1）至3）中任意一项所述的制备方法，其中所述涂覆进一步包括：用薄层光吸收材料涂覆所述三维铝纳米结构阵列。

5）如上述第1）至4）中任意一项所述的制备方法，其中所述阳极氧化还包括：在电压为100V至1000V之间对所述铝基底进行阳极氧化。

6）如上述第1）至5）中任意一项所述的制备方法，其中所述阳极氧化还包括：采用含有柠檬酸和乙二醇的电解液对所述铝基底进行阳极氧化。

7）如上述第1）至6）中任意一项所述的制备方法，其中所述柠檬酸的浓度为1重量%至4重量%。

8）如上述第1）至7）中任意一项所述的制备方法，其中所述刻蚀还包括：采用含有磷酸和铬酸的混合物，以从所述铝基底上刻蚀掉所述氧化层。

9）如上述第1）至8）中任意一项所述的制备方法，其中所述磷酸的浓度为0.1重量%至0.2重量%，所述铬酸的浓度为4重量%至6重量%。

10）如上述第1）至9）中任意一项所述的制备方法，其中所述形成三维铝纳米结构阵列进一步包括形成纳米钉阵列、凹面阵列或纳米柱阵列。

11）如上述第1）至10）中任意一项所述的制备方法，其中所述形成三维铝纳米结构阵列进一步包括形成自组装三维铝纳米钉阵列，该自组装三维铝纳米钉阵列的高度小于或等于5μm、间距小于或等于1.3μm。

12）一种三维太阳能电池，包括：

在薄膜铝基底上形成的三维铝纳米结构阵列；以及

涂覆于所述三维铝纳米结构阵列上的光吸收材料。

13）如上述第12）项所述的三维太阳能电池，其中所述光吸收材料为涂覆在所述三维铝纳米结构阵列上的薄膜。

14）如上述第12）或第13）项所述的三维太阳能电池，其中所述光吸收材料包含碲化镉或非晶硅中的至少一种。

15）如上述第12）至14）中任意一项所述的三维太阳能电池，其中所述三维铝纳米结构阵列为纳米钉阵列、凹面阵列或纳米柱阵列。

16）如上述第12）至15）中任意一项所述的三维太阳能电池，其中所述三维铝纳米结构阵列是通过阳极氧化和刻蚀过程在薄膜铝基底上形成的。

17）一种光伏电池，包括：