制备铝纳米结构阵列的方法、三维太阳能电池和光伏电池技术

本发明专利技术描述了一种在铝基底上制备三维铝纳米结构阵列的方法，以及包括该三维铝纳米结构阵列的三维太阳能电池或光伏电池。所述方法包括：对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。该方法是一种低成本且适合规模化的制备三维铝纳米结构阵列的方法。所述三维纳米结构阵列在涂覆光吸收层后，可以被用于太阳能电池或光伏电池。所述太阳能电池或光伏电池显示出比平面铝基底更低的反射率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。本专利技术的内容包括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I)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I)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I)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I重量％至4重量％。8)如上述第I)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I)至8)中任意一项所述的制备方法，其中所述磷酸的浓度为O.1重量％至O. 2重量％,所述铬酸的浓度为4重量％至6重量％。10)如上述第I)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I)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5 μ m、间距小于或等于1. 3 μ m。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，包括在铝基底上形成的三维铝纳米钉阵列；以及涂覆于所述三维铝纳米钉阵列上的光吸收材料，其中所述三维铝纳米钉阵列在涂覆所述光吸收材料后显示出5%或更低的反射率。18)如上述第17)项所述的光伏电池，其中所述铝基底为薄膜铝基底或铝箔基底。19)如上述第17)或第18)项所述的光伏电池，其中所述光吸收材料为薄膜光吸收材料。20)如上述第17)至19)中任意一项所述的光伏电池，其中所述光吸收材料包含碲化镉或非晶硅中的至少一种。以下描述及附图详尽解释了说明书中某些方面。但是，这些方面是表述各种实施例的。当考虑到附图时，说明书中的其他方面将会从以下更详细的描述中变得明显。附图说明采用附图作为参考，以下的描述将会详细解释大量的实施例和各个方面，其中在全部附图中，相同的部分以相同符号表不，其中图1是实施例中三维铝纳米结构阵列的制备方法的非限制性流程图；图2是实施例中三维铝纳米钉阵列的制备方法的示意图，其中，I为Al基底，2为Al2O3 ；图3是实施例中采用不同电压进行阳极氧化的三维铝表面结构的扫描电镜图；图4是实施例中减反射涂层的形成方法的流程图；图5是实施例中一个太阳能电池示例的非限制性方块图；图6是实施例中一个太阳能电池示例的非限制性方块图； 图7是实施例中沉积了非晶硅的三维铝纳米钉阵列的非限制性扫描电镜图；图8是实施例中沉积了非晶硅的铝纳米钉阵列的非限制性反射光谱；图9是实施例中沉积了碲化镉的三维铝纳米钉阵列的非限制性扫描电镜图；图10是实施例中沉积了碲化镉的铝纳米钉阵列的非限制性反射光谱。具体实施例方式根据附图对该专利中各个方面或特征进行了描述，而说明书中相同的标号被用来指代相同的元素。在本说明书中，为了帮助更好地理解该说明书，会解释清楚大量特殊的细节。但是要理解，说明书中某些方面不会提到这些细节，或者会用其他方法、组分、分子等代替。另外，在各种实施例中，众所周知的结构和器件会用方框图表示以帮助描述和解释。根据本说明书中所描述的一个或多个实施例，这里描述了根据一种低成本且适合规模化的方法自组装生长在铝表面的三维纳米结构阵列。涂覆光吸收薄膜材料后，该三维纳米结构阵列显示了比同厚度的平面结构的薄膜更有效的光吸收能力。关于附图，首先参见附图1，附图1是实施例中制备三维铝纳米结构阵列的方法100的非限制性流程图。方法100是一种低成本且适合规模化生产的方法，可以在铝表面获得自组装的三维纳米结构阵列。用方法100制备的三维纳米结构阵列可作为模板来涂覆薄层减反射材料以促进陷光效应。过去，制备有陷光效果的三维纳米结构的技术主要是光刻法、真空刻蚀法、气相生长法。尽管通过这些制备方法所得的三维纳米结构被证明具有有效的陷光效应，但这些方法的高昂的成本以及难以规模化生产的缺陷还是限制了其实际应用。方法100利用在电解液(或基于溶液的过程)中的自组装阳极氧化来促进纳米结构的合成。基于溶液的过程是指在水和普通且便宜的化学试剂中进行的反应，相对于光刻法、真空刻蚀法以及气相生长法，具有生产成本较低、可大规模化生产的优点。而且，方法100可以生产相当均匀的高密度的三维纳米结构阵列。在步骤102中，铝基底被阳极氧化。铝基底通常指的是任何至少一个表面为铝的基底。在实施例中，铝基底具有铝薄层表面或铝薄膜表面。薄层铝表面的一个例子是铝箔。铝箔具有质量轻、柔韧本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：范智勇，于睿，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：