當前，提高薄膜太陽能電池的效率是大家所關注的研究課題。除了表面絨化和抗反射層外，金屬納米圖形對于增強薄膜太陽能電池的吸收已引起更多的注意。以前的研究表明，不同直徑的金屬納米點能在800nm處將光電子流提高數倍。為了研究金屬納米點對增強吸收的作用，納米點的尺寸和分布必須均勻。有幾種方法已用于制造金屬納米圖形，例如常規的光刻和自組裝技術。但是，這些方法有一些缺點，如產出低或設備成本高。采用陽極氧化的超薄氧化鋁（AAO）膜作為淀積掩膜被認為是低成本制作納米圖形的潛在方法，因為它們在大面積上的面密度高，且尺寸分布窄。本研究中，我們用超薄AAO模板在玻璃襯底上制備了Ag納米點，研究了氫化非晶硅(a-Si:H)薄膜因這些Ag納米圖形而增強的光吸收。

實驗
AAO模板是在0.3M草酸(C2H2O4)溶液通過鋁片的二步法陽極氧化工藝制作的。陽極氧化處理前，鋁片用丙酮進行脫脂處理，然后在H2SO4和H3PO4的混合溶液中進行電化學拋光。第一次陽極氧化是在固定電壓40V下進行的，用冷卻系統把電解液溫度保持為0℃。然后把陽極氧化的Al片浸沒在6wt%H3PO4中，除去在第一次陽極氧化時形成的氧化鋁層。在與第一次陽極氧化工藝相同的條件下進行第二次陽極氧化步驟，不過時間短一些。留下的Al箔和底部的阻擋層分別在基于CuSO4溶液和6wt%H3PO4中刻蝕。

得到了通孔AAO膜，接著轉移到玻璃襯底上。用電子束蒸發通過AAO模板制備Ag納米點。然后用3M NaOH溶液將AAO模板刻蝕掉，在玻璃襯底表面留下Ag納米微粒。接著，用等離子增強化學氣相淀積(PECVD)在Ag圖形玻璃襯底上生長a-Si:H薄膜，再在玻璃背面涂Ag膜。為了比較，也在玻璃上淀積a-Si:H薄膜，而沒有Ag納米點。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察AAO膜和Ag納米點的表面形貌，確定它們的特性。用UV-VIS-NIR分光光度計研究如此淀積的Ag納米點和Si:H薄膜的光學性質。

結果和討論
圖1是孔徑約80nm的AAO膜表面形貌和截面圖的SEM圖像。由于AAO是用二步法陽極氧化制備的，可以得到孔徑及孔間間距分布窄的有序孔結構，見圖1(a)。從圖1(b)可以證實，在AAO膜底部的氧化鋁阻擋層已徹底除去，這使膜能用作真空蒸發時的遮蔽掩膜。AAO的孔徑及厚度可以分別用調節孔加寬處理和第二次陽極氧化的加工時間控制。本研究中用的AAO膜的厚度為500nm。

圖2是Ag納米點的SEM圖像，其相應的淀積Ag厚度為20nm。由于陰影效應，Ag納米點直徑稍小于AAO膜的納米點直徑。根據測出的Ag納米點直徑，平均直徑約70nm。玻璃襯底上Ag納米點的吸收譜示于圖3。Ag納米點的表面等離子共振(SPR)效應可以用SPR波長確定，它與譜圖的主峰相應。如圖3所示，Ag 納米點SPR波長峰值在454nm處。與淀積在玻璃襯底上無Ag 納米點的a-Si:H膜比較(見圖3)，在Ag圖形化襯底上的a-Si:H膜在較長的波長(>600nm)上有更高的光吸收。盡管有些光吸收可能來自金屬納米微粒本身，我們認為Ag納米點是有效地增強了a-Si:H膜的光吸收。吸收的增強可能與Ag納米結構的等離子體增強光散射有關。入射光以a-Si:H光活性層的陷波波導模式被共振散射，通過襯底上Ag納米點與表面等離子體的相互作用，顯著增加了光在a-Si:H層中的光學路徑。

總之，我們成功地用基于AAO模板淀積在玻璃襯底上制作了Ag納米點陣列。玻璃上Ag納米點陣列的存在提高了a-Si:H光活性層在長波長區的光吸收。

薄膜太陽能電池研究的現狀及前景綜述

目前，人們根據所選用的半導體材料將太陽能電池應用技術分為晶硅和薄膜兩大類。晶硅太陽能電池在現階段的大規模應用和工業生產中占據主導地位，但由于其成本過高，限制了其發展。相比晶硅等其它太陽能電池，薄膜太陽能電池具有生產成本低、原材料消耗少、弱光性能優良等優勢。隨著世界能源緊缺，薄膜太陽能電池作為一種光電功能薄膜，可以有效地解決能源短缺問題，而且無污染，還可以實現光伏建筑一體化，易于大面積推廣。

CIGS薄膜太陽能電池
銅銦鎵硒薄膜太陽能電池是20世紀80年代后期開發出來的新型太陽能電池，典型結構為如下的多層膜結構。

CIGS具有非常優良的抗干擾、耐輻射能力，因而沒有光輻射引致性能衰退效應，使用壽命長。CIGS是直接帶隙的半導體材料，因此電池中所需的CIGS薄膜厚度很小(一般在2um左右)。它的吸收系數非常高達10-5cm-1，同時還具有很好的非常大范圍的太陽光譜的響應特性。通過調節Ga/(In+Ga)可以改變CIGS的帶隙，調節范圍為1.04eV~1.72eV。CIGS系電池可以很方便地做成多結系統，在四個結的情況下，從光線入射方向按禁帶寬度由大到小順序排列，太陽能電池的理論轉換效率極限可以超過50%。

制備CIGS薄膜的方法很多，包括真空蒸鍍、電沉積、濺射、化學浴沉積、化學氣相沉積、分子束外延、噴射熱解、封閉空間氣相輸運法等。CIGS薄膜在高于500℃的溫度下沉積在涂有Mo的玻璃襯底上，并且與通過化學沉積形成的CdS層，組成CdS／CIGS異質結太陽能電池。

CdTe薄膜太陽能電池
CdTe／CdS異質結薄膜太陽能電池簡稱CdTe薄膜太陽能電池。它是以p型CdTe和n型CdS為異質結。一般標準的CdTe薄膜太陽能電池的結構為玻璃／TCO／n-CdS／p-CdTe／背接觸層／背電極。

CdTe薄膜太陽能電池具有以下幾個優點：(1)理想的禁帶寬度。CdTe的禁帶寬度為1.45eV．CdTe的光譜響應和太陽光譜非常匹配：(2)高光吸收率。CdTe的吸收系數在可見光范圍高達10-4cm以上．99％的光子可在lum厚的吸收層內被吸收：(3)轉換效率高。CdTe薄膜太陽能電池的理論光電轉換效率約為30％；(4)電池性能穩定，一般的CdTe電池的設計使用時問為20年以上；(5)電池結構簡單，制造成本低，容易實現規模化生產。

非晶硅薄膜太陽能電池
非晶硅薄膜太陽能電池轉換效率較低，但工藝成熟、成本較晶硅低廉、制備方便，適于大規模生產。

非晶硅薄膜太陽能電池主要有兩種:單結和雙結。單結非晶硅薄膜太陽能電池僅含一種光吸收功能層，為非晶硅；而雙結非晶硅薄膜太陽能電池含２種光吸收功能層，一般為非晶硅和微晶硅。兩者結構示意圖如圖所示。

相對于單晶硅太陽能電池，非晶硅薄膜是一種極有希望大幅度降低太陽電池成本的材料。非晶硅薄膜太陽能電池具有諸多優點使之成為一種優良的光電薄膜光伏器件。(1)非晶硅的光吸收系數大，因而作為太陽能電池時，薄膜所需厚度相對其他材料如砷化鎵時，要小得多；(2)相對于單晶硅，非晶硅薄膜太陽能電池制造工藝簡單，制造過程能量消耗少；(3)可實現大面積化及連續的生產；(4)可以采用玻璃或不銹鋼等材料作為襯底，因而容易降低成本；(5)可以做成疊層結構，提高效率。

非晶硅薄膜主要由氣相沉積法制備，目前，普遍采用的是等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)。在PECVD法沉積非晶硅薄膜的方法中，一般原料氣采用SiH4和H2，制備非晶硅薄膜疊層電池時則采用SiH4和GeH4，在沉積過程中，加入B2H5或PH3。可實現摻雜。SiH4和GeH4在低溫等離子體的作用下分解產生a-Si或a-SiGe薄膜。

非晶硅薄膜太陽能電池仍存在一些需要解決的問題。(1)由于Staebler-Wronski效應的存在，使得非晶硅薄膜太陽能電池在太陽光下長時間照射會產生效率的衰減，從而導致整個電池效率的降低；(2)沉積速率低，影響非晶硅薄膜太陽能電池的大規模生產；(3)后續加工困難，如Ag電極的處理問題；(4)在薄膜沉積過程中存在大量的雜質，如O2、C等，影響薄膜的質量和電池的穩定性。

非晶硅薄膜太陽能電池的下一步研究主要有以下幾個方向：其一是采用優質的底電池i層材料；其二朝疊層結構電池發展；第三是在保證效率的條件下，開發生產疊層型非晶硅太陽電池模塊技術；最后使用便宜封裝材料以降低成本。