CN102709402B - 基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法，采用可大面积、低成本生产的阳极氧化法或纳米压印法制作第一金属材料的图形化金属衬底，并且增加位于所述图形化金属衬底与光吸收层之间的第二金属材料的图形化金属薄膜。本发明利用图形化金属薄膜对光的散射、以及图形化金属薄膜的表面等离激元效应，增加入射光子在光吸收层内的光程并增强局部电磁场，使光在光吸收层中充分吸收，增强了光吸收效率，从而减小光吸收层的厚度，进而提高光生载流子收集效率和光电转换效率，同时，促进了成本的降低。本发明工艺简单，易实现大面积、低成本生产应用。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术的薄膜太阳电池领域，涉及一种薄膜太阳电池及其制作方法，特别是涉及一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法。
背景技术
薄膜太阳电池是一种采用薄膜光伏材料为光吸收层的太阳电池，具有材料消耗少、制造温度低、能量偿还周期短等优势，得到了产业界和科研领域的广泛关注。按照薄膜太阳电池的材料的不同可以分为硅基薄膜太阳电池、碲化镉太阳电池、铜基化合物太阳电池、染料敏化太阳电池和有机太阳电池等。相对于晶体硅太阳电池，薄膜太阳电池的光吸收层具有较高的光吸收效率，但光生载流子复合较严重。不过，可以通过提高薄膜太阳电池光吸收层中光的有效吸收长度（即光程）或局部电磁场使光吸收效率进一步提高，从而减小光吸收层厚度，进一步实现降低光生载流子复合、降低成本、提高光电转换效率的目标。以下为现有技术中，提高光吸收效率采用的几种常用方法。
采用绒面陷光结构可有效增加光程，减小光吸收层厚度。但是在较薄的光吸收层厚度下，一方面绒面结构仍不足以使薄膜太阳电池充分吸收薄膜材料吸收带边附近的长波长光，无法突破朗伯（Lambertian）极限（4n2极限，n为吸收层薄膜材料的折射率）（详见Han,et.al.,NanoLett.2010,10,4692）；另一方面，由于绒面结构的粗糙度和吸收层薄膜的厚度相当，容易导致缺陷密度的增大。
近年来，纳米技术领域的成果被应用到薄膜太阳电池中，获得了较好的光吸收效果。其中一类就是具有纳米柱（锥）状光吸收层的薄膜太阳电池，纳米柱（锥）状结构提供了良好的陷光效果，提高吸收层光程，增加了光的吸收。但是这类电池的制备通常依赖于复杂的光刻或者刻蚀等半导体工艺，或者经过多次复杂的工艺步骤（详见Fan,et.al.,NatureMaterials,2009,8,648）。另一类则是结合微加工工艺实现周期性纳米结构，并以其为衬底来制备的薄膜太阳电池。例如，YiCui等人用单层二氧化硅纳米球薄膜做掩模，在石英基片上采用反应离子刻蚀方法（RIE）刻蚀出六方密堆排列的纳米锥阵列，并用这种纳米结构的石英基片做衬底制备了非晶硅薄膜太阳电池（详见Hsu,et.al.,Adv.EnergyMater.,2012,2,628）。纳米结构衬底对光的散射等作用有效增加了光程，提高了光吸收层内的电场强度，增加了光吸收并最终在250nm厚的非晶硅薄膜光吸收层上实现了9.7%的能量转换效率。但是由于二维胶体晶体（单层二氧化硅纳米球）组装技术难以实现大面积应用，同时还涉及到反应离子刻蚀（RIE）等微加工工艺，使该技术在薄膜电池规模化、低成本生产中的应用受到限制。
金属表面等离子体是另一种对光进行操控的新方法，利用金属的表面等离子体可以实现增强的光散射、增强的局部电磁场以及表面等离极化激元（SurfacePlasmonPolaritons,SPPs）模式（详见Atwater,et.al.,Naturematerials,2010,9,205）。上述三种模式都被用来提高薄膜太阳电池的光吸收，其中，产生金属表面等离子体效应的金属纳米颗粒，通常被布置在薄膜太阳电池光吸收层的表面、背面或内部来实现增强的光散射或局部电磁场。当在薄膜太阳电池半导体光吸收层背面构建金属亚微米结构薄膜时，在金属-半导体界面上可激发SPPs模式。SPPs能有效地捕获入射光，并将入射光限制在半导体光吸收层中横向传播，光的传播方向被改变了90°，在保证较小的光吸收层厚度的同时大大增加了薄膜太阳电池的光程。但由于SPPs模式的激发需要可见光波长量级尺寸的图形化金属层，目前制作该尺寸的图形化金属亚微米结构，往往在非金属无图形的衬底上制作，因此涉及到半导体微加工工艺，使该技术在薄膜电池规模化、低成本生产中的应用受到限制。
以上几种提高光吸收效率的方法，由于各自制作方法的限制，都与薄膜太阳电池降低成本的趋势相悖。因此亟需一种简单的薄膜太阳电池制作方法，在保证增加光吸收效率的同时，进一步降低薄膜太阳电池的制作成本。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法，用于解决现有技术中薄膜太阳电池增强光吸收效率的同时，无法大面积、低成本制作薄膜太阳电池的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，所述制作方法至少包括：
1）提供一第一金属材料的衬底，在所述金属衬底的表面制作出纳米级图形结构以形成图形化金属衬底；
2）在所述图形化金属衬底上，形成一第二金属材料的金属薄膜；
3）在所述金属薄膜上形成光吸收层，并在所述光吸收层上形成透明电极。
可选地，所述步骤1）中制作所述纳米级图形结构采用阳极氧化法或纳米压印法，其中，所述阳极氧化法采用平行电极或卷对卷方式进行阳极氧化，所述纳米压印法至少包括平板压印法或卷对卷压印法。
可选地，所述阳极氧化法为在有机或无机酸性溶液中，温度范围-20~30℃，用20~1000V电压对所述金属衬底进行阳极氧化，而后去除氧化层，以实现图形化金属衬底。
可选地，所述纳米级图形结构为特征尺寸范围为10~1000nm的无序或有序的纳米级图形结构。
可选地，所述有序的纳米级图形结构至少包括纳米级周期性图形结构，其中，所述纳米级周期性图形结构至少包括周期性碗状凹坑结构、周期性条状结构、周期性网格状结构、周期性方块状结构、周期性圆柱状结构、周期性倒金字塔状凹坑结构。
可选地，所述第一金属材料至少包括钛、铝、不锈钢、及铜中的任意一种或任意几种的合金。
可选地，所述第二金属材料至少包括金、银、铜、及铝中的任意一种或任意几种的合金。
可选地，所述步骤3）中在所述金属薄膜上形成光吸收层之前还包括在所述金属薄膜上形成一缓冲层的步骤。
可选地，所述缓冲层的厚度范围是10~50nm。
可选地，所述步骤3）中，沉积一层透明导电氧化物形成所述的透明电极或缓冲层。
可选地，所述透明导电氧化物至少包括ZnO、SnO2、及In2O3中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物。
可选地，所述透明电极的厚度范围是80~3000nm，所述金属薄膜的厚度范围是3~500nm。
可选地，所述光吸收层为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种。
本发明还提供一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，所述薄膜太阳电池至少包括：
图形化金属衬底，为第一金属材料，其表面具有纳米级图形结构；
金属薄膜，形成于所述图形化金属衬底表面，为第二金属材料；
光吸收层，形成于所述金属薄膜表面，借助所述的金属薄膜的表面等离激元以增加所述薄膜太阳电池的吸收光程并增强局部电磁场；
透明电极，形成于所述光吸收层表面。
可选地，所述第一金属材料至少包括钛、铝、不锈钢、及铜中的任意一种或任意几种的合金。
可选地，所述纳米级图形结构为特征尺寸范围为10~1000nm的无序或有序的纳米级图形结构。
可选地，所述有序的纳米级图形结构至少包括纳米周期性图形结构，其中，所述纳米周期性图形结构至少包括周期性碗状凹坑结构、周期性条状结构、周期性网格状结构、周期性方块状结构、周期性圆柱结构、周期性倒金字塔状凹坑结构。
可选地，所述第二金属材料至少包括金、银、铜、及铝中的任意一种或任意几种的合金。
可选地，所述光吸收层为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种。
可选地，所述薄膜太阳电池还包括位于所述金属薄膜与光吸收层之间的缓冲层。
可选地，所述缓冲层的厚度范围是10~50nm。
可选地，所述透明电极或缓冲层至少包括透明导电氧化物。
可选地，所述透明导电氧化物至少包括ZnO、SnO2、及In2O3中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物。
可选地，所述透明电极的厚度范围是80~3000nm，所述金属薄膜的厚度范围是3~500nm。
如上所述，本发明的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法，相较于现有技术中的薄膜太阳电池，具有以下有益效果：
1）本发明制作的图形化金属衬底，工艺简单，易实现大面积、低成本的卷对卷生产，降低了成本；
2）图形化金属薄膜对光的散射作用可以有效地将入射光耦合进光吸收层的光波导模式中，让光沿着光吸收层横向传播，增加光吸收层的光程，使入射光充分被光吸收层吸收，提高光吸收效率；
3）图形化金属薄膜的表面等离激元可以增强入射光散射，并将入射光能量局限在金属薄膜与薄膜电池的光吸收层之间的界面上横向传播，以增加光吸收层的光程，提高了光吸收层对入射光的吸收效率，同时，图形化金属薄膜的表面等离激元还可以增强局部电磁场，将光能量聚集到光吸收层附近，进一步提高光吸收层对入射光的吸收效率；
4）本发明有效增强薄膜太阳电池的光吸收效率，以减小光吸收层的厚度，进一步降低了成本。
附图说明
图1a至图1h显示为本发明基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法的图形化金属衬底的纳米级图形结构三维示意图。
图2a至图2c显示为本发明基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法的实施例一中的结构示意图。
图2d显示为现有技术与本发明基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法实施例一中的非晶硅薄膜太阳电池的吸收光谱对比示意图。
图3a至图3c显示为本发明基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法的实施例二中的结构示意图。
图4a至图4c显示为本发明基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法的实施例三中的结构示意图。
图5a至图5c显示为本发明基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法的实施例四中的结构示意图。
元件标号说明
1金属衬底、图形化金属衬底
2金属薄膜
3光吸收层
311N型非晶硅薄膜
312本征非晶硅薄膜
313P型非晶硅薄膜
321ZnTe/ZnTe:Cu缓冲层
322P型CdTe层
323、332N型CdS窗口层
331P型铜铟镓硒（CIGS）层
341电子传输层
342有机活性层
343空穴传输层
4透明电极
5缓冲层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1a至图5c。需要说明的是，以下具体实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图1a至图2d所示，本发明提供一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，所述制作方法至少包括：
首先执行步骤1），如图1a至1h所示，提供一第一金属材料的衬底1，在所述金属衬底1的表面采用阳极氧化法或纳米压印法制作出纳米级图形结构以形成图形化金属衬底1，其中，所述第一金属材料至少包括钛、铝、不锈钢、及铜中的任意一种或任意几种的合金。
所述纳米级图形结构为特征尺寸范围为10~1000nm的无序或有序的纳米级图形结构，如图1所示，所述有序的纳米级图形结构至少包括纳米级周期性图形结构，其中，图1中所示的纳米级周期性图形结构至少包括周期性碗状凹坑结构（请参阅图1a）、周期性条状结构（至少包括图1b所示的方形横截面和图1h所示的半圆形横截面）、周期性网格状结构（请参阅图1c）、周期性方块状结构（请参阅图1d）、周期性圆柱结构（至少包括图1e所示的正交排列的圆柱、及图1f所示的六方密堆排列的圆柱）、周期性倒金字塔状凹坑结构（请参阅图1g）。
需要说明的是，所述阳极氧化法采用平行电极或卷对卷方式进行阳极氧化，所述纳米压印法至少包括平板压印法或卷对卷压印法。其中，所述阳极氧化法为在有机或无机酸性溶液中，温度范围-20~30℃，用20~1000V电压对所述金属衬底进行阳极氧化，而后去除氧化层，以实现图形化金属衬底1。需要进一步说明的是，所述阳极氧化法或纳米压印法，工艺简单，易实现大面积、低成本的卷对卷生产，因此降低了成本。
在本实施例一中，以制作图形化金属（铝）衬底的非晶硅薄膜太阳电池为例进行阐述。具体地，在步骤1）中，如图2a所示，所述第一金属衬底1为铝，在磷酸溶液（磷酸：乙二醇：水=0.5：100：200，体积比）中，195V恒压氧化金属衬底1，温度保持在0~5℃，氧化时间为8小时。而后，将所述经阳极氧化的金属衬底1放在磷酸与铬酸的混合溶液（磷酸6wt%，铬酸1.8wt%）中，温度60℃保持8小时，溶解去除所述经阳极氧化的金属衬底1上的氧化层（多孔氧化铝膜），形成特征尺寸约500nm的纳米级图形结构，其中，所述纳米级图形结构为周期约为500nm的碗状凹坑结构（请参阅图1a），以形成图形化金属衬底1。接着执行步骤2）。
在步骤2）中，如图2b所示，在所述图形化金属衬底1上，采用物理气相沉积法形成一图形化的第二金属材料的金属薄膜2。其中，所述金属薄膜2的图形结构与所述图形化金属衬底1的图形结构相对应；所述金属薄膜2为致密的金属薄膜；所述第二金属材料至少包括金、银、铜、及铝中的任意一种或任意几种的合金；所述金属薄膜的厚度范围是3~500nm；所述物理气相沉积法至少包括磁控溅射、电子束蒸发、共蒸发或热蒸发。
具体地，在本实施例一中，温度为120℃，功率为200W时，在所述图形化金属（铝）衬底1上，磁控溅射第二金属材料2分钟，形成厚度约100nm的图形化的金属薄膜2。其中，所述第二金属为银，即所述金属薄膜2为致密的银薄膜；所述金属薄膜2的纳米级图形结构与所述图形化金属（铝）衬底1相对应，也为周期约500nm的碗状凹坑结构（请参阅图1a）。接着执行步骤3）。
在步骤3）中，在所述金属薄膜2上，采用化学气相沉积法、物理气相沉积法、或化学池沉积法形成光吸收层3，并在所述光吸收层3上采用物理气相沉积法形成一层透明导电氧化物（TransparentConductiveOxide，TCO）作为透明电极4。其中，所述化学气相沉积法至少包括等离子体增强化学气相沉积法（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD)、热丝化学气相沉积（HotWireChemicalVaporDeposition，HWCVD）或低压化学气相沉积（LowPressureChemicalVaporDeposition，LPCVD），所述物理气相沉积法至少包括磁控溅射、电子束蒸发、共蒸发或热蒸发；所述光吸收层3为硅基光伏材料、碲化镉（CdTe）、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅、或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒（CIGS）或铜锌锡硫（CZTS），所述有机光伏材料至少包括有机染料或聚合物薄膜；所述透明导电氧化物（TCO）至少包括ZnO、SnO2、及In2O3中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物，其中，所述掺杂衍生物为ZnO的掺杂衍生物、SnO2的掺杂衍生物、或In2O3的掺杂衍生物；所述透明电极4的厚度范围是80~3000nm。
需要说明的是，在所述金属薄膜2上形成光吸收层3之前，根据预制作光吸收层3的不同，有选择性的在所述金属薄膜2上沉积一层透明导电氧化物（TransparentConductiveOxide，TCO）形成一缓冲层5，以避免金属向预制作的光吸收层3扩散以及金属薄膜2与预制作的光吸收层3在界面上的缺陷造成的表面复合情况，同时还能通过选择具有合适介电常数的透明导电氧化物调节所述金属薄膜2的介质环境，从而控制其表面等离激元的共振频率，其中，所述缓冲层5的厚度范围是10~50nm，所述透明导电氧化物（TCO）至少包括ZnO、SnO2、及In2O3中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物，其中，所述掺杂衍生物为ZnO的掺杂衍生物、SnO2的掺杂衍生物、或In2O3的掺杂衍生物。具体地，当预制作的光吸收层3中已包含具有缓冲层作用（防止金属扩散至预制作的光吸收层3中，调节所述金属薄膜2的介质环境）的层、在预制作的光吸收层材料中金属不易发生扩散、或者也不需要调节所述金属薄膜2的介质环境时，则不需要在所述金属薄膜2上形成预制作光吸收层3之前，沉积一层透明导电氧化物形成一缓冲层5。
在本实施例一中，由于预制作的光吸收层3光伏材料为非晶硅，在非晶硅中金属比较容易发生扩散，且预制作的光吸收层3中并无发挥缓冲层5作用（防止金属扩散至光吸收层3中，调节所述金属薄膜2的介质环境）的层，因此，必须在所述金属薄膜2上预制作光吸收层3之前，先沉积一层透明导电氧化物形成一缓冲层5，而后再制备非晶硅光吸收层3。
具体地，在本实施例一中，所述步骤3）为，如图2c所示：
温度120℃、功率165W时，在所述金属薄膜2上，磁控溅射硼（B）掺杂的ZnO（即BZO，为ZnO的掺杂衍生物）6分钟，形成厚度约30nm（BZO）缓冲层5，以防止所述金属薄膜2的金属扩散至光吸收层3中并调节所述金属薄膜2的介质环境；
之后，温度280℃、气流比SiH4：PH3：H2=10：12.5：40、气压0.473Torr时，在所述缓冲层5上，采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积N型非晶硅40秒，形成厚度为20nm的N型非晶硅薄膜311；
而后，温度318.7℃、气流比SiH4：H2=3.7：50、气压1.98Torr时，采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积本征非晶硅3.5~15分钟，形成厚度为70~300nm的本征非晶硅薄膜312，优选的，沉积时间为3.5分钟，形成的本征非晶硅薄膜312厚度为70nm；
然后，温度303.9℃、气流比SiH4：B2H6：H2=10：0.26：200、气压0.365Torr时，采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积P型非晶硅24秒，形成厚度为10nm的P型非晶硅薄膜313，其中，本实施例一中的光吸收层3包括N型非晶硅薄膜311、本征非晶硅薄膜312、及P型非晶硅薄膜313，所述光吸收层3的优选厚度为100nm；
最后，温度120℃、功率165W时，在所述光吸收层3上，采用磁控溅射硼（B）掺杂的ZnO（即BZO，为ZnO的掺杂衍生物）15~56分钟，形成厚度为80~3000nm的BZO薄膜作为透明电极4，优选的，透明电极4的厚度为300nm或500nm，以制作出非晶硅薄膜太阳电池。
需要说明的是，图形化金属薄膜2对光的散射作用，可以有效地将入射光耦合进光吸收层3的光波导模式中，让光沿着光吸收层3横向传播，增加光吸收层3的光程，使入射光充分被光吸收层3吸收。
需要进一步说明的是，图形化金属薄膜2的表面等离激元，可以增强入射光散射，并将入射光能量局限在金属薄膜2与光吸收层3之间的界面上横向传播，从而增加入射光与光吸收层3的作用距离，同样增加光吸收层3的光程，提高了光吸收层对入射光的吸收；同时，图形化金属薄膜2的表面等离激元，还可以增强局部电磁场，将光能量聚集到光吸收层附近，进一步提高了光吸收层对入射光的吸收。更进一步，增加光吸收层3的光程或增强局部电磁场相当于增强光吸收层3光吸收效率，以实现光吸收层的厚度减小，从而进一步降低成本。
图2d显示了实施例一中图形化金属衬底1在非晶硅薄膜太阳电池中的光吸收增强效果。具体地，图2d中，实线表示的是本实施例一中采用特征尺寸为500nm的图形化金属衬底1并且吸收层厚度为100nm的非晶硅薄膜太阳电池的吸收光谱，短虚线表示的是采用没有图形的金属衬底并且吸收层厚度为330nm的非晶硅薄膜太阳电池的吸收光谱，长虚线表示的是采用没有图形的金属衬底并且吸收层厚度为100nm的非晶硅薄膜太阳电池的吸收光谱。
由图2d对比的吸收光谱可知，对吸收效率而言，非晶硅薄膜太阳电池均为平板衬底时，吸收层越厚则吸收效率越高；但是，当平板衬底的晶硅薄膜太阳电池与本实施例一中的增加了图形化金属衬底1及金属薄膜2的非晶硅薄膜太阳电池相比较时，本实施例一中的非晶硅薄膜太阳电池采用500nm特征尺寸的图形化金属（铝）衬底1、光吸收层优选厚度为100nm时，其光吸收率高于吸收层厚度同为100nm的平板衬底的非晶硅薄膜太阳电池，同时本实施例一中的非晶硅薄膜太阳电池的吸收效率也高于光吸收层厚度为330nm的平板衬底的非晶硅薄膜太阳电池。
需要说明的是，本实施例一的非晶硅薄膜太阳电池的吸收层3厚度范围为100~330nm，随着吸收层3厚度的增加，吸收层3中的光程也会增加，对太阳光的吸收也更加充分，但是到达图形化金属薄膜2和图形化金属衬底1的光会减少，图形化衬底1和图形化金属薄膜2的增强效果则会减弱，当厚度到达某一优选值后光吸收已足够充分，继续增加厚度不能明显提高光吸收，因此，在另一实施例中，本发明的非晶硅薄膜太阳电池吸收层3优选厚度为230nm，在图形化金属薄膜2和图形化金属衬底1的作用下，优选厚度（230nm）已经能够充分吸收太阳光。
本发明基于图形化金属衬底的非晶硅薄膜太阳电池的制作方法，一方面工艺简单，易实现大面积、低成本的卷对卷生产图形化金属衬底，降低了成本；另一方面，采用本发明的制作方法，可有效增强薄膜太阳电池的光吸收效率，以减小光吸收层的厚度，进一步降低了成本。其中，图形化金属薄膜对光的散射作用可以有效地将入射光耦合进光吸收层的光波导模式中，让光沿着光吸收层横向传播，增加光吸收层的光程，使入射光充分被光吸收层吸收，提高光吸收效率；图形化金属薄膜的表面等离激元可以增强入射光的散射，并将入射光能量局限在金属薄膜与薄膜电池的光吸收层之间的界面上横向传播，以增加光吸收层的光程，提高了光吸收层对入射光的吸收效率，同时，图形化金属薄膜的表面等离激元还可以增强局部电磁场，将光能量聚集到光吸收层附近，进一步提高光吸收层对入射光的吸收效率。
实施例二
本实施例二与实施例一采用基本相同的制作步骤，不同之处在于：在本实施例二中以制作图形化（铝）金属衬底的碲化镉薄膜太阳电池为例进行阐述，以下主要阐述与实施例一具体步骤中不相同的内容。
如图3a至图3c所示，本发明提供一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，所述制作方法至少包括：
首先执行与实施例一类似的步骤1），提供一第一金属材料的衬底1，在所述金属衬底1的表面采用阳极氧化法或纳米压印法制作出纳米级图形结构以形成图形化金属衬底1。
具体地，本实施例二中，如图3a所示，所述第一金属衬底1为铝，在20V恒压下，用体积比高氯酸：乙醇=1：4的溶液，对所述金属（铝）衬底1片进行恒压电化学抛光，然后用周期为500nm的横截面为半圆形的条状凹槽结构作为模板，在已抛光的所述金属（铝）衬底1上用100~1000N的压力复制所述模板的图形，制作周期为500nm的半圆形横截面的条状结构（请参阅图1h），以形成图形化金属（铝）衬底1（请参阅图3a）。接着执行步骤2）。
本实施例二的步骤2）与实施例一中的步骤2）基本相同，如图3b所示，不同之处仅在于本实施例二中的与所述图形化金属（铝）衬底1相对应的金属薄膜2的纳米级图形结构为半圆形横截面的周期性条状结构（请参阅图1h及图3b）。其余相同之处请详见实施例一，在此不再一一赘述。
需要说明的是，图形化金属薄膜2对入射光具有对光的散射作用，有效地将入射光耦合进预制作的光吸收层的光波导模式中，让光沿着预制作的光吸收层横向传播，增加预制作光吸收层的光程，使入射光充分被预制作的光吸收层吸收，提高光吸收效率。
需要进一步说明的是，图形化金属薄膜2的表面等离激元可以增强入射光的散射，并将入射光能量局限在金属薄膜2与预制作的光吸收层之间的界面上横向传播，以增加预制作的光吸收层的光程，提高预制作的光吸收层对入射光的吸收效率，同时，图形化金属薄膜2的表面等离激元还可以增强局部电磁场，将光能量聚集到预制作的光吸收层附近，进一步提高预制作的光吸收层对入射光的吸收效率。接着执行步骤3）。
在步骤3）中，在所述金属纳米颗粒层金属薄膜2上，采用化学气相沉积法、物理气相沉积法、或化学池沉积法形成光吸收层3，并在所述光吸收层3上采用物理气相沉积法形成一层透明导电氧化物（TransparentConductiveOxide，TCO）作为透明电极4。
需要说明的是，如图3c所示，不同之处在于本实施例二中预制作的光吸收层3光伏材料为碲化镉（CdTe），且预制作的碲化镉（CdTe）光吸收层3本身具有缓冲层ZnTe/ZnTe:Cu，则不需要在所述金属薄膜2与预制作的光吸收层3之间形成缓冲层。
具体地，在本实施例二中，所述步骤3）为，如图3c所示：
在所述金属薄膜2上，采用共蒸发法制备厚度为30~50nm的ZnTe/ZnTe:Cu缓冲层321，以防止所述金属薄膜2的金属扩散至预制作的光吸收层3中，同时所述ZnTe/ZnTe:Cu缓冲层321能调节所述金属薄膜2的介质环境，并使预制作的吸收层3与所述金属薄膜2之间可实现良好的欧姆接触；
之后，温度420~520℃、源温度550~650℃、源与衬底距离2~4mm、气压1~100Pa时，在所述ZnTe/ZnTe:Cu缓冲层321上，采用近空间升华法沉积厚度1~5μm的P型CdTe层322；
而后，利用化学池沉积方法，在所述P型CdTe层322上制作厚度为100~150nm的N型CdS窗口层323；
最后，在所述N型CdS窗口层323上，采用磁控溅射沉积SnO2/SnO2:F薄膜作为透明电极4，其中，本征SnO2高阻层的厚度约为100nm，SnO2:F（氟掺杂的SnO2，为SnO2的掺杂衍生物）导电层的厚度为100~500nm，其中，SnO2:F导电层的优选厚度为300nm或500nm，以制作出碲化镉（CdTe）薄膜太阳电池。
本发明基于图形化金属衬底的碲化镉（CdTe）薄膜太阳电池的制作方法，一方面工艺简单，易实现大面积、低成本的卷对卷生产图形化金属衬底，降低了成本；另一方面，采用本发明的制作方法，可有效增强薄膜太阳电池的光吸收效率，以减小光吸收层的厚度，进一步降低了成本。
实施例三
本实施例三与实施例一采用基本相同的制作步骤，不同之处在于：在本实施例三中以制作图形化（铝）金属衬底的铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池为例进行阐述，以下主要阐述与实施例一具体步骤中不相同的内容。
如图4a至图4c所示，本发明提供一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，所述制作方法至少包括：
首先执行与实施例一类似的步骤1），提供一第一金属材料的衬底1，在所述金属衬底1的表面采用阳极氧化法或纳米压印法制作出纳米级图形结构以形成图形化金属衬底1。
具体地，本实施例三中，如图4a所示，所述第一金属衬底1为铝，在20V恒压下，用体积比高氯酸：乙醇=1：4的溶液，对所述金属（铝）衬底1片进行恒压电化学抛光，然后用周期为500nm的金字塔状的图形化硅片作为模板，在已抛光的所述金属（铝）衬底1上用100~1000N的压力复制所述模板的图形，制作周期为500nm的倒金字塔状凹坑结构（请参阅图1g），以形成图形化金属（铝）衬底1（请参阅图4a）。接着执行步骤2）。
本实施例三的步骤2）与实施例一中的步骤2）基本相同，如图4b所示，不同之处仅在于本实施例三中的与所述图形化金属（铝）衬底1相对应的金属薄膜2的纳米级图形结构为周期性倒金字塔状凹坑结构（请参阅图1g及图4b）。其余相同之处请详见实施例一，在此不再一一赘述。
需要说明的是，图形化金属薄膜2对入射光具有对光的散射作用，有效地将入射光耦合进预制作的光吸收层的光波导模式中，让光沿着预制作的光吸收层横向传播，增加预制作光吸收层的光程，使入射光充分被预制作的光吸收层吸收。
需要进一步说明的是，图形化金属薄膜2的表面等离激元可以增强入射光的散射，并将入射光能量局限在金属薄膜2与预制作的光吸收层之间的界面上横向传播，以增加预制作的光吸收层的光程，提高预制作的光吸收层对入射光的吸收效率，同时，图形化金属薄膜2的表面等离激元还可以增强局部电磁场，将光能量聚集到预制作的光吸收层附近，进一步提高预制作的光吸收层对入射光的吸收效率。接着执行步骤3）。
在步骤3）中，在所述金属薄膜2上，采用化学气相沉积法、物理气相沉积法、或化学池沉积法形成光吸收层3，并在所述光吸收层3上采用物理气相沉积法形成一层透明导电氧化物（TransparentConductiveOxide，TCO）作为透明电极4。
需要说明的是，如图4c所示，不同之处在于本实施例三中预制作的光吸收层3光伏材料为铜铟镓硒（CIGS），且在所述铜铟镓硒（CIGS）材料中金属不易发生扩散，也不需要调节所述金属薄膜2的介质环境，因此在所述金属薄膜2与预制作的光吸收层3之间形成缓冲层不是必须的，在本实施例三中，出于降低成本的考虑，则不制作所述缓冲层。
具体地，在本实施例三中，所述步骤3）为，如图4c所示：
在所述金属薄膜2上，采用磁控溅射法沉积厚度为1~3μm的P型铜铟镓硒（CIGS）层薄膜331；
然后，在所述P型铜铟镓硒（CIGS）层薄膜331上，采用化学池沉积方法，制备厚度约为50nm的N型CdS窗口层332；
最后，在所述N型CdS窗口层332上，采用磁控溅射沉积ZnO/ZnO:Al薄膜作为透明电极4，其中，本征ZnO高阻层的厚度为50~100nm，ZnO:Al（铝掺杂的ZnO，为ZnO的掺杂衍生物）导电层的厚度为300~500nm，优选的，本征ZnO高阻层的优选厚度为100nm，ZnO:Al导电层的优选厚度为300nm或500nm，以制作出铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池。
本发明基于图形化金属衬底的铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池的制作方法，一方面工艺简单，易实现大面积、低成本的卷对卷生产图形化金属衬底，降低了成本；另一方面，采用本发明的制作方法，可有效增强薄膜太阳电池的光吸收效率，以减小光吸收层的厚度，进一步降低了成本。
实施例四
本实施例四与实施例一采用基本相同的制作步骤，不同之处在于：在本实施例四中以制作图形化（钛）金属衬底的有机薄膜太阳电池为例进行阐述，以下主要阐述与实施例一具体步骤中不相同的内容。
如图5a至图5c所示，本发明提供一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，所述制作方法至少包括：
首先执行与实施例一类似的步骤1），提供一第一金属材料的衬底1，在所述金属衬底1的表面采用阳极氧化法或纳米压印法制作出纳米级图形结构以形成图形化金属衬底1。
具体地，本实施例四中，如图5a所示，所述金属衬底1为钛，在450℃下将所述金属（钛）衬底1退火5小时，随后，温度保持在10~20℃，在0.3wt%的NH4F溶液（水：乙二醇=2：98，体积比）中，60V恒压对所述经退火的金属（钛）衬底1氧化12小时。氧化完成后，用胶带将所述金属（钛）衬底1上的氧化层（二氧化钛膜）剥离，形成特征尺寸约100nm的纳米级图形结构，其中，所述纳米级图形结构为周期约100nm的碗状凹坑结构（请参阅图1a），以形成图形化金属（钛）衬底1（请参阅图5a）。接着执行步骤2）。
本实施例四的步骤2）与实施例一中的步骤2）相同，如图5b所示，请详见实施例一，在此不再一一赘述。
需要说明的是，图形化金属薄膜2对入射光具有对光的散射作用，有效地将入射光耦合进预制作的光吸收层的光波导模式中，让光沿着预制作的光吸收层横向传播，增加预制作光吸收层的光程，使入射光充分被预制作的光吸收层吸收。
需要进一步说明的是，图形化金属薄膜2的表面等离激元可以增强入射光的散射，并将入射光能量局限在金属薄膜2与预制作的光吸收层之间的界面上横向传播，以增加预制作的光吸收层的光程，提高预制作的光吸收层对入射光的吸收效率，同时，图形化金属薄膜2的表面等离激元还可以增强局部电磁场，将光能量聚集到预制作的光吸收层附近，进一步提高预制作的光吸收层对入射光的吸收效率。接着执行步骤3）。
在步骤3）中，在所述金属薄膜2上，采用印刷法或涂覆法形成光吸收层3，并在所述光吸收层3上采用物理气相沉积法形成一层透明导电氧化物（TransparentConductiveOxide，TCO）作为透明电极4，其中，涂覆法至少包括旋涂法、刮涂法和喷涂法，印刷法至少包括丝网印刷法、喷墨印刷法和移印法。。
需要说明的是，本实施例三中预制作的光吸收层3光伏材料为有机光伏材料，且在所述有机光伏材料中金属不易发生扩散，也不需要调节所述金属薄膜2的介质环境，因此不必在所述金属薄膜2与预制作的光吸收层3之间形成缓冲层，即在本实施例四中，不制作所述缓冲层。
具体地，在本实施例四中，所述步骤3）为，如图5c所示：
在所述金属薄膜2上，温度120℃，功率165W时，磁控溅射6分钟，制作厚度为30nm的ZnO电子传输层341；
之后，在所述电子传输层341上，采用旋涂法制作厚度为80-100nm的P3HT:PCBM有机活性层342；
然后，在所述有机活性层342上，采用旋涂法制作厚度约38nm的PEDOT:PSS空穴传输层343；
最后，在所述空穴传输层343上，温度120℃，功率165W，磁控溅射15~56分钟沉积厚度为80~3000nm的BZO（硼掺杂的ZnO，为ZnO的掺杂衍生物）薄膜作为透明电极4，优选的，透明电极4的厚度为150nm或300nm，以制作出有机薄膜太阳电池。
本发明基于图形化金属衬底的有机薄膜太阳电池的制作方法，一方面工艺简单，易实现大面积、低成本的卷对卷生产图形化金属衬底，降低了成本；另一方面，采用本发明的制作方法，可有效增强薄膜太阳电池的光吸收效率，以减小光吸收层的厚度，进一步降低了成本。
实施例五
如图2c、图3c、图4c及图5c所示，本发明还提供一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，所述薄膜太阳电池至少包括：图形化金属衬底1、金属薄膜2、光吸收层3及透明电极4。
所述图形化金属衬底1为第一金属材料，且其表面具有纳米级图形结构，其中，所述第一金属材料至少包括钛、铝、不锈钢、及铜中的任意一种或任意几种的合金，所述纳米级图形结构为特征尺寸范围为10~1000nm的无序或有序的纳米级图形结构。需要说明的是，所述有序的纳米级图形结构至少包括纳米周期性图形结构，如图1所示，所述纳米周期性图形结构至少包括周期性碗状凹坑结构（请参阅图1a）、周期性条状结构（至少包括图1b所示的方形横截面和图1h所示的半圆形横截面）、周期性网格状结构（请参阅图1c）、周期性方块状结构（请参阅图1d）、周期性圆柱结构（至少包括图1e所示的正交排列的块状圆柱、及图1f所示的六方密堆排列的块状圆柱）、周期性倒金字塔状凹坑结构（请参阅图1g）。
具体地，如图2c所示，所述图形化金属衬底1为铝，所述纳米级图形结构为周期约为500nm的碗状凹坑结构（请参阅图1a）；如图3c所示，所述图形化金属衬底1为铝，所述纳米级图形结构为周期为500nm的半圆形横截面的条状结构（请参阅图1h）；如图4c所示，所述图形化金属衬底1为铝，所述纳米级图形结构为周期为500nm的倒金字塔状凹坑结构（请参阅图1g）；如图5c所示，所述图形化金属衬底1为钛，所述纳米级图形结构为周期为100nm的碗状凹坑结构（请参阅图1a）。
所述金属薄膜2为第二金属材料，形成于所述图形化金属衬底1表面，所述金属薄膜2的图形结构与所述图形化金属衬底1的图形结构相对应，所述金属薄膜2为致密的金属薄膜，所述第二金属材料至少包括金、银、铜、及铝中的任意一种或任意几种的合金，所述金属薄膜的厚度范围是3~500nm。
具体地，如图2c、图3c、图4c及图5c所示，各该图形化的金属薄膜2为厚度约100nm的致密的银（Ag）薄膜，各该金属薄膜2的纳米级图形结构与其各该图形化金属衬底1相对应，即图2c中所述金属薄膜2的纳米级图形结构为周期约为500nm的碗状凹坑结构（请参阅图1a）、图3c中所述金属薄膜2的纳米级图形结构为周期为500nm的半圆形横截面的条状结构（请参阅图1h）、图4c中所述金属薄膜2的纳米级图形结构为周期为500nm的倒金字塔状凹坑结构（请参阅图1g）、图5c中所述金属薄膜2的纳米级图形结构为周期为100nm的碗状凹坑结构（请参阅图1a）。
所述光吸收层3形成于所述金属薄膜2表面，借助所述的金属薄膜2的表面等离激元以增强所述薄膜太阳电池的光吸收，所述光吸收层3为硅基光伏材料、碲化镉（CdTe）、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种，其中，所述硅基光伏材料至少包括非晶硅、微晶硅或锗硅合金，所述铜基化合物至少包括铜铟镓硒（CIGS）或铜锌锡硫（CZTS），所述有机光伏材料至少包括有机染料或聚合物薄膜。
具体地，如图2c所示，所述光吸收层3的光伏材料为非晶硅，包括厚度为20nm的N型非晶硅薄膜311、厚度为70~300nm（优选厚度为70nm）的本征非晶硅薄膜312、厚度为10nm的P型非晶硅薄膜313，即图2c中所述非晶硅光吸收层3的优选厚度为100nm；如图3c所示，所述光吸收层3的光伏材料为碲化镉（CdTe），包括厚度为30~50nm的ZnTe/ZnTe:Cu缓冲层321、厚度1~5μm的P型CdTe层322、厚度为100~150nm的N型CdS窗口层323，其中，所述ZnTe/ZnTe:Cu缓冲层321以防止所述金属薄膜2的金属扩散至光吸收层3中，调节所述金属薄膜2的介质环境，并使所述吸收层3与所述金属薄膜2之间实现良好的欧姆接触；如图4c所示，所述光吸收层3的光伏材料为铜铟镓硒（CIGS），包括厚度为1~3μm的P型铜铟镓硒（CIGS）层薄膜331、厚度约为50nm的N型CdS窗口层332；如图5c所示，所述光吸收层3的光伏材料为有机光伏材料，包括厚度为30nm的ZnO电子传输层341、P3HT:PCBM有机活性层342、PEDOT:PSS空穴传输层343。
需要说明的是，所述图形化金属薄膜2对入射光具有对光的散射作用，有效地将入射光耦合进所述薄膜太阳电池的光吸收层3的光波导模式中，让光沿着光吸收层3横向传播，增加光吸收层3的光程，使入射光充分被所述薄膜太阳电池的光吸收层3吸收。
需要进一步说明的是，图形化金属薄膜2的表面等离激元可以增强入射光的散射，并将入射光能量局限在金属薄膜2与光吸收层3之间的界面上横向传播，以增加光吸收层3的光程，提高光吸收层3对入射光的吸收效率，同时，图形化金属薄膜2的表面等离激元还可以增强局部电磁场，将光能量聚集到光吸收层3附近，进一步提高光吸收层3对入射光的吸收效率。
需要指出的是，根据所述薄膜太阳电池光吸收层3的不同，所述薄膜太阳电池还包括位于所述金属薄膜2与光吸收层3之间的缓冲层5，以避免金属薄膜2中的金属向所述光吸收层3扩散以及金属薄膜2与光吸收层3在界面上的缺陷造成的表面复合情况，同时调节所述金属薄膜2的介质环境和表面等离激元的共振波长，其中，所述缓冲层5的厚度范围是10~50nm，所述缓冲层5至少包括透明导电氧化物（TransparentConductiveOxide，TCO），所述透明导电氧化物（TCO）至少包括ZnO、SnO2、及In2O3中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物，其中，所述掺杂衍生物为ZnO的掺杂衍生物、SnO2的掺杂衍生物、或In2O3的掺杂衍生物。
需要进一步指出的是，当光吸收层3中已包含具有缓冲层作用（防止金属扩散至光吸收层3中，调节所述金属薄膜2的介质环境）的层、在所述光吸收层材料中金属不易发生扩散、或者也不需要调节所述金属薄膜2的介质环境时，则不需要形成于所述金属薄膜2与光吸收层3之间的缓冲层5。具体地，图2c中的非晶硅薄膜太阳电池，由于光吸收层3的光伏材料为非晶硅，在非晶硅中金属比较容易发生扩散，且所述光吸收层3中并无发挥缓冲层5作用（防止金属扩散至光吸收层3中，调节所述金属薄膜2的介质环境）的层，因此所述非晶硅薄膜太阳电池必须包括形成于所述金属薄膜2与光吸收层3之间的透明导电氧化物（TCO）缓冲层5；图3c中的碲化镉薄膜太阳电池，由于光吸收层3光伏材料为碲化镉（CdTe），且碲化镉（CdTe）薄膜太阳电池的光吸收层3本身具有ZnTe/ZnTe:Cu缓冲层321，因此所述碲化镉薄膜太阳电池不需要包括透明导电氧化物（TCO）缓冲层5；图4c中的铜铟镓硒薄膜太阳电池，由于光吸收层3光伏材料为铜铟镓硒（CIGS），且在所述铜铟镓硒（CIGS）材料中金属不易发生扩散，也不需要调节所述金属薄膜2的介质环境，因此所述铜铟镓硒薄膜太阳电池不必包括透明导电氧化物（TCO）缓冲层5；图5c中的有机薄膜太阳电池，由于光吸收层3光伏材料为有机光伏材料，且在所述有机光伏材料中金属不易发生扩散，也不需要调节所述金属薄膜2的介质环境，因此所述有机薄膜太阳电池不必包括透明导电氧化物（TCO）缓冲层5。
所述透明电极4形成于所述光吸收层3表面，所述透明电4至少包括透明导电氧化物（TCO），所述透明导电氧化物至少包括ZnO、SnO2、及In2O3中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物，其中，所述掺杂衍生物为ZnO的掺杂衍生物、SnO2的掺杂衍生物、或In2O3的掺杂衍生物，所述透明电极的厚度范围是80~3000nm。具体地，图2c中非晶硅薄膜太阳电池的透明电极4为厚度为80~3000nm的BZO（硼掺杂的ZnO，为ZnO的掺杂衍生物）薄膜；图3c中碲化镉薄膜太阳电池的透明电极4为SnO2/SnO2:F薄膜，其中，本征SnO2高阻层的厚度约为100nm，SnO2:F（氟掺杂的SnO2，为SnO2的掺杂衍生物）导电层的厚度为100~500nm；图4c中铜铟镓硒薄膜太阳电池的透明电极4为ZnO/ZnO:Al薄膜，其中，本征ZnO高阻层的厚度为50~100nm，ZnO:Al（铝掺杂的ZnO，为ZnO的掺杂衍生物）导电层的厚度为300~500nm；图5c中有机薄膜太阳电池的透明电极4为厚度为80~3000nm的BZO（硼掺杂的ZnO，为ZnO的掺杂衍生物）薄膜。
本发明基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，有效增强薄膜太阳电池的光吸收效率，以减小光吸收层的厚度，降低了成本，其中，图形化金属薄膜对光的散射作用可以有效地将入射光耦合进光吸收层的光波导模式中，让光沿着光吸收层横向传播，增加光吸收层的光程，使入射光充分被光吸收层吸收，提高光吸收效率；图形化金属薄膜的表面等离激元可以增强入射光的散射，并将入射光能量局限在金属薄膜与薄膜电池的光吸收层之间的界面上横向传播，以增加光吸收层的光程，提高了光吸收层对入射光的吸收效率，同时，图形化金属薄膜的表面等离激元还可以增强局部电磁场，将光能量聚集到光吸收层附近，进一步提高光吸收层对入射光的吸收效率。
综上所述，本发明本发明基于图形化金属衬底的有机薄膜太阳电池及其制作方法，采用阳极氧化法或纳米压印法大面积、低成本制作图形化金属衬底，并且增加位于所述图形化金属衬底与光吸收层之间的图形化金属薄膜来制作薄膜太阳电池，其中图形化金属衬底为第一金属材料，图形化金属薄膜为第二金属材料。一方面工艺简单，易实现大面积、低成本的卷对卷生产图形化金属衬底，降低了成本；另一方面，采用本发明的制作方法，可有效增强薄膜太阳电池的光吸收效率，以减小光吸收层的厚度，进一步降低了成本。其中，图形化金属薄膜对光的散射作用可以有效地将入射光耦合进光吸收层的光波导模式中，让光沿着光吸收层横向传播，增加光吸收层的光程，使入射光充分被光吸收层吸收，提高光吸收效率；图形化金属薄膜的表面等离激元可以增强入射光的散射，并将入射光能量局限在金属薄膜与薄膜电池的光吸收层之间的界面上横向传播，以增加光吸收层的光程，提高了光吸收层对入射光的吸收效率，同时，图形化金属薄膜的表面等离激元还可以增强局部电磁场，将光能量聚集到光吸收层附近，进一步提高光吸收层对入射光的吸收效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (22)
1.一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括：
1)提供一第一金属材料的衬底，在所述金属衬底的表面制作出纳米级图形结构以形成图形化金属衬底；
2)在所述图形化金属衬底上，形成一第二金属材料的金属薄膜，所述金属薄膜表面具有纳米级图形结构；
3)在所述金属薄膜上形成缓冲层，所述缓冲层表面具有纳米级图形结构，再在所述缓冲层上形成光吸收层，并在所述光吸收层上形成透明电极。
2.根据权利要求1所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述步骤1)中制作所述纳米级图形结构采用阳极氧化法或纳米压印法，其中，所述阳极氧化法采用平行电极或卷对卷方式进行阳极氧化，所述纳米压印法至少包括平板压印法或卷对卷压印法。
3.根据权利要求2所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述阳极氧化法为在有机或无机酸性溶液中，温度范围-20～30℃，用20～1000V电压对所述金属衬底进行阳极氧化，而后去除氧化层，以实现图形化金属衬底。
4.根据权利要求1或2所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述纳米级图形结构为特征尺寸范围为10～1000nm的无序或有序的纳米级图形结构。
5.根据权利要求4所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述有序的纳米级图形结构至少包括纳米级周期性图形结构，其中，所述纳米级周期性图形结构至少包括周期性碗状凹坑结构、周期性条状结构、周期性网格状结构、周期性方块状结构、周期性圆柱状结构、周期性倒金字塔状凹坑结构。
6.根据权利要求1所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述第一金属材料至少包括钛、铝、不锈钢、及铜中的任意一种或任意几种的合金。
7.根据权利要求1所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述第二金属材料至少包括金、银、铜、及铝中的任意一种或任意几种的合金。
8.根据权利要求1所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述缓冲层的厚度范围是10～50nm。
9.根据权利要求1所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述步骤3)中，沉积一层透明导电氧化物形成所述的透明电极或缓冲层。
10.根据权利要求9所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述透明导电氧化物至少包括ZnO、SnO2、及In2O3中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物。
11.根据权利要求1所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述透明电极的厚度范围是80～3000nm，所述金属薄膜的厚度范围是3～500nm。
12.根据权利要求1所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池的制作方法，其特征在于：所述光吸收层为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种。
13.一种基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，其特征在于，所述薄膜太阳电池至少包括：
图形化金属衬底，为第一金属材料，其表面具有纳米级图形结构；
金属薄膜，形成于所述图形化金属衬底表面，为第二金属材料，所述金属薄膜表面具有纳米级图形结构；
缓冲层，形成于所述金属薄膜表面，所述缓冲层表面具有纳米级图形结构；
光吸收层，形成于所述缓冲层表面，借助所述的金属薄膜的表面等离激元以增加所述薄膜太阳电池的吸收光程并增强局部电磁场；
透明电极，形成于所述光吸收层表面。
14.根据权利要求13所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，其特征在于：所述第一金属材料至少包括钛、铝、不锈钢、及铜中的任意一种或任意几种的合金。
15.根据权利要求13所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，其特征在于：所述纳米级图形结构为特征尺寸范围为10～1000nm的无序或有序的纳米级图形结构。
16.根据权利要求15所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，其特征在于：所述有序的纳米级图形结构至少包括纳米周期性图形结构，其中，所述纳米周期性图形结构至少包括周期性碗状凹坑结构、周期性条状结构、周期性网格状结构、周期性方块状结构、周期性圆柱结构、周期性倒金字塔状凹坑结构。
17.根据权利要求13所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，其特征在于：所述第二金属材料至少包括金、银、铜、及铝中的任意一种或任意几种的合金。
18.根据权利要求13所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，其特征在于：所述光吸收层为硅基光伏材料、碲化镉、铜基化合物、及有机光伏材料中的任意一种。
19.根据权利要求13所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，其特征在于：所述缓冲层的厚度范围是10～50nm。
20.根据权利要求13所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，其特征在于：所述透明电极或缓冲层至少包括透明导电氧化物。
21.根据权利要求20所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，其特征在于：所述透明导电氧化物至少包括ZnO、SnO2、及In2O3中的任意一种或任意一种的掺杂衍生物。
22.根据权利要求13所述的基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池，其特征在于：所述透明电极的厚度范围是80～3000nm，所述金属薄膜的厚度范围是3～500nm。
Priority Applications (1)
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