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3MNaOH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

　　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

　　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。

圖3

　　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。