一种用于硅太阳电池的复合减反射薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于硅太阳电池的复合减反射薄膜及其制备方法。本发明专利技术在太阳电池片钝化层和封装材料之间制备具有一定纳米结构的减反射层。从太阳电池表面向上依次是SiN

【技术实现步骤摘要】
一种用于硅太阳电池的复合减反射薄膜及其制备方法
本专利技术涉及太阳电池领域，具体涉及一种用于晶体硅太阳电池的复合减反射薄膜及其制备方法。
技术介绍
晶体硅太阳电池因其原料丰富成本低，光电转化效率高，成为最早商业化的太阳电池，如今市场占比超90％。更高的光电转化效率一直是人们不断追求的目标。太阳电池效率的限制因素主要有四个方面，分别是表面对于入射光的反射、载流子复合、温度和电池电阻。对于抛光硅，其表面对于入射光的折射率可达到35％，这样的损失显然是无法接受的。因此，减反射是太阳电池设计和制造中非常重要的一环。实现太阳电池减反射的方法有很多种，思路大致可以分为表面制绒和表面减反射膜两种。工业生产中，电池片的生产通常都是经过了制绒和沉积减反射薄膜这两个步骤以使可见光波段减反射率进一步降低。近些年，在将硅锭切割成硅片的工艺中，金刚线切割硅片的方法逐渐取代了传统的砂浆线切割。金刚线切割速度快，割得到的硅片切痕几乎是平行的，且损伤很浅，这对于酸制绒是非常不利的。工业上多晶硅制绒使用的是氢氟酸和硝酸结合的酸腐蚀的方法，这种方法要求硅片表面有丰富的损伤层。目前解决金刚线切割多晶硅片制绒的方法有金属辅助化学酸腐蚀，添加剂酸腐蚀等。其中金属辅助化学腐蚀可以显著降低硅片反射率，但是因为过程中用到金属，上升的成本、金属的去除和对复杂表面钝化成为这种方法的难点。在成熟酸腐蚀的溶液中添加添加剂可以得到蠕虫状凹坑的减反射结构，但是得到的硅片表面反射率与单晶硅片相差较多，无法实现较好的减反射效果。因此，目前还没有一种低成本且有效的方法适合工业上金刚线切割的多晶硅制绒。这也导致了多晶硅太阳电池市场份额的显著缩小。基于目前多晶硅太阳电池减反射效果不佳的情况，在电池上层叠加更有效的减反射膜层同时不影响电池片的电学性能是提升相关太阳电池转换效率的一种有效途径，在设计太阳电池片外层减反射结构的同时还应该考虑电池组件的封装要求。商业电池多采用玻璃封装，这就要求电池片外层的减反射结构折射率应处在硅片和玻璃之间。本
技术实现思路
正是基于以上关于减反射薄膜的分析，提出了一种具有特定纳米结构的透明减反射薄膜及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术提出一种用于硅太阳电池的ZnO减反射薄膜，并给出其制备方法。本专利技术具体所采用的技术方案如下：一种用于硅太阳电池的复合减反射薄膜，所述硅太阳电池为表面镀有一层SiNx且印有栅线的晶体硅太阳电池片，所述减反射薄膜为覆盖于电池片表面的ZnO种子层以及生长于ZnO种子层上的ZnO纳米结构层。优选的，所述ZnO纳米结构层所具有的纳米结构为锥型结构、针状结构和棒状结构。优选的，所述ZnO种子层与ZnO纳米结构层的总厚度为10～9000纳米。本专利技术还提供了一种上述用于硅太阳电池的复合减反射薄膜的制备方法，该方法的步骤如下：S1、将二水合醋酸锌溶解于乙醇中，再滴入单乙醇胺后混匀得到前驱体溶液，静置老化后，得到透明均匀的醋酸锌溶胶；S2、在晶体硅太阳电池片表面均匀覆盖醋酸锌溶胶，干燥后进行热处理，形成ZnO种子层；S3、将六水合硝酸锌溶解在水中，并加入碱溶液，配制成碱性的混合溶液；S4、将覆盖有ZnO种子层的晶体硅太阳电池片放入所述混合溶液中，并置于60～120℃的反应温度下反应，在ZnO种子层上逐渐生长形成ZnO纳米结构层。优选的，步骤S1中，所述前驱体溶液静置老化时间大于1小时。优选的，步骤S2中，所述热处理的温度大于300℃，热处理时间不少于1小时；热处理优选于马弗炉中进行；醋酸锌溶胶优选通过超声喷雾、旋涂或提拉的方式覆盖于电池片表面。优选的，步骤S3中，所述碱溶液为氨水或六亚甲基四胺；所述混合溶液中Zn2+的浓度为0.002M～11M，在10℃下溶液pH值在9～12范围内。优选的，步骤S4中，所述晶体硅太阳电池片以ZnO种子层朝下的形式放入置于容器内的所述混合溶液中，但ZnO种子层相对容器底部悬空，不接触容器底部。优选的，步骤S4中，反应的方式为水浴或水热，反应时间为15～300min。优选的，步骤S4中，应对放入所述混合溶液中的电池片上的背电极和表面栅极进行保护，避免或减少与碱性反应溶液的接触。本专利技术的有益效果是：本专利技术所制备的减反射薄膜与单层SiNx薄膜相比，在可见光宽波段内均实现了显著的减反射，这将使入射太阳电池的光通量增加从而提高太阳电池的光电转换率。所采用的制备方法能够制备出大面积的减反射薄膜，制备过程无需真空，成本低，且可以在已经完成的电池片上层添加，与现有工艺兼容，有商业化的潜力。附图说明图1为实施例1中增设减反射薄膜的电池片的截面示意图。图2为实施例1中增设减反射薄膜的电池片的截面SEM图。图3为实施例1中增设减反射薄膜的电池片与商业电池片的反射对比图。图4为实施例2中增设减反射薄膜的电池片的截面示意图。图5为实施例2中增设减反射薄膜的电池片的截面SEM图。图6为实施例2中增设减反射薄膜的电池片与商业电池片的反射对比图。图7为实施例3中增设减反射薄膜的电池片的截面SEM图。图8为实施例3中增设减反射薄膜的电池片与商业电池片的反射对比图。图9为实施例3中增设减反射薄膜的电池片与商业电池片的外量子效率和积分电流对比图。具体实施方式下面通过附图和具体实施例对本专利技术做进一步展开描述。本专利技术所提出的减反射薄膜是制备于表面有一层SiNx层且通过丝网印刷印有金属栅线的晶体硅太阳电池片表面，此类晶体硅太阳电池片具有成熟的商业产品。因此，本专利技术可在商业电池片表面上添加减反射薄膜，进一步在可见光宽波段内实现显著的减反射效果。本专利技术中的减反射薄膜为两层结构，包括覆盖于电池片表面的ZnO种子层，以及生长于ZnO种子层上的ZnO纳米结构层。在晶体硅太阳电池片表面制备这种减反射薄膜时，应当首先在电池片表面覆盖一层醋酸锌溶胶，通过热处理得到ZnO种子层。种子层可以提升后续ZnO结构层的生长速度和质量。然后通过水浴或水热的方法在ZnO种子层上生长出ZnO纳米结构。本专利技术中，ZnO纳米结构层所具有的纳米结构类型包括锥型结构、针状结构和棒状结构，而ZnO种子层与ZnO纳米结构层的总厚度范围为10～9000纳米，通过调整反应条件可以控制ZnO纳米结构层中纳米结构的形貌和厚度。下面具体给出该复合减反射薄膜的制备方法步骤：(1)将二水合醋酸锌溶解于乙醇中，再滴入适量的单乙醇胺后混匀得到前驱体溶液，静置老化一段时间后，得到透明均匀的醋酸锌溶胶。前驱体溶液静置老化时间一般应当大于1小时。(2)在晶体硅太阳电池片表面通过超声喷雾、旋涂或提拉等方式均匀覆盖醋酸锌溶胶，干燥后进行热处理，形成ZnO种子层。热处理的温度一般需要大于300℃，热处理时间不少于1小时。该步骤中，干燥过程可置于鼓风干燥箱中进行，热处理过程可将电池片置于马弗炉中进行。(3)将六水合硝酸锌溶解在水中，并加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于硅太阳电池的复合减反射薄膜，所述硅太阳电池为表面镀有一层SiN

【技术特征摘要】
1.一种用于硅太阳电池的复合减反射薄膜，所述硅太阳电池为表面镀有一层SiNx且印有栅线的晶体硅太阳电池片，其特征在于：所述减反射薄膜为覆盖于电池片表面的ZnO种子层以及生长于ZnO种子层上的ZnO纳米结构层。


2.根据权利要求1所述的用于硅太阳电池的复合减反射薄膜，其特征在于：所述ZnO纳米结构层所具有的纳米结构为锥型结构、针状结构和棒状结构。


3.根据权利要求1所述的用于硅太阳电池的复合减反射薄膜，其特征在于：所述ZnO种子层与ZnO纳米结构层的总厚度为10～9000纳米。


4.一种根据权利要求1所述用于硅太阳电池的复合减反射薄膜的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：
S1、将二水合醋酸锌溶解于乙醇中，再滴入单乙醇胺后混匀得到前驱体溶液，静置老化后，得到透明均匀的醋酸锌溶胶；
S2、在晶体硅太阳电池片表面均匀覆盖醋酸锌溶胶，干燥后进行热处理，形成ZnO种子层；
S3、将六水合硝酸锌溶解在水中，并加入碱溶液，配制成碱性的混合溶液；
S4、将覆盖有ZnO种子层的晶体硅太阳电池片放入所述混合溶液中，并置于60～120℃的反应温度下反应，在ZnO种子层上逐渐生长形成ZnO纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪雷，王美慧子，崔豪，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33