一种用于太阳电池的微纳纹理减反射结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于太阳电池的微纳纹理减反射结构及其制备方法，属于太阳电池领域。本发明专利技术在晶硅太阳电池或者薄膜太阳电池减反射膜层外侧制备了微纳纹理减反射结构，该微纳纹理减反射结构为高折射率聚氨酯制备的花边倒圆锥、倒蛾眼以及正蛾眼结构。所用方法可以替代传统的酸碱制绒法，并且可以实现微纳纹理的方便定制。本发明专利技术所制备的微纳纹理减反射结构可以使太阳电池表面的反射率在宽波段得到大幅度降低，有效提高太阳电池的光生电流和光电转换效率。本发明专利技术所采用的制备方法便捷易操作，环保无污染且成本较低，具有良好的商业应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳电池的微纳纹理减反射结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳电池领域，具体涉及一种用于太阳电池的微纳纹理减反射结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳电池基于光伏效应可以直接将光能转换成电能，随着技术不断进步，度电成本逐渐下降，近年来光伏行业发展蓬勃。目前光伏行业中，晶硅太阳电池仍占超过90％的市场份额，同时薄膜太阳电池也发展迅速，如非晶硅、钙钛矿、铜铟镓硒、碲化镉等，在柔性光伏器件以及光伏建筑一体化领域应用前景广阔。
[0003]无论是晶硅太阳电池还是薄膜太阳电池，为提高对太阳光的吸收率，对电池表面进行减反射结构的制备都是必要的。目前市场上晶硅太阳电池的减反射结构通常为陷光绒面叠加SiN
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减反射膜。该减反射结构的制备环节需要利用碱液或酸液与硅反应形成陷光结构来减少入射太阳光的反射损失。其中单晶硅基于其原子排列的不同疏密程度，碱液对其各向异性刻蚀，可以形成由{111}晶面族组成的正
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倒金字塔结构，陷光效果较优。而金刚线切割多晶硅由于表面锯痕以及晶相的不规则性，无法用碱液刻蚀出均匀一致的减反射结构，通常会采用酸液腐蚀出凹坑来增强陷光效果。制绒工艺存在两个突出的缺点，(1)大量使用碱液或酸液腐蚀会造成硅片损耗，同时废液处理增加了生产成本且不环保；(2)腐蚀出的陷光结构会增大硅片的比表面积，导致俄歇复合较为严重，使短路电流减小。而薄膜太阳电池制备绒面则更加困难。
[0004]针对上述问题，将传统制绒环节放在镀SiN
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或者透明导电氧化物减反射膜之后，制绒方法采用软纳米压印法来取代酸碱刻蚀法，是一种克服腐蚀制绒缺点并且赋予太阳电池较好减反射效果的有效途径。而且在减反射膜之外构建减反射结构，不需要受腐蚀的限制，因此相对传统的金字塔减反射结构可以更加复杂和有效率。软纳米压印作为便捷便宜的无光刻图案转印技术，它可以用来构建不同形貌的表面来降低反射率，比如正
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倒纳米圆锥、纳米柱、正
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倒金字塔、正
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倒蛾眼、纳米荆等。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提升各类太阳电池的光电转换效率，具体提供一种用于太阳电池的微纳纹理减反射结构及其制备方法。
[0006]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种用于太阳电池的微纳纹理减反射结构，所述太阳电池为单晶硅、多晶硅或薄膜太阳电池，所述微纳纹理减反射结构由太阳电池的平整减反射膜上均匀覆盖纹理减反射层而成，所述纹理减反射层上具有微米级陷光结构或纳米级陷光结构或微纳复合陷光结构，其材质为折射率为1.6～2.0的聚氨酯。
[0008]作为上述第一方面的优选，所述微米陷光结构为正的(即凸起形式的)或倒的(即凹陷形式的)花边圆锥、金字塔结构、圆锥结构、圆台结构和蛾眼结构，大小为1～5微米；纳
米陷光结构包括正的(即凸起形式的)或倒的(即凹陷形式的)纳米锥、纳米针、纳米柱、纳米金字塔和蛾眼结构，大小为10～1000纳米。作为上述第一方面的优选，所述纹理减反射层上具有微米级陷光结构，且陷光结构的形貌优选为花边倒圆锥；所述花边倒圆锥为倒圆锥形式的凹陷，且凹陷的圆锥侧面具有凹凸褶皱，圆锥横截面的外边呈花边。
[0009]作为上述第一方面的优选，所述太阳电池优选为双面晶体硅太阳电池，其中的减反射膜为SiN
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减反射膜。
[0010]第二方面，本专利技术提供了一种根据上述第一方面所述的用于太阳电池的微纳纹理减反射结构的制备方法，其具体如下：
[0011]S1：将三乙氧基
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1H,1H,2H,2H
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十三氟代正辛基硅烷溶解于分析纯乙醇中，并用稀盐酸调节pH值为4～5，得到防粘溶液；将表面带有凹陷或凸起纹理结构的硬模板浸入所述防粘溶液中进行防粘处理；
[0012]S2：将道康宁DC184的主剂和固化剂进行充分搅拌混合后进行真空脱气泡，得到道康宁DC184混合物；将道康宁DC184混合物滴注至S1中防粘处理后的硬模板上，再次真空脱气泡，进行第一次热固化后得到带有纹理结构的聚二甲基硅氧烷软模板；将所述聚二甲基硅氧烷软模板浸入S1中防粘溶液进行防粘处理；
[0013]S3：将异氰酸酯、硫醇和二丁基二氯化锡在冰浴状态下混合，搅拌均匀后经真空脱气泡后得到聚氨酯混合溶液；
[0014]S4：在太阳电池的平整减反射层表面均匀覆盖所述聚氨酯混合溶液，并将S2中经防粘处理后的聚二甲基硅氧烷软模板压印在聚氨酯混合溶液表面并施加压力，进行第二次热固化后揭去聚二甲基硅氧烷软模板，在减反射层上形成带有纹理结构的纹理减反射层，从而得到微纳纹理减反射结构。
[0015]作为上述第二方面的优选，优选的，S1中所述的三乙氧基
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1H,1H,2H,2H
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十三氟代正辛基硅烷在乙醇中的质量分数为0.1wt％～1wt％；优选的，S1中所述的硬模板为带有微纳米纹理结构形貌的阳极氧化铝AAO模板、硅模板或金属模板的无机材料硬模板，或经所述无机材料硬模板转印出的聚氨酯、环氧树脂有机材料硬模板；进一步优选的，所述硬模板为均匀分布有倒圆锥凹陷结构的AAO硬模板，且倒圆锥凹陷结构的直径和高分别为450nm和1500nm。
[0016]作为上述第二方面的优选，优选的，S2中所述的道康宁DC184混合物中主剂和固化剂的质量比为10：1；优选的，S2中所述的第一次热固化温度为60～80℃，热固化时间为3～8h。
[0017]作为上述第二方面的优选，优选的，S3中所述的异氰酸酯和硫醇的官能团之比为1:1；优选的，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或间苯二甲基二异氰酸酯；优选的，所述硫醇为4
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巯甲基
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3,6
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二硫杂
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1,8
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辛二硫醇或1,4
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苯二硫醇；优选的，所述聚氨酯混合溶液中二丁基二氯化锡的浓度为100～200ppm。
[0018]作为上述第二方面的优选，优选的，S4中所述的涂覆采用旋涂、刮涂、喷涂、提拉或锟涂，进一步优选采用旋涂或刮涂方式；优选的，S4中施加压力的压强为0.01～1Mpa；优选的，第二次热固化温度为110～130℃，热固化时间为1～4h。
[0019]第三方面，本专利技术提供了一种根据上述第二方面任一所述的制备方法得到的用于太阳电池的微纳纹理减反射结构。
[0020]本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
[0021](1)采用本专利技术提供的制备方法得到的微纳纹理减反射结构可以应用于各类太阳电池，可在宽波段内实现显著的减反射效果，从而有效提高太阳电池的光电转换效率。
[0022](2)本专利技术提供的制备方法通过变换硬模板形貌，可以便捷制备出各种定制的结构，无需进行光刻和刻蚀处理。该制备方法的成本低，制备方法环保简单，可以在已经完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳电池的微纳纹理减反射结构，所述太阳电池为单晶硅、多晶硅或薄膜太阳电池，其特征在于，所述微纳纹理减反射结构由太阳电池的平整减反射膜上均匀覆盖纹理减反射层而成，所述纹理减反射层上具有微米级陷光结构或纳米级陷光结构或微纳复合陷光结构，其材质为折射率为1.6～2.0的聚氨酯。2.根据权利要求1所述的一种用于太阳电池的微纳纹理减反射结构，其特征在于，所述微米陷光结构为正的(即凸起形式的)或倒的(即凹陷形式的)花边圆锥、金字塔结构、圆锥结构、圆台结构和蛾眼结构，大小为1～5微米；纳米陷光结构包括正的(即凸起形式的)或倒的(即凹陷形式的)纳米锥、纳米针、纳米柱、纳米金字塔和蛾眼结构，大小为10～1000纳米。3.根据权利要求1所述的一种用于太阳电池的微纳纹理减反射结构，其特征在于，所述纹理减反射层上具有微米级陷光结构，且陷光结构的形貌优选为花边倒圆锥；所述花边倒圆锥为倒圆锥形式的凹陷，且凹陷的圆锥侧面具有凹凸褶皱，圆锥横截面的外边呈花边。4.根据权利要求1所述的一种用于太阳电池的微纳纹理减反射结构，其特征在于，所述太阳电池优选为双面晶体硅太阳电池，其中的减反射膜为SiN
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减反射膜。5.一种根据权利要求1所述的用于太阳电池的微纳纹理减反射结构的制备方法，其特征在于，具体如下：S1：将三乙氧基
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1H,1H,2H,2H
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十三氟代正辛基硅烷溶解于分析纯乙醇中，并用稀盐酸调节pH值为4～5，得到防粘溶液；将表面带有凹陷或凸起纹理结构的硬模板浸入所述防粘溶液中进行防粘处理；S2：将道康宁DC184的主剂和固化剂进行充分搅拌混合后进行真空脱气泡，得到道康宁DC184混合物；将道康宁DC184混合物滴注至S1中防粘处理后的硬模板上，再次真空脱气泡，进行第一次热固化后得到带有纹理结构的聚二甲基硅氧烷软模板；将所述聚二甲基硅氧烷软模板浸入S1中防粘溶液进行防粘处理；S3：将异氰酸酯、硫醇和二丁基二氯化锡在冰浴状态下混合，搅拌均匀后经真空脱气泡后得到聚氨酯混合溶液；S4：在太阳电池的平整减反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪雷，王胜旋，崔豪，金思佳，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：