本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種用于硅太陽(yáng)電池的ZnO減反射薄膜及其鍍膜方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，提高太陽(yáng)電池效率，降低太陽(yáng)電池成本是太陽(yáng)電池發(fā)展的重要方向，硅電池是眾多太陽(yáng)電池中商業(yè)化應(yīng)用最成功的電池。單晶體硅材料表面折射率較高(Handbook of Optical Constants of Solids, Edward D. Palik. Academic Press, Boston, 1985)，因此使用表面拋光的硅片其面反射率較高，降低硅片表面的光反射率，能夠提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)化效率。使用減反射薄膜能夠有效提高太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率并降低太陽(yáng)電池成本。當(dāng)前，硅太陽(yáng)電池的減反射薄膜主要采用氮化硅材料，其制備方法采用高成本的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。因此采用低成本制備減反射薄膜成為當(dāng)前一個(gè)研究熱點(diǎn)方向。

如申請(qǐng)?zhí)枮?01110086233.4的中國(guó)專利公開了一種晶體硅太陽(yáng)能電池減反射膜及其鍍膜方法，是由醋酸鋅、乙二醇甲醚和單乙醇胺混合成的溶膠，溶膠中醋酸鋅濃度0.3~0.5mol/L，單乙醇胺和醋酸鋅物質(zhì)的量之比1:1。所述鍍膜方法通過(guò)以下步驟操作：(a) 將硅片預(yù)處理；(b) 以浸漬- 提拉或者旋轉(zhuǎn)涂膜或者噴涂方法將所述的溶膠涂覆在預(yù)處理過(guò)的硅片表面，在70 ～90℃烘干固化，隨后在500 ～ 550℃溫度下熱處理30 ～ 60min 即可。通過(guò)該發(fā)明的鍍膜方法所鍍的減反射膜折射率與氮化硅的折射率接近，透過(guò)率高，電阻率較低，具有更高的載流子遷移率和壽命，更有利于光生載流子的傳輸，制備時(shí)所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，具有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。

但是上述氧化鋅溶膠的制備過(guò)程中氧化鋅是由醋酸鋅分解而來(lái)的，需要添加成膜劑單乙醇胺后才能成膜。并且制得的氧化鋅溶膠在進(jìn)行鍍膜時(shí)需要經(jīng)過(guò)較高溫度的退火處理，不僅工藝要求、成本較高，而且對(duì)太陽(yáng)能電池的硅片熱損壞程度較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于硅太陽(yáng)電池的ZnO減反射薄膜及其鍍膜方法。本發(fā)明的ZnO減反射薄膜的制備方法簡(jiǎn)單快捷、易控制，可操作性強(qiáng)，在鍍膜時(shí)，無(wú)需大型真空設(shè)備，無(wú)需高高溫退火，可在較低溫度下、空氣中大面積制備，能夠降低對(duì)硅太陽(yáng)能電池的熱損壞程度，制備成本低廉。并且制得的ZnO減反射薄膜同時(shí)兼具光透過(guò)率高、電阻率較低、防污性能好的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種用于硅太陽(yáng)電池的ZnO減反射薄膜，制備方法如下：

將硝酸鋅，乙酰丙酮鋅和乙醇在20-60℃下混合并進(jìn)行反應(yīng)，陳化20-28h后形成氧化鋅溶膠，然后將氧化鋅溶膠涂覆在硅片表面形成連續(xù)薄膜，即為ZnO減反射薄膜；其中配比溶液中硝酸鋅的濃度為0.1-1mol/L，硝酸鋅和乙酰丙酮鋅物質(zhì)的量比為1:0.8-1.2。

本發(fā)明將硝酸鋅、乙酰丙酮鋅和乙醇混合形成，通過(guò)硝酸鋅、乙酰丙酮鋅兩種材料燃燒反應(yīng)生成氧化鋅溶膠，其溶膠凝膠形成過(guò)程與其他溶膠凝膠過(guò)程相比方法更簡(jiǎn)單，無(wú)需添加穩(wěn)定劑以促進(jìn)鋅前驅(qū)物溶解，生產(chǎn)的溶膠凝膠無(wú)任何沉淀物，該溶膠通過(guò)烘干和低溫?zé)嵬嘶鹛幚恚軌蛟诠杼?yáng)電池上生產(chǎn)氧化鋅減反射薄膜，能夠降低對(duì)硅太陽(yáng)能電池的熱損壞程度。同時(shí)，氧化鋅薄膜的折射率與氮化硅非常接近，且其具有寬光譜范圍內(nèi)透射率高，其是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，與氮化硅材料相比，其載流子濃度以及載流子遷移率更高，因此電導(dǎo)率更低，采用此溶膠凝膠氧化鋅方法制備的減反射薄膜，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，制備穩(wěn)定較低，與并與大面積卷對(duì)卷(roll-to-roll)商業(yè)化生產(chǎn)工藝相兼容。能夠有效降低硅薄膜太陽(yáng)電池的反射率并提高太陽(yáng)電池效率，降低太陽(yáng)電池成本。

作為優(yōu)選，在制得所述氧化鋅溶膠后，向氧化鋅溶膠中添加其0.01-0.05倍質(zhì)量的二氧化鈦溶膠，然后攪拌均勻，得到混合溶膠。

由于減反射薄膜放置于室外，容易遭受吹日曬，長(zhǎng)時(shí)間工作后其表面容易積塵灰塵等物質(zhì)，影響太陽(yáng)能的吸收。在氧化鋅溶膠中復(fù)合有少量的二氧化鈦溶膠，二氧化鈦具有光催化作用，對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行降解，而經(jīng)過(guò)雨水沖刷后能夠帶走雜質(zhì)，因此能夠起到去污、殺菌作用。

作為優(yōu)選，制得混合溶膠后，向混合溶膠中添加其0.1-0.2倍質(zhì)量的溶有硬脂酸的三氯甲烷，在60-70℃下攪拌反應(yīng)20-40min；然后再添加混合溶膠0.1-0.3倍質(zhì)量的月硅酸鈉溶液，在40-60℃下攪拌反應(yīng)20-40min，最后用乙醇清洗溶膠并置換原溶劑，制得疏水改性混合溶膠；其中，所述硬脂酸在三氯甲烷中的濃度為4-6wt%，所述月硅酸鈉溶液的濃度為0.1-0.2mol/L。

雖然雨水能夠帶走污染物，但是混合溶膠為親水性物質(zhì)且含有較多孔隙，雨水沖刷時(shí)容易滲透進(jìn)入減反射薄膜內(nèi)部，同時(shí)也將污染物帶入，嚴(yán)重影響薄膜透射率。因此本發(fā)明對(duì)混合溶膠進(jìn)行疏水改性，疏水改性后，大多數(shù)雨水只能與薄膜表面接觸而無(wú)法滲入，污染物的殘留量少。

但是在改性時(shí)需要注意改性程度，過(guò)度改性會(huì)導(dǎo)致氧化鋅、氧化鈦表面被改性試劑過(guò)度包覆而降低透射率。本發(fā)明采用兩種不同試劑通過(guò)二次輕度的疏水改性，對(duì)減反射膜透射率的影響小，同時(shí)又能保證薄膜的疏水性。

作為優(yōu)選，所述ZnO減反射薄膜的厚度為40-200納米。

一種用于硅太陽(yáng)電池的ZnO減反射薄膜的鍍膜方法，包括以下步驟：

（1）硅片預(yù)處理并清洗干凈。

（2）采用旋轉(zhuǎn)涂膜、浸漬-提拉鍍膜、噴霧鍍膜，絲網(wǎng)印刷的方法將溶膠涂覆在預(yù)處理過(guò)的硅片表面之上，在95-105℃下烘干，然后在200-400℃下退火20-100min，即可生成ZnO減反射薄膜。

本發(fā)明的ZnO減反射薄膜在鍍膜時(shí)，無(wú)需大型真空設(shè)備，無(wú)需高高溫退火，可在較低溫度下、空氣中大面積制備，能夠降低對(duì)硅太陽(yáng)能電池的熱損壞程度，制備成本低廉。

作為優(yōu)選，所述硅片的預(yù)處理方法為：將硅片在5-15wt%的鹽酸溶液中浸泡0.5-1.5h，然后取出洗凈、干燥。

作為優(yōu)選，所述硅片為經(jīng)過(guò)表面清洗、表面織構(gòu)制備、PN結(jié)制備、刻邊、表面鈍化的單晶硅片或多晶硅片。

作為優(yōu)選，所述硅片為采用單晶硅片襯底，經(jīng)過(guò)表面清洗、絨面制備、沉積5-50 nm非晶硅薄膜、形成異質(zhì)結(jié)、沉積圖形化頂電極的硅片。

作為優(yōu)選，所述硅片為采用單晶硅片襯底，經(jīng)過(guò)表面清洗、絨面制備、沉積10-150 nm PEDOT:PSS作為空穴傳輸層、沉積圖形化頂電極的硅片。

與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的ZnO減反射薄膜的制備方法簡(jiǎn)單快捷、易控制，可操作性強(qiáng)，在鍍膜時(shí)，無(wú)需大型真空設(shè)備，無(wú)需高高溫退火，可在較低溫度下、空氣中大面積制備，能夠降低對(duì)硅太陽(yáng)能電池的熱損壞程度，制備成本低廉。并且制得的ZnO減反射薄膜同時(shí)兼具光透過(guò)率高、電阻率較低、防污性能好的優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1

溶膠制備：

將硝酸鋅，乙酰丙酮鋅和乙醇在20℃下混合并進(jìn)行反應(yīng)，陳化24h后形成氧化鋅溶膠；其中配比溶液中硝酸鋅濃度為0.1mol/L，硝酸鋅和乙酰丙酮鋅物質(zhì)的量比為1:1。

硅片預(yù)處理：

選用經(jīng)過(guò)表面清洗、表面織構(gòu)制備、PN結(jié)制備、刻邊、表面鈍化的單晶硅片座位硅片。將硅片在10wt%的鹽酸溶液中浸泡1h，然后取出洗凈、干燥。

鍍膜：

采用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法（勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為1000 rpm，旋涂時(shí)間為30 s）將溶膠涂覆在預(yù)處理過(guò)的硅片表面之上，在100℃的熱板上烘干3min，然后在200℃的熱板上退火30min，生成厚度為150納米的ZnO減反射薄膜。

實(shí)施例2

溶膠制備：

將硝酸鋅，乙酰丙酮鋅和乙醇在50℃下混合并進(jìn)行反應(yīng)，陳化20h后形成氧化鋅溶膠；其中配比溶液中硝酸鋅濃度為0.1mol/L，硝酸鋅和乙酰丙酮鋅物質(zhì)的量比為1:1。在制得氧化鋅溶膠后，向氧化鋅溶膠中添加其0.03倍質(zhì)量的二氧化鈦溶膠，然后攪拌均勻，得到混合溶膠。制得混合溶膠后，向混合溶膠中添加其0.15倍質(zhì)量的溶有硬脂酸的三氯甲烷，在65℃下攪拌反應(yīng)30min；然后再添加混合溶膠0.2倍質(zhì)量的月硅酸鈉溶液，在50℃下攪拌反應(yīng)30min，最后用乙醇清洗溶膠并置換原溶劑，制得疏水改性混合溶膠；其中，所述硬脂酸在三氯甲烷中的濃度為5wt%，所述月硅酸鈉溶液的濃度為0.15mol/L。

硅片預(yù)處理：

選用經(jīng)過(guò)表面清洗、表面織構(gòu)制備、PN結(jié)制備、刻邊、表面鈍化的多晶硅片作為硅片。將硅片在5wt%的鹽酸溶液中浸泡1.5h，然后取出洗凈、干燥。

鍍膜：

采用浸漬-提拉鍍膜的方法將溶膠涂覆在預(yù)處理過(guò)的硅片表面之上，在95℃的熱板上烘干3min，然后在400℃的熱板上退火20min，生成厚度為40納米的ZnO減反射薄膜。

實(shí)施例3

將硝酸鋅，乙酰丙酮鋅和乙醇在60℃下混合并進(jìn)行反應(yīng)，陳化22h后形成氧化鋅溶膠；其中配比溶液中硝酸鋅濃度為0.3mol/L，硝酸鋅和乙酰丙酮鋅物質(zhì)的量比為1:1。在制得氧化鋅溶膠后，向氧化鋅溶膠中添加其0.05倍質(zhì)量的二氧化鈦溶膠，然后攪拌均勻，得到混合溶膠。制得混合溶膠后，向混合溶膠中添加其0.2倍質(zhì)量的溶有硬脂酸的三氯甲烷，在70℃下攪拌反應(yīng)20min；然后再添加混合溶膠0.1倍質(zhì)量的月硅酸鈉溶液，在60℃下攪拌反應(yīng)20min，最后用乙醇清洗溶膠并置換原溶劑，制得疏水改性混合溶膠；其中，所述硬脂酸在三氯甲烷中的濃度為4wt%，所述月硅酸鈉溶液的濃度為0.2mol/L。

硅片預(yù)處理：

硅片采用單晶硅片襯底，經(jīng)過(guò)表面清洗、絨面制備、沉積30 nm非晶硅薄膜、形成異質(zhì)結(jié)、沉積圖形化頂電極工藝處理。將硅片在15wt%的鹽酸溶液中浸泡0.5h，然后取出洗凈、干燥。

鍍膜：

采用浸漬-提拉鍍膜的方法將溶膠涂覆在預(yù)處理過(guò)的硅片表面之上，在105℃的熱板上烘干3min，然后在300℃熱板上退火50min，生成厚度為40納米的ZnO減反射薄膜。

實(shí)施例4

溶膠制備：

將硝酸鋅，乙酰丙酮鋅和乙醇在40℃下混合并進(jìn)行反應(yīng)，陳化28h后形成氧化鋅溶膠；其中配比溶液中硝酸鋅濃度為0.8mol/L，硝酸鋅和乙酰丙酮鋅物質(zhì)的量比為1:1。在制得氧化鋅溶膠后，向氧化鋅溶膠中添加其0.01倍質(zhì)量的二氧化鈦溶膠，然后攪拌均勻，得到混合溶膠。制得混合溶膠后，向混合溶膠中添加其0.1倍質(zhì)量的溶有硬脂酸的三氯甲烷，在60℃下攪拌反應(yīng)40min；然后再添加混合溶膠0.3倍質(zhì)量的月硅酸鈉溶液，在40℃下攪拌反應(yīng)40min，最后用乙醇清洗溶膠并置換原溶劑，制得疏水改性混合溶膠；其中，所述硬脂酸在三氯甲烷中的濃度為6wt%，所述月硅酸鈉溶液的濃度為0.1mol/L。

硅片預(yù)處理：

硅片為采用單晶硅片襯底，經(jīng)過(guò)表面清洗、絨面制備、沉積80nm PEDOT:PSS作為空穴傳輸層、沉積圖形化頂電極工藝處理。將硅片在10wt%的鹽酸溶液中浸泡1h，然后取出洗凈、干燥。

鍍膜：

采用絲網(wǎng)印刷的方法將溶膠涂覆在預(yù)處理過(guò)的硅片表面之上，在100℃的熱板上烘干，然后在200℃熱板上退火30min，生成厚度為100納米的ZnO減反射薄膜。

實(shí)施例5

將硝酸鋅，乙酰丙酮鋅和乙醇在30℃下混合并進(jìn)行反應(yīng)，陳化24h后形成氧化鋅溶膠；其中配比溶液中硝酸鋅濃度為0.3mol/L，硝酸鋅和乙酰丙酮鋅物質(zhì)的量比為1:1。在制得氧化鋅溶膠后，向氧化鋅溶膠中添加其0.02倍質(zhì)量的二氧化鈦溶膠，然后攪拌均勻，得到混合溶膠。制得混合溶膠后，向混合溶膠中添加其0.1倍質(zhì)量的溶有硬脂酸的三氯甲烷，在65℃下攪拌反應(yīng)30min；然后再添加混合溶膠0.2倍質(zhì)量的月硅酸鈉溶液，在50℃下攪拌反應(yīng)30min，最后用乙醇清洗溶膠并置換原溶劑，制得疏水改性混合溶膠；其中，所述硬脂酸在三氯甲烷中的濃度為5wt%，所述月硅酸鈉溶液的濃度為0.1mol/L。

硅片預(yù)處理：

硅片為經(jīng)過(guò)表面清洗、表面織構(gòu)制備、PN結(jié)制備、刻邊、表面鈍化的單晶硅片。將硅片在10wt%的鹽酸溶液中浸泡1h，然后取出洗凈、干燥。

鍍膜：

采用噴霧鍍膜的方法將溶膠涂覆在預(yù)處理過(guò)的硅片表面之上，在100℃的熱板上烘干3min，然后在200℃熱板上退火30min，生成厚度為100納米的ZnO減反射薄膜。

本發(fā)明中所用原料、設(shè)備，若無(wú)特別說(shuō)明，均為本領(lǐng)域的常用原料、設(shè)備；本發(fā)明中所用方法，若無(wú)特別說(shuō)明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效變換，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。