CN100373636C - 在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法。在金属醇盐、乙醇和水的混合溶液中加入稀土氯化物和有机配体，经水解缩聚、陈化后的溶胶用提拉法或旋涂法在硅太阳能电池表面涂膜。本发明通过添加不同的金属氧化物可以调控薄膜的折射率。通过调整薄膜形成时的溶胶粘度、薄膜提拉或旋涂速度可以控制薄膜厚度。通过改变硅太阳能电池表面薄膜的折射率和厚度，实现减反射效果和波长转换效应。涂覆兼具减反射效果和波长转换效应的金属有机配合物掺杂无机薄膜的硅太阳能电池的光电转换效率可提高10%以上。

Description

在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法
技术领域
本发明涉及一种在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法。
背景技术
全球经济的快速发展极大提高了对能源的需求，使地球上现有的能源资源迅速消耗萎缩，引发了能源危机。太阳能利用是近几十年来发展最快，最受瞩目的能源研究项目之一。其中太阳能电池的研究与应用发展尤为迅速，自上世纪70年代中期开始地面用太阳能电池商品化以来，全世界太阳能电池产量以平均每年18％的速度增加，生产成本以每年7.5％的速度下降。三十多年来，太阳能电池研究与应用获得了飞速发展，但太阳能电池产生单位能源的价格仍然远远超出目前化石燃料产生的单位能源价格，使太阳能电池的大规模应用受到极大的限制。因此，降低生产成本、提高光电转换效率、获得性价比高的太阳能电池，是加速太阳能电池大规模实用化的唯一途径。由于电池表面上的光反射作用，太阳光并不能全部都入射到太阳能电池中去，为减少太阳光的反射损失，一般采用在太阳能电池表面涂敷减反射膜，通过控制反射膜成分及设计膜结构，可使未经处理的光滑硅表面高达30％的反射率减少到1％。另一方面，太阳能电池对紫外光和可见光短波长范围的灵敏度较差，光电转换效率不高，因此，也可在太阳能电池表面涂敷波长变换膜，把紫外和短波长可见光变换到太阳能电池灵敏度高的长波长范围，以提高太阳能电池的光电转换效率。
根据硅太阳能电池高敏感度对应的波长范围和减反射膜的设计要求，在硅太阳电池表面涂敷折射率和厚度可控的金属有机配合物掺杂无机薄膜，使该薄膜同时实现减反射效果和波长转换效应，可较大幅度提高硅太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明的目的是提供在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法，以提高硅太阳能电池的光电转换效率。
本发明的在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法，包括以下步骤：
1)在金属醇盐、乙醇和水的混合溶液中加入稀土氯化物和有机配体，金属醇盐∶乙醇∶水∶稀土氯化物∶有机配体的摩尔比为1∶2～4∶2～8∶0.002～0.02∶0.006～0.06，搅拌混合1～5小时，在40～50℃下进行水解缩聚、陈化；
2)将陈化后的溶胶用提拉法或旋涂法在硅太阳能电池表面涂膜，薄膜形成后在50～120℃温度下进行干燥。
上述的金属醇盐可以是正硅酸乙脂、钛酸丁脂和γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。所说的稀土氯化物可以采用氯化铕或氯化铽。所说的有机配体可以为二苯甲酰基甲烷、噻吩甲酰三氟丙酮、吡啶二羧酸、对羟基苯甲酸或磺基水杨酸。
本发明通过添加不同的金属氧化物可以调控薄膜的折射率。通过调整薄膜形成时的溶胶粘度、薄膜提拉或旋涂速度可以控制薄膜厚度。通过改变硅太阳能电池表面薄膜的折射率和厚度，实现减反射效果和波长转换效应。
本发明的有益效果在于：
1)在硅太阳能电池表面制备兼具减反射效果和波长转换效应的薄膜，可较大幅度提高硅太阳能电池的光电转换效率；
2)金属有机配合物能均匀混合到薄膜中，薄膜的折射率和厚度连续可调，能适应不同类型硅太阳能电池；
3)制备过程简单方便、费用低廉，能在不同尺寸硅太阳能电池表面涂覆均匀的薄膜。
具体实施方式
实施例1：
22.4ml正硅酸乙脂(0.1mol)、溶解有0.003mol二苯甲酰基甲烷的23.34ml乙醇(0.4mol)、3.8ml水(0.2mol)混合1～2小时，然后加入0.001mol氯化铕，再混合1～2小时。将混合溶液密封后在40℃的烘箱中陈化1～2天，获得二苯甲酰基甲烷铕配合物掺杂的溶胶。
用提拉工艺在硅太阳能电池上涂覆二苯甲酰基甲烷铕配合物掺杂的薄膜，控制溶胶粘度10～30mPa·s，提拉速度1～6厘米/分，薄膜形成后在50℃进行干燥处理，制得波长转换效应高、反射率减少到3％的薄膜。涂覆有二苯甲酰基甲烷铕配合物掺杂薄膜的硅太阳能电池光电转换效率可提高12％以上。
实施例2：
11.2ml正硅酸乙脂、11.2mlγ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、溶解有0.003mol对羟基苯甲酸的23.34ml乙醇、3.8ml水混合1～2小时，然后加入0.001mol氯化铽，再混合1～2小时。将混合溶液密封后在40℃的烘箱中陈化1～2周，获得对羟基苯甲酸铽配合物掺杂的溶胶。
用旋涂工艺在硅太阳能电池上涂覆对羟基苯甲酸铽配合物掺杂的薄膜，控制溶胶粘度2～20mPa·s，旋涂速度3000～5000转/分，薄膜形成后在80℃进行干燥处理，制得波长转换效应高、反射率减少到4％的薄膜。涂覆有羟基苯甲酸铽配合物掺杂薄膜的硅太阳能电池光电转换效率可提高10％以上。
实施例3：
11.2ml正硅酸乙脂、溶解有0.003mol噻吩甲酰三氟丙酮的23.34ml乙醇、3.8ml水混合1～2小时，然后加入11.2ml钛酸丁脂和3.8ml水再混合1～2小时，再加入0.001mol氯化铕，混合1～2小时。将混合溶液密封后在40℃的烘箱中陈化1～2天，获得对噻吩甲酰三氟丙酮铕配合物掺杂的溶胶。
用提拉工艺在硅太阳能电池上涂覆噻吩甲酰三氟丙酮铕配合物掺杂的薄膜，控制溶胶粘度10～30mPa·s，提拉速度2～4厘米/分，薄膜形成后在60℃进行干燥处理，制得波长转换效应高、反射率减少到2％的薄膜。涂覆有二苯甲酰基甲烷铕配合物掺杂薄膜的硅太阳能电池光电转换效率可提高15％以上。

Claims (4)

1.在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在金属醇盐、乙醇和水的混合溶液中加入稀土氯化物和有机配体，金属醇盐∶乙醇∶水∶稀土氯化物∶有机配体的摩尔比为1∶2～4∶2～8∶0.002～0.02∶0.006～0.06，搅拌混合1～2小时，在40℃下进行水解缩聚、陈化；
2)将陈化后的溶胶用提拉法或旋涂法在硅太阳能电池表面涂膜，薄膜形成后在50～80℃温度下进行干燥。
2.根据权利要求1所述的在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法，其特征在于所说的金属醇盐为正硅酸乙脂、正硅酸乙脂和钛酸丁脂的混合物或钛酸丁脂和γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷的混合物。
3.根据权利要求1所述的在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法，其特征在于所说的稀土氯化物为氯化铕或氯化铽。
4.根据权利要求1所述的在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法，其特征在于所说的有机配体为二苯甲酰基甲烷、噻吩甲酰三氟丙酮、吡啶二羧酸、对羟基苯甲酸或磺基水杨酸。
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