CN102324446A - 用于薄膜太阳电池的透明导电基板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于薄膜太阳电池的透明导电基板的制备方法，该方法的特征是通过对玻璃基板的两个表面作喷沙处理及一面蒸镀减反层，另一面蒸镀透明导电膜，再作腐蚀处理，使其二表面形成陷光结构，大大增加了其有效光透过，有效增加了到达电池吸收层的透光率。及对透明导电基板的钢化处理，增加了基板的抗冲击强度、抗弯强度和耐高温冲击，可明显提高最后组成的太阳电池组件的各项安全指标，有利于产品的标准认证。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池，具体是指一种用于薄膜太阳电池的具有陷光结构的透明导电基板的制备方法。
背景技术
在一个标准太阳AM1.5(100mW/cm2)条件下，整个光谱可有效利用的范围在300-1100nm范围内，在到达薄膜太阳能电池吸收层之前由于各层的反射而导致的光损失约在10％左右，相当于大约10mW/cm2(理论值)。造成这个原因其一是：太阳光谱光子的反射是由于空气/玻璃及内部各层界面之间的衍射指数的差异造成的；其次，是由于各个界面的特性不同造成的。表征界面的不同有两个指标：粗糙度和雾度(Haze)，前者影响后者。雾度是指透过材料而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比，表征透明或半透明材料的散透射特性。合适的雾度，可以增加到达吸收层光子的数量，从而增加有效电子-空穴对而对光电流做出贡献。
对于薄膜电池来说，提高其转换效率需要多个途径来进行解决。其中一个重要的途径就是光照利用率。陷光结构是一种有效的办法，就是通过膜层界面处的“非镜面”处理，通过对入射光的漫反射、折射和散射，使其以一定角度入射的光线分散为从各个方向入射，从而增加入射的光子数，使得满足禁带宽度范围内的尽可能多的入射光到达太阳电池的吸收层。
目前已有的薄膜电池结构，增加陷光效应的方法仅仅是在TCO膜层上进行一定的处理，使之增加透过率。但是未处理的玻璃板两个表面和减反层可以近似看成镜面，对光存在反射。
发明内容
本发明的目的是通过对薄膜太阳电池玻璃基板的两个表面及减反层的处理，在其表面形成陷光结构的一种用于薄膜太阳电池的透明导电基板的制备方法。
一种用于薄膜太阳电池的透明导电基板的制备方法：其步骤如下：
§1将玻璃基板放在卧式结构的喷砂设备中，腔体内为负压，上下喷嘴同时对玻璃基板二面作喷砂处理，使玻璃基板二面的平均粗糙度达1-50μm，使之具有绒面特性。
§2然后把玻璃基板放入HF酸液腐蚀槽中，HF酸浓度为1-10％，腐蚀时间根据雾度要求而定，雾度范围要求1～10％。
§3在玻璃基板的一面采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)或浸镀或磁控溅射镀减反膜，减反膜满足n d＝λ/4条件，n为折射率，d为厚度。减反膜材料为SiOx(氧化硅)、SiNx(氮化硅)、SNx(氮化硫)、MgF2(氟化镁)、Al2O3(氧化铝)、TiO2(氧化钛)和Ta2O5(氧化钽)中的一种或几种，具体用那种材料要根据电池吸收层的禁带宽度而定。减反膜膜层除了本身的增透作用外，界面处的喷砂处理，大大增加了其有效光透过。
§4对镀减反膜后的玻璃基板作钢化处理，钢化温度为600-800℃，钢化时间30～60秒(3mm厚玻璃)，通过钢化处理固化减反膜。
§5采用磁控溅射或MOCVD或LPCVD镀透明导电膜，厚度为500-1000nm，材料为ITO或FTO或AZO。
§6利用CH3COOH或HCl溶液腐蚀导电膜表面，使其表面为“陨石坑”或“弹坑”状绒面结构，平均粗糙度为σrms＝50-200nm。
本发明的优点是：
减反膜镀在具有一定粗糙度的玻璃基板上，当减反膜不能完全满足n d＝λ/4条件时，实际情况也确实是这样，微观粗糙处理可以保证减少入射光的光损失，大大增加了其有效光透过。
透明导电膜镀在具有一定粗糙度的玻璃基板上，再对透明导电膜镀的绒面结构处理，使其上依次生长的膜层界面都为绒面结构，有效增加了到达电池吸收层的透光率。
附图说明
图1为普通浮法平板Na玻璃；
图2采用喷砂和HF酸混合液处理后的玻璃基板的表面状态；
图3为在玻璃基板的一面制备减反层和钢化处理退火后的表面状态；
图4为在玻璃基板的另外一面镀TCO膜层并进行酸液腐蚀处理后的表面状态。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
把玻璃基板1放入in-line卧式喷砂设备中作喷砂处理，喷砂设备中上下各有一排喷枪，对玻璃基板二表面同时进行处理，上下气流可以独立调节，每一排的喷枪气流也可独立调节，经喷砂处理后要求玻璃基板二面的平均粗糙度范围达1-50μm。喷砂处理好后的玻璃基板进入高压水喷淋室，去处表面残留喷砂及表面碎屑。
然后把玻璃基板放入HF酸液腐蚀槽中，HF酸浓度为1-10％，腐蚀时间根据雾度要求而定，雾度范围：1～10％。最后用高压喷淋水清洗。清洗后的玻璃基板用高压风刀风切处理。制得如图2所示的绒面玻璃基板。
然后对玻璃基板的一面采用水溶液浸镀或PECVD或LPCVD或APCVD方法镀减反膜2，减反膜材料为SiOx、SiNx、SNx、MgF2、Al2O3、TiO2和Ta2O5中的一种或几种复合层。
然后再将其放入钢化炉中进行钢化处理，钢化温度为600-800度之间，对3mm厚玻璃，钢化时间30～60秒。经钢化处理后，玻璃基板的抗冲击强度、抗弯强度和耐高温冲击等性能明显提高，可明显提高最后组成的太阳组件的各项安全指标，有利于产品的标准认证。减反膜经过高温处理后致密性、附着力明显提高，对于提高电池效率的稳定性有帮助，见图3。
再把钢化处理好后的玻璃基板放入磁控溅射或MOCVD或LPCVD设备中，在玻璃的另外一面镀透明导电膜，透明导电膜材料为ITO或FTO或AZO，厚度为500-1000nm。再借助腐蚀技术对透明导电膜表面进行腐蚀，休整透明导电膜的绒面，常用的腐蚀液有CH3COOH或HCl溶液或其混合溶液，雾度要求为0.5-20％，采用光谱测试设备测试其雾度，根据雾度要求调整其腐蚀工艺，然后根据所需薄膜太阳电池在其上依次制备膜层。本发明的透明导电基板适用于非晶硅薄膜电池、碲化镉薄膜电池和CIGS薄膜电池。
雾度测试可采用专用雾度计或者带有积分球的大紫外光谱仪进行雾度测试。本发明方法制备的透明导电基板可以有效减少反射，增加其光谱透过率。但是由于玻璃基板类型的选择如钠玻璃或硼玻璃、其厚度不同、各个膜层的类型及厚度会产生一定的光吸收损失不在本专利考虑范围之内，这是由于电池结构类型的最初设计决定了各个膜层的类型的选定。本专利体现在在各个膜层选定的基础上而对其进行的优化。采用本发明的设计，有效光通量的增加而使光电流有效贡献预计在3mA/cm2以内，那么对于1200×600mm的组件来说增加的额定功率在5W以内。这可以在工艺工序增加不多的情况下大大增加产品的附加值。
Claims (3)
1.一种用于薄膜太阳电池的透明导电基板的制备方法：其特征在于步骤如下：
§A将玻璃基板(1)放在卧式结构的喷砂设备中，腔体内为负压，上下喷嘴同时对玻璃基板二面作喷砂处理，使玻璃基板二面的平均粗糙度达1-50μm，使之具有绒面特性；
§B然后把玻璃基板放入HF酸液腐蚀槽中，HF酸浓度为1-10％，腐蚀时间根据雾度要求而定，雾度要求范围：1～10％；
§C在玻璃基板的一面采用PECVD或浸镀或磁控溅射镀减反膜(2)，减反膜满足n d＝λ/4条件，n为折射率，d为厚度；
§D对镀减反膜后的玻璃基板作钢化处理，钢化温度为600-800℃，钢化时间根据玻璃厚度决定，通过钢化处理固化减反膜；
§E采用磁控溅射或MOCVD或LPCVD镀透明导电膜，厚度为500-1000nm；
§F利用CH3COOH或HCl溶液腐蚀导电膜表面，使其表面为“陨石坑”或“弹坑”状绒面结构，平均粗糙度为σrms＝50-200nm。
2.根据权利要求1的一种用于薄膜太阳电池的透明导电基板的制备方法：其特征在于：所述的减反膜材料为SiOx、SiNx、SNx、MgF2、Al2O3、TiO2和Ta2O5中的一种或几种，具体用那种材料要根据电池吸收层的禁带宽度而定。
3.根据权利要求1的一种用于薄膜太阳电池的透明导电基板的制备方法：其特征在于：所述的透明导电膜为ITO或FTO或AZO。
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