CN103311320A - 太阳能电池用透明导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池用透明导电薄膜，包括衬底层和增透减反涂层；所述增透减反涂层为具有掺杂元素的SiO₂或ZnO或TiO₂的球型纳米粒子层；所述纳米粒子层为20～200nm，其表面具有粗糙结构。其制备方法为先制备膜溶胶，将陈化后的溶胶用提拉法或喷涂法在经清洗、干燥后的衬底上涂膜，涂膜形成后在20-120℃温度下进行干燥；干燥处理后的衬底在200-500℃条件下固化处理1-180分钟，得到太阳能电池用透明导电薄膜。

Description

太阳能电池用透明导电薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏玻璃技术领域，尤其涉及太阳能电池用的透明导电薄膜及其制备方法，所述薄膜为具有良好电学特性的增透减反膜。

背景技术

目前广泛使用的碳氢原料(如：煤、石油、天然气等)，造成地球资源极大的短缺和自然环境的生态恶化，制约了国民经济的持续发展和人类社会的不断进步。太阳能电池通过半导体材料的光电转换效应，可直接利用太阳能，是一种取之不尽，用之不竭的绿色能源。世界各国掀起太阳能光伏发电热潮，对太阳能电池来说，提高电池光线的透光率，降低减少光线反射是一个重点研制的方向。国内外研究者，一方面通过降低铁含量，调整玻璃配方；另一方面更重要的是采用涂覆透明导电薄膜方法来增透减反，从而提高太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有利于提高薄膜太阳能电池的双层或单层硅系或非硅系涂膜。该涂膜采用溶胶-凝胶法，用提拉工艺或喷涂工艺将溶胶涂制在硬质基材或柔性基材的正反面，然后表面干燥后形成。具体采用如下技术方案：

一种太阳能电池用透明导电薄膜，包括衬底层和增透减反涂层；所述增透减反涂层为具有掺杂元素的SiO₂或ZnO或TiO₂的球型纳米粒子层；所述纳米粒子层为20～200nm，其表面具有粗糙结构。

所述掺杂元素为金属氧化物、醋酸盐、硫酸盐、盐酸盐或醇盐；优选金属醇盐、醋酸盐等。

所述掺杂元素的比例为0.25～10.0％(mol)。

本发明提供的透明导电薄膜，其电阻小于1×10^-4Ω.cm。

所述衬底层为硬质衬底或柔性衬底。

优选的方案中，所述硬质衬底为玻璃或不锈钢；所述柔性衬底为碳氢聚合物。

本发明的另一目的在于提供上述透明导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备溶胶：掺杂元素前驱体、无水乙醇、去离子水、催化剂、硅烷偶联剂按摩尔比1.0∶0-5.0∶20-200.0∶0.1-5.0∶0-10.0，于25-50℃下搅拌混合1-30小时进行水解、溶聚得到稳定的溶胶，再陈化后备用；

所述催化剂为氨水或盐酸；所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷或丁二烯基三乙氧基硅烷；

(2)步骤(1)陈化后的溶胶用提拉法或喷涂法在经清洗、干燥后的衬底上涂膜，涂膜形成后在20-120℃温度下进行干燥；

(3)固化处理：干燥处理后的衬底在200-500℃条件下固化处理1-180分钟，得到太阳能电池用透明导电薄膜。

本发明制得的增透减反太阳能电池用透明导电薄膜，其电阻小于1×10^-4Ω.cm，在400-800nm光线范围内透光率大于95％，从而在保证薄膜导电性的同时，提高了太阳光线透过率，从而提高了太阳能电池的实际发电量，有利于降低太阳能电池的发电成本。

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

本发明首先制备溶胶，将掺杂元素前躯体、去离子水、无水乙醇、催化剂和硅烷偶联剂按比例混合制得混合溶液，进行水解、溶聚、陈化。本发明所用氨水、盐酸均为工业商品，无需稀释可直接作为催化剂使用。

采用提拉法将上述制备的溶胶在衬底上进行提拉或采用喷涂工艺在衬底表面层进行喷涂。

提拉工艺或喷涂工艺得到的薄膜在20-120℃的温度条件下进行干燥。

干燥后的涂膜送入高温炉200-500℃进行钢化。

基材处理：

清洗液：(1)1％工业清洗剂溶液(2)1％酸洗液(3)1％碱洗液。

清洗步骤：工业清洗剂溶液预先清洗-无离子水洗-酸清洗-无离子水洗-碱清洗-无离子水洗-干燥。

喷涂工艺：

太阳能电池用透明导电薄膜的制备工艺流程为：将基材放置于运行导轨上，运行导轨前后装备喷涂机。设定运行导轨运行速度。调整喷涂机的喷涂速度，控制好涂膜在设定的厚度内。喷涂后的涂膜层进入烘干装置进行烘干处理，然后进入高温炉进行钢化处理，得到太阳能电池用透明导电薄膜成品。

提拉工艺：

提拉过程在提拉机实验设备上进行，提拉速度通过设定的参数予以控制。将清洗干燥处理好的玻璃基片夹于夹具上，将盛有制备好的溶胶容器置于夹具正下方。开启电机，使玻璃基片垂直下移至设定好溶胶深度，稳定后。以一定的速度提拉上移提出溶胶液面。基片表面喷涂了一层均匀透明胶膜，自然凉干，用N₂吹干。然后在20-120℃烘干。最后进入电炉中在200-500℃温度下进行热处理。

实施例1

将0.2mol水，0.070mol氨水和10mol无水乙醇混合搅拌，室温条件下迅速加入0.10mol掺杂元素前躯体正硅酸乙酯(TEOS)保持温度条件不变，搅拌1-2小时得到稳定透明的二氧化硅溶胶。溶胶密封后在室温条件下(25℃)陈化5-7天。陈化后的溶胶在90-95℃进行回流，脱除溶胶中剩余的气体；回流结束后溶胶于冰箱中在冰冻条件下存放。

用提拉工艺在清洁干燥后的玻璃上涂覆，控制溶胶的粘度在10-30mpa·s，提拉速度1-5cm/min；薄膜形成后在50-70℃进行干燥处理，干燥后的涂膜进入高温炉在400℃条件下进行固化处理，制得光电转换率高的增透减反薄膜，反射率减少2％，太阳能电池发电量提高2％以上。

实施例2

将0.3mol水，0.08mol氨水和5mol无水乙醇混合搅拌，加热至温度50℃，迅速加入0.05mol正硅酸乙酯和0.05mol硅烷偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷混合搅拌，保持温度不变，搅拌20小时，得稳定透明二氧化硅杂化溶胶，陈化10-11天。

将陈化后的杂化硅溶胶用提拉法进行涂膜，提拉速度1-6cm/min。提拉结束后自然凉干，然后在50℃条件下进行干燥，干燥后的样品在300℃温度处理40分钟，得到透光率高的二氧化硅太阳能增透减反涂膜，透光率＞95％。

实施例3

将0.1mol水，0.035mol盐酸，1.5mol乙醇混合搅拌。在温度25-30℃时，迅速加入0.0235mol掺杂元素前躯体钛酸丁酯，混合搅拌30小时，得到稳定透明的二氧化钛溶胶，陈化3-5天。

将陈化后的溶胶，在洁净后的玻璃基体上，用提拉法进行涂膜提拉速度2mm/s，提拉结束后室温(25℃)干燥，干燥后的涂膜在500℃中炉中固化处理15分钟，得二氧化钛膜的光伏太阳能电池薄膜，反射率减少3％，发电量提高3％以上。

实施例4

将0.1mol水，0.05mol醋酸，1.5mol乙醇混合加热，温度在30-35℃，迅速加入0.03mol掺杂元素前躯体乙酸锌混合搅拌30小时，得稳定透明的氧化锌溶胶，陈化5天。

在清洁后的玻璃基体上，用提拉法工艺进行涂膜，提拉速度2mm/s，提拉1次，自然干燥10分钟；然后在500℃空气中固化处理30分钟，冷却后得氧化锌膜的太阳能电池用透明导电薄膜，光透过率大于96％。

实施例5

将3mol氨水，100mol无水乙醇加入反应器，常温下搅拌5-10分钟，升温至50℃，搅拌3-5分钟，滴加4mol正硅酸乙醇(TEOS)，在50℃温度下快速搅拌10-12小时，得到稳定透明二氧化硅溶胶，再陈化7天。

在清洁干净的玻璃基面上，用喷涂工艺涂覆二氧化硅溶胶控制膜层厚度80-120nm，自然凉干10分钟，用N₂吹干。在500℃温度下固化1小时，得到含二氧化硅膜的太阳能电池用的增透减反涂膜，光线透过率大于97％。

Claims (7)

1.一种太阳能电池用透明导电薄膜，其特征在于包括衬底层和增透减反涂层；所述增透减反涂层为具有掺杂元素的SiO₂或ZnO或TiO₂的球型纳米粒子层；所述纳米粒子层为20～200nm，其表面具有粗糙结构。

2.根据权利要求1所述透明导电薄膜，其特征在于所述掺杂元素为金属氧化物、醋酸盐、硫酸盐、盐酸盐或醇盐。

3.根据权利要求2所述透明导电薄膜，其特征在于所述掺杂元素的比例为0.25～10.0mol％。

4.根据权利要求1～3中任一项权利要求所述透明导电薄膜，其特征在于所述导电薄膜的电阻小于1×10^-4Ω.cm。

5.根据权利要求1所述透明导电薄膜，其特征在于所述衬底层为硬质衬底或柔性衬底。

6.根据权利要求5所述透明导电薄膜，其特征在于所述硬质衬底为玻璃或不锈钢；所述柔性衬底为碳氢聚合物。

7.如权利要求1所述透明导电薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)制备溶胶：掺杂元素前驱体、去离子水、无水乙醇、催化剂、硅烷偶联剂按摩尔比1.0∶0-5.0∶20-200.0∶0.1-5.0∶0-10.0，于25-50℃下搅拌混合1-30小时进行水解、溶聚得到稳定的溶胶，再陈化后备用；

所述催化剂为氨水或盐酸；所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷或丁二烯基三乙氧基硅烷；

(2)步骤(1)陈化后的溶胶用提拉法或喷涂法在经清洗、干燥后的衬底上涂膜，涂膜形成后在20-120℃温度下进行干燥；

(3)固化处理：干燥处理后的衬底在200-500℃条件下固化处理1-180分钟，得到太阳能电池用透明导电薄膜。