CN103586154A - 电喷雾装置、利用电喷雾制备太阳能电池减反层的方法及太阳能电池 - Google Patents
电喷雾装置、利用电喷雾制备太阳能电池减反层的方法及太阳能电池 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电喷雾装置及利用电喷雾制备太阳能电池减反层的方法，利用电喷雾的原理，在透明导电薄膜上制备一层倒置纳米碗微结构的减反层，形状类似于倒扣的半球形；通过调节喷液的流速，喷嘴的口径大小，高压发生器的电压以及金属喷嘴与透明导电层的间距等参数来控制倒置“纳米碗”的形状及大小；通过PC控制单元调节运动平台在X和Y方向的运动速度来控制倒置纳米碗的密度。本发明采用电喷雾技术来制备减反层，工艺环境要求低，整个工艺过程采用数字化控制，工艺参数易于控制；制备的减反层能有效地降低太阳能电池表面的反射，增大光的通透性，在一定波长范围内能有效地提高了太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池减反层的制备工艺领域，更具体地，涉及一种电喷雾装置及利用电喷雾制备太阳能电池减反层的方法。
背景技术
太阳能具有可再生和清洁环保等特点，许多国家都将太阳能作为重点发展的新能源产业。近年来，由于欧美各国市场需求的增大，我国光伏产业取得了快速的发展，最近5年的年均增长速度达到40％以上。与此同时，光伏产业也面临着居多挑战，如转换效率低，成本较高等。对于常规的太阳能电池，约三分之一的光由于被反射而浪费，这大大降低了太阳能电池的转化效率，因此采取有效的方法来减少光反射有着重要的意义，是目前光伏领域的研究重点之一。
太阳能电池减反层，又称抗反射层或增透膜，可以用来减少光的反射率、提高吸收率，在太阳能电池领域有着广泛应用。目前制备太阳能电池减反层的主要方法有表面制绒、沉积薄膜、生长氧化锌纳米棒等。
其中，沉积薄膜法是指采用物理或者化学的方法在硅片上沉积一层或者多层氮化硅薄膜。在公开号为CN102820342A的专利文件中公开了一种利用化学气相沉积法来制备太阳能电池减反射层，该方法具有沉积温度低、薄膜质量好等特点，但是参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、易爆或有毒，因此需要采取防止环境污染的措施，而且对设备来说，往往还有耐腐蚀的要求。
表面制绒法是利用碱性溶液在单晶硅表面腐蚀出正四棱锥结构，俗称“金字塔”结构，这是一种从上到下折射率渐进的结构，能有效的把入射光再次反射到衬底上，提高光的二次吸收。在公开号为CN101431120A专利文件中采用碱性溶液湿法腐蚀工艺制备太阳能电池表面绒状结构。该发明技术采用化学腐蚀的方法，化学反应速率不好控制，在反应过程中容易产生大量的有毒气体和异味；同时，硅片的表面状态也不易控制，生产效率低，工艺较复杂，成本偏高。
生长氧化锌纳米棒方法是在硅基太阳能电池表面先利用原子层沉积或者溶液法制得一层氧化锌，退火后在前驱体水溶液中反应得到氧化锌纳米阵列减反射层。在公开号为CN102222728A的专利文件中公开了一种硅基太阳能电池表面氧化锌纳米阵列减反射层的制备方法，该方法实验温度低，制备的太阳能电池减反射层效果好，但是操作较繁琐，难以适应现代化的自动生产。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电喷雾装置及利用电喷雾制备太阳能电池减反层的方法，其目的在于能有效地降低太阳能电池表面的反射，增大光的通透性，在一定波长范围内提高了太阳能电池的光电转换效率。
本发明提供的电喷雾装置，包括：微量注射泵，注射器，硅橡胶管，可程控高压发生器，金属喷嘴，夹持装置，冷光源，CCD高速相机，PC控制单元，TCO基板，电极板和可程控的运动平台，所述注射器中用于填充电喷雾溶液并被安装在所述微量注射泵上，在所述微量注射泵的推动作用下，通过所述硅橡胶管将电喷雾溶液输送至所述金属喷嘴；所述可程控高压发生器的正极与所述金属喷嘴相连，所述可程控高压发生器的负极接地线，由此使电喷雾溶液在电场作用下从所述金属喷嘴向所述TCO基板的表面喷射；所述TCO基板位于所述金属喷嘴的喷射下方，且所述金属喷嘴垂直于所述TCO基板；所述金属喷嘴在Z方向的位置由所述夹持装置决定，通过所述夹持装置来调节所述金属喷嘴与所述TCO基板之间的垂直距离；所述TCO基板、所述电极板和所述可程控的运动平台固定在一起，所述TCO基板在顶层，所述电极板在中间层，所述可程控的运动平台在底层；所述电极板用于增强所述金属喷嘴与所述TCO基板之间的电场强度，且与地线相连接；当电场逐渐增强时，所述金属喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，即形成泰勒锥；所述PC控制单元引出一条数据线与所述CCD高速相机相连接，所述冷光源射出的光线进入所述CCD高速相机的镜头后，通过所述PC控制单元可以查看所述金属喷头处的喷射状态；所述PC控制单元引出另一条数据线与所述可程控的运动平台相连接，通过所述PC控制单元来精确调节所述TCO基板沿着X轴或Y轴方向的平移位移及速度。
更进一步地，所述金属喷头与TCO基板11之间的垂直距离为5cm～10cm。
更进一步地，所述电喷雾溶液为质量百分比浓度为1％～10％的纳米TCO溶液。
更进一步地，所述金属喷头的内径为0.1mm～0.5mm。
本发明还提供了一种利用上述的电喷雾装置制备太阳能电池减反层的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将TCO基板进行改性处理，若TCO基板为亲水性，则进行疏水处理，反之进行亲水处理；
(2)配置质量百分比浓度为1％～10％的纳米TCO溶液作为电喷雾溶液；
(3)调节微量注射泵使得所述注射器输出至金属喷嘴的喷液流量为1～10uL/min；
(4)通过高压发生装置在所述金属喷嘴与所述TCO基板之间施加3～10kV的电压，并调节所述可程控的运动平台沿着X轴或Y轴方向以10～20mm/s的速度平移使得所述TCO基板沿着X轴或Y轴平移；
(5)所述喷液从喷嘴处喷射、雾化，在所述TCO基板上形成直径为O.1～1um的液滴，并逐渐固化为半球形的纳米碗阵列后获得太阳能电池减反层结构。
更进一步地，所述TCO基板为FTO基片、AZO基片或ITO基片。
更进一步地，所述TCO基板的材料与所述电喷雾溶液的材料相同。
更进一步地，通过所述PC控制单元来调节所述可程控的运动平台沿X轴或Y轴的运动速度来控制所述纳米碗阵列的分布密度。
更进一步地，所述纳米碗阵列中纳米碗的直径为0.1um～1um；相邻纳米碗之间的统计距离为0.1um～1.5um。
一种太阳能电池，包括根据上述的方法制备的太阳能电池减反层。
本发明具有以下优点：(1)采用电喷雾技术制备太阳能电池减反层：生成的液滴尺寸极小(可达10nm)；可通过调节流速和电压控制液滴的尺寸和电荷；液滴尺寸分布近似于均匀分散。(2)工艺过程采用新型数字化控制，自动化程度高。(3)工艺环境要求低，不需要真空条件或充满惰性气体的环境，在一般的室化条件下即可进行。(4)可以非常容易的集成到目前已有设备中，而且可以与卷到卷制造工艺结合，实现柔性太阳能电池的连续制造。(5)整个过程不需要进行腐蚀，不会产生有害液体和气体，不污染环境。(6)按照本发明方法制备的太阳能电池减反层能有效地降低太阳能电池表面的反射，增大光的通透性，在一定波长范围内提高了太阳能电池的光电转换效率，在太阳能电池领域具有广泛的用途。
附图说明
图1示出了采用电喷雾技术制备太阳能电池减反层所需的配套装置。
图2(a)示出了根据本发明制备的倒置“纳米碗”微结构的俯视示意图。
图2(b)示出了根据本发明制备的倒置“纳米碗”微结构的侧视示意图。
图3(a)、(b)、(c)示出了金属喷嘴与TCO基板的不同间距对倒置“纳米碗”形状的影响，其中，统计间距H1＞H2＞H3。
图4(a)、(b)示出了可程控高压发生器的不同施加电压对倒置“纳米碗”直径大小的影响，其中，施加电压V1＜V2，统计直径
图5(a)、(b)示出了可程控的运动平台的不同移动速度对倒置“纳米碗”分布密度的影响，其中，可程控的运动平台在X和Y向的移动速度越大，所形成的各“纳米碗”之间的间距越宽，即移动速度V1＜V2，统计间距L1＜L2。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同元件或结构，其中：1为微量注射泵，2为注射器，3为硅橡胶管，4为可程控高压发生器，5为金属喷嘴，6为夹持装置，7为泰勒锥，8为冷光源，9为CCD高速相机，10为PC控制单元，11为TCO基板，12为电极板，13为可程控的运动平台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明采用电喷雾的方法来制备太阳能电池减反射层，属于新型工艺，在国内尚属首次。该太阳能电池减反射层主要应用于太阳能电池中。电喷雾属于电流体动力打印(Electrohydrodynamics，EHD)的一种；EHD喷印采用电场驱动以“拉”方式从液锥顶端产生极细的射流，分别形成喷雾、纤维和液滴，相应的喷印方法称为电喷涂、电纺丝和电喷雾。本方法采用电喷雾的方法在太阳能电池基板上喷上一层微小液滴，通过调节电压大小，喷液流量，电极间距等参数可以使得落在基板上的液滴固化形成类似于半球形的微结构，我们称之为倒置“纳米碗”阵列，这种“纳米碗”结构与湿法腐蚀制备的“金字塔”结构相似，使得光线可以沿着不同的角度进入电池，增加光吸收的机会，从而提高了太阳能电池的转化效率。
本发明还将喷液与太阳能电池的基板采用同种材料TCO。相对异质材料，好处在于喷液与基板之间更易亲和，固化后形成所期望的半球形微结构。其中，TCO是透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide)的简称，我们在太阳能电池基板上通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明导电氧化物TCO薄膜。对于薄膜太阳能电池来说，由于中间半导体层几乎没有横向导电性能，因此必须使用TCO薄膜有效收集电池的电流，同时TCO薄膜具有高透和减反射的功能，使得TCO薄膜在太阳能电池领域具有广泛的应用。
采用本发明提供的制备太阳能电池减反层的方法制备的减反层具有倒置“纳米碗”阵列的微结构。与传统的几种工艺相比，本发明采用的电喷雾工艺具有明显的优势，具体如下：
(1)整个工艺过程不需要化学腐蚀，不产生有毒气体或异味，对环境影响较小；
(2)整个工艺过程采用数字化控制，各工艺参数如电压大小，喷液流量，电极间距等易于控制，可实现自动化生产。
如图1所示，本发明提供的制备太阳能电池减反层倒置“纳米碗”阵列所需的装置，包括：微量注射泵1，注射器2，硅橡胶管3，可程控高压发生器4，金属喷嘴5，夹持装置6，泰勒锥7，冷光源8，CCD高速相机9，PC控制单元10，TCO基板11，电极板12和可程控的运动平台13，注射器2中充有电喷雾溶液并安装在精密注射泵1上，在精密注射泵1的推动作用下，通过硅橡胶管3将电喷雾溶液输送至金属喷头5；可程控高压发生器4的正极与金属喷头5相连，其负极接地线，由此使电喷雾溶液在电场作用下从金属喷头5向TCO基板11的表面喷射；TCO基板11位于所述金属喷头5的喷射下方，且喷头垂直于TCO基板；金属喷头5在Z方向的位置由夹持装置6决定，通过夹持装置6来调节金属喷头5与TCO基板11之间的垂直距离；泰勒锥7并不是装置中的一个元件，而是在一定条件下金属喷嘴处的射流形成的一种形态。当电场逐渐增强时，喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，即形成所谓的泰勒锥(Taylor Cone)；TCO基板11、电极板12、可程控的运动平台13固定在一起，特别地，TCO基板11在顶层，电极板12在中间层，可程控的运动平台13在底层；电极板12用来增强金属喷头5与TCO基板11之间的电场强度，且与地线相连接；PC控制单元10引出一条数据线与CCD高速相机9相连接，而冷光源8射出的光线进入CCD高速相机9的镜头后，在PC控制单元10可以看观察金属喷头5处的喷射状态；PC控制单元10引出另一条数据线与可程控的运动平台13相连接，通过PC控制单元10来精确调节TCO基板11沿着X轴或Y轴方向的平移位移及速度。
采用上述装置，利用电喷雾制备太阳能电池减反层的方法包括下列步骤：
(1)将TCO基板11进行改性处理，若基板为亲水性，则进行疏水处理，反之进行亲水处理；
(2)配置喷液，所述喷液为质量百分比浓度为5％～10％的纳米TCO溶液；
(3)调节微量注射泵1使得注射器输出至喷嘴的喷液流量为1～10uL/min；
(4)通过高压发生装置4在喷嘴5与TCO基板11之间施加3～10kV的电压，并调节运动平台13沿着X轴或Y轴方向以10～20mm/s的速度平移使得TCO基板11沿着X轴或Y轴平移；
(5)所述喷液从喷嘴处喷射、雾化，在TCO基板11上形成直径为0.1～1um的液滴，并逐渐固化为半球形的“纳米碗”阵列，即获得太阳能电池减反层结构。
本发明提供的方法采用电喷雾技术来制备减反层，工艺环境要求低，可以与卷到卷R2R制造工艺结合，实现柔性太阳能电池的连续制造；此外，整个工艺过程采用数字化控制，工艺参数易于控制；本工艺方法制备的减反层能有效地降低太阳能电池表面的反射，增大光的通透性，在一定波长范围内能有效地提高了太阳能电池的光电转换效率。
在本方发明实施例中，金属喷头5与TCO基板11之间的垂直距离设定为5～10cm。纳米TCO溶液的质量百分比浓度为1％～10％。可程控高压发生器4在金属喷头5与TCO基板11之间所施加的电压为3～10kV。微量注射泵1输出的流量为1～10uL/min。金属喷头5的内径为0.1～0.5mm。可程控运动平台13沿着X轴或Y轴方向平移的速度设定为10mm/s～20mm/s。
在本方发明实施例中，倒置“纳米碗”阵列微结构如附图2所示，倒置“纳米碗”形状类似于一个半球形，其排列大致均匀；倒置“纳米碗”的直径为0.1um～1um；相邻“纳米碗”之间的统计距离为0.1um～1.5um。
总体而言，按照本发明所构思的技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点(1)采用电喷雾技术制备太阳能电池减反层：生成的液滴尺寸极小(可达10nm)；可通过调节流速和电压控制液滴的尺寸和电荷；液滴尺寸分布近似于均匀分散。(2)工艺过程采用新型数字化控制，自动化程度高。(3)工艺环境要求低，不需要真空条件或充满惰性气体的环境，在一般的室化条件下即可进行。(4)可以非常容易的集成到目前已有设备中，而且可以与卷到卷制造工艺结合，实现柔性太阳能电池的连续制造。(5)整个过程不需要进行腐蚀，不会产生有害液体和气体，不污染环境。(6)按照本发明方法制备的太阳能电池减反层能有效地降低太阳能电池表面的反射，增大光的通透性，在一定波长范围内提高了太阳能电池的光电转换效率，在太阳能电池领域具有广泛的用途。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图，对本发明进行进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
图1示出了采用电喷雾技术制备太阳能电池减反层所需的配套装置，包括：1-微量注射泵，2-注射器，3-硅橡胶管，4-可程控高压发生器，5-金属喷嘴，6-夹持装置，7-泰勒锥，8-冷光源，9-CCD高速相机，10-PC控制单元，11-TCO基板，12-电极板，13-可程控的运动平台。其中，微量注射泵1将配置好的纳米TCO溶液输送到金属喷嘴5处。金属喷管3接到高压发生器4的阳极一端，高压发生器的阴极接地。此外，通过调节微量注射泵1的流速，高压发生器4的电压以及喷嘴与透明导电层的间距等参数来控制倒置“纳米碗”的形状及大小；通过PC数字控制单元10来调节运动平台13在X和Y方向的运动速度来控制“纳米碗”的排布密度。
其具体工作机理为：利用高压电场将纳米TCO溶液从金属喷嘴5处拉出形成泰勒锥(Taylor Cone)，由于喷嘴具有较高的电势，喷嘴处的液体会受到电致切应力的作用。当局部电荷力超过液体表面张力后，带电液体从喷嘴处喷射，破裂成微小液滴，最后液滴雾化落在TCO基板11上形成一层倒置“纳米碗”阵列的微结构。
按照本发明制备太阳能电池减反层倒置“纳米碗”阵列的工艺方法，具体流程如下：
(1)将TCO基板11进行改性处理，若基板为亲水性，则进行疏水处理，反之进行亲水处理；
(2)配置喷液，所述喷液为质量百分比浓度为5％～10％的纳米TCO溶液；
(3)调节微量注射泵1使得注射器输出至喷嘴的喷液流量为1～10uL/min；
(4)通过高压发生装置4在喷嘴5与TCO基板11之间施加3～10kV的电压，并调节运动平台13沿着X轴或Y轴方向以10～20mm/s的速度平移使得TCO基板11沿着X轴或Y轴平移；
(5)所述喷液从喷嘴处喷射、雾化，在TCO基板11上形成直径为0.1～1um的液滴，并逐渐固化为半球形的“纳米碗”阵列，即获得太阳能电池减反层结构。
TCO的镀膜原料和工艺很多，通过科学研究进行不断的筛选，主要有以下三种TCO薄膜与光伏的性能要求相匹配：
(1)氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)是一种铟氧化物(In2O3)和锡氧化物(SnO2)的混合物，通常其质量比为In2O3∶SnO2＝90％：10％。与其它透明导电薄膜相比，ITO薄膜具有良好的透光性、导电性、化学稳定性以及良好的图形加工特性。
(2)掺氟二氧化锡FTO(SnO2：F)薄膜，主要是用于生产建筑用Low-E玻璃。其导电性能比ITO略差，但具有成本相对较低，激光刻蚀容易，光学性能适宜等优点。
(3)氧化锌基薄膜的材料性能可与ITO相比拟，结构为六方纤锌矿型。其中掺杂铝的氧化锌薄膜(Aluminum Zinc Oxide，AZO)研究较为广泛，它的突出优势是原料易得，制造成本低廉，无毒，易于实现掺杂，且在等离子体中稳定性好。
为了进一步具体解释说明本发明实施例提供的利用电喷雾制备太阳能电池减反层的方法，以下给出了3个具体实施例和12个对照例。
实施例1：喷液和TCO基板11均采用纳米FTO材料。采用电喷雾技术制备倒置“纳米碗”减反层的具体制备流程如下：
(1)将面积为10cm×10cm的FTO基片进行表面改性，使基板表面具有疏水性；
(2)配置纳米FTO溶液，其质量百分比浓度为5％，作为电喷雾的喷液，在30℃下使用磁力搅拌器搅拌2～4小时，静止0.5小时；
(3)启动微量注射泵1，其推动流量为5uL/min，通过硅橡胶管3将纳米FTO溶液输送到金属喷嘴5；
(4)依次开启PC控制单元10，冷光源8和CCD高速相机9；
(5)启动可程控高压发生器4，其输出电压为6kV，在PC控制单元10上观察喷雾的形状、尺寸和密度分布等；
(6)通过PC控制单元10来控制运动平台13以10mm/s的速度沿X向移动；
实施例2：喷液和TCO基板11均采用纳米AZO材料。采用电喷雾技术制备倒置“纳米碗”减反层的具体制备流程如下：
(1)将面积为10cm×10cm的AZO基片进行表面改性，使基板表面具有疏水性；
(2)配置纳米AZO溶液，其质量百分比浓度为5％，作为电喷雾的喷液，在30℃下使用磁力搅拌器搅拌2～4小时，静止0.5小时；
(3)启动微量注射泵1，其推动流量为5uL/min，通过硅橡胶管3将纳米ITO溶液输送到金属喷嘴5；
(4)依次开启PC控制单元10，冷光源8和CCD高速相机9；
(5)启动可程控高压发生器4，其输出电压为6KV，在PC控制单元10上观察喷雾的形状、尺寸和密度分布等；
(6)通过PC控制单元10来控制运动平台13以10mm/s的速度沿X向移动；
实施例3：喷液和TCO基板11均采用纳米ITO材料。采用电喷雾技术制备倒置“纳米碗”减反层的具体制备流程如下：
(1)将面积为10cm×10cm的ITO基片进行表面改性，使基板表面具有亲水性；
(2)配置纳米ITO溶液，其质量百分比浓度为5％，作为电喷雾的喷液，在30℃下使用磁力搅拌器搅拌2～4小时，静止0.5小时；
(3)启动微量注射泵1，其推动流量为5uL/min，通过硅橡胶管3将纳米ITO溶液输送到金属喷嘴5；
(4)依次开启PC控制单元10，冷光源8和CCD高速相机9；
(5)启动可程控高压发生器4，其输出电压为6KV，在PC控制单元10上观察喷雾的形状、尺寸和密度分布等；
(6)通过PC控制单元10来控制运动平台13以10mm/s的速度沿X向移动；
在本方发明实施例中，对照例1：选用质量百分比浓度为1％的纳米ITO溶液，其他都与实施例3相同。对照例2：选用质量百分比浓度为10％的纳米ITO溶液，其他都与实施例3相同。对照例3：喷液流量设置为1uL/min，其他都与实施例3相同。对照例4：喷液流量设置为10uL/min，其他都与实施例3相同。对照例5：选用内径为0.1mm的喷嘴，其他都与实施例3相同。对照例6：选用内径为0.5mm的喷嘴，其他都与实施例3相同。对照例7：施加电压设置为3kV，其他都与实施例3相同。对照例8：施加电压设置为10kV，其他都与实施例3相同。对照例9：喷嘴与基板间的电极间距设置为5cm，其他都与实施例3相同。对照例10：喷嘴与基板间的电极间距设置为10cm，其他都与实施例3相同。对照例11：运动平台的运动速度设置为15mm/s，其他都与实施例3相同。对照例12：运动平台的运动速度设置为20mm/s，其他都与实施例3相同。
在本发明实施例中，实施例1至3及对照例1至12的表格如下：
在此特别声明，任何发明专利，只要是利用电喷雾技术且采用除ITO之外的如AZO，FTO，ATO等其他材料制备太阳能电池倒置“纳米碗”阵列的减反层微结构，均在本发明的保护范围之内，任何参数、材料、工艺等改进或等同替换均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电喷雾装置，其特征在于，包括：微量注射泵(1)，注射器(2)，硅橡胶管(3)，可程控高压发生器(4)，金属喷嘴(5)，夹持装置(6)，冷光源(8)，CCD高速相机(9)，PC控制单元(10)，TCO基板(11)，电极板(12)和可程控的运动平台(13)，
所述注射器(2)中用于填充电喷雾溶液并被安装在所述微量注射泵(1)上，在所述微量注射泵(1)的推动作用下，通过所述硅橡胶管(3)将电喷雾溶液输送至所述金属喷嘴(5)；所述可程控高压发生器(4)的正极与所述金属喷嘴(5)相连，所述可程控高压发生器(4)的负极接地线，由此使电喷雾溶液在电场作用下从所述金属喷嘴(5)向所述TCO基板(11)的表面喷射；所述TCO基板(11)位于所述金属喷嘴(5)的喷射下方，且所述金属喷嘴(5)垂直于所述TCO基板(11)；所述金属喷嘴(5)在Z方向的位置由所述夹持装置(6)决定，通过所述夹持装置(6)来调节所述金属喷嘴(5)与所述TCO基板(11)之间的垂直距离；所述TCO基板(11)、所述电极板(12)和所述可程控的运动平台(13)固定在一起，所述TCO基板(11)在顶层，所述电极板(12)在中间层，所述可程控的运动平台(13)在底层；所述电极板(12)用于增强所述金属喷嘴(5)与所述TCO基板(11)之间的电场强度，且与地线相连接；当电场逐渐增强时，所述金属喷嘴(5)处的液滴由球状被拉长为锥状，即形成泰勒锥；所述PC控制单元(10)引出一条数据线与所述CCD高速相机(9)相连接，所述冷光源(8)射出的光线进入所述CCD高速相机(9)的镜头后，通过所述PC控制单元(10)可以查看所述金属喷头(5)处的喷射状态；所述PC控制单元(10)引出另一条数据线与所述可程控的运动平台(13)相连接，通过所述PC控制单元(10)来精确调节所述TCO基板(11)沿着X轴或Y轴方向的平移位移及速度。
2.如权利要求1所述的电喷雾装置，其特征在于，所述金属喷头(5)与所述TCO基板(11)之间的垂直距离为5cm～10cm。
3.如权利要求1所述的电喷雾装置，其特征在于，所述电喷雾溶液为质量百分比浓度为1％～10％的纳米TCO溶液。
4.如权利要求1所述的电喷雾装置，其特征在于，所述金属喷头(5)的内径为0.1mm～0.5mm。
5.一种利用权利要求1-4任一项所述的电喷雾装置制备太阳能电池减反层的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将TCO基板进行改性处理，若TCO基板为亲水性，则进行疏水处理，反之进行亲水处理；
(2)配置质量百分比浓度为1％～10％的纳米TCO溶液作为电喷雾溶液；
(3)调节微量注射泵使得所述注射器输出至金属喷嘴的喷液流量为1～10uL/min；
(4)通过高压发生装置在所述金属喷嘴与所述TCO基板之间施加3～10kV的电压，并调节所述可程控的运动平台沿着X轴或Y轴方向以10～20mm/s的速度平移使得所述TCO基板沿着X轴或Y轴平移；
(5)所述喷液从喷嘴处喷射、雾化，在所述TCO基板上形成直径为0.1～1um的液滴，并逐渐固化为半球形的纳米碗阵列后获得太阳能电池减反层结构。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述TCO基板为FTO基片、AZO基片或ITO基片。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述TCO基板的材料与所述电喷雾溶液的材料相同。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过所述PC控制单元来调节所述可程控的运动平台沿X轴或Y轴的运动速度来控制所述纳米碗阵列的分布密度。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述纳米碗阵列中纳米碗的直径为0.1um～1um；相邻纳米碗之间的统计距离为0.1um～1.5um。
10.一种太阳能电池，包括根据权利要求5-9任一项所述的方法制备的太阳能电池减反层。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107068873A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-08-18 | 青岛黑金热工能源有限公司 | 用于制备钙钛矿太阳能电池的装置及方法 |
| CN107359107A (zh) * | 2014-11-18 | 2017-11-17 | 通富微电子股份有限公司 | 一种圆片清洗机用的喷头及圆片清洗机 |
| CN107457110A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-12-12 | 华中科技大学 | 一种喷嘴距离可调的喷铯装置 |
| CN107696700A (zh) * | 2017-08-18 | 2018-02-16 | 华中科技大学 | 一种具有复合检测功能的电喷印喷头 |
| CN110199422A (zh) * | 2017-01-23 | 2019-09-03 | 国立大学法人山梨大学 | 使用电喷雾法的电极催化剂层的形成方法及装置 |
| CN110681505A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-01-14 | 南方科技大学 | 一种电喷雾装置 |
| CN113960020A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-01-21 | 北华大学 | 一种基于臭氧化学发光法的水体cod检测的实验系统 |
| CN115025690A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-09-09 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于双闭环控制的单分散超细颗粒物稳定发生装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5916375A (en) * | 1995-12-07 | 1999-06-29 | Japan Energy Corporation | Method of producing photoelectric conversion device |
| CN2812303Y (zh) * | 2005-03-09 | 2006-08-30 | 南开大学 | 超声快速沉积法制备纳米氧化物透明导电膜的设备 |
| CN102104085A (zh) * | 2010-12-14 | 2011-06-22 | 天津市津能电池科技有限公司 | 一种具有减反射膜的大面积硅基薄膜太阳电池及其制备方法 |
| CN201956361U (zh) * | 2010-07-29 | 2011-08-31 | 普尼太阳能(杭州)有限公司 | 一种用于薄膜太阳能电池的减反射系统 |
-
2013
- 2013-10-29 CN CN201310520683.9A patent/CN103586154B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5916375A (en) * | 1995-12-07 | 1999-06-29 | Japan Energy Corporation | Method of producing photoelectric conversion device |
| CN2812303Y (zh) * | 2005-03-09 | 2006-08-30 | 南开大学 | 超声快速沉积法制备纳米氧化物透明导电膜的设备 |
| CN201956361U (zh) * | 2010-07-29 | 2011-08-31 | 普尼太阳能(杭州)有限公司 | 一种用于薄膜太阳能电池的减反射系统 |
| CN102104085A (zh) * | 2010-12-14 | 2011-06-22 | 天津市津能电池科技有限公司 | 一种具有减反射膜的大面积硅基薄膜太阳电池及其制备方法 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107359107A (zh) * | 2014-11-18 | 2017-11-17 | 通富微电子股份有限公司 | 一种圆片清洗机用的喷头及圆片清洗机 |
| CN107359107B (zh) * | 2014-11-18 | 2020-07-14 | 通富微电子股份有限公司 | 一种圆片清洗机用的喷头及圆片清洗机 |
| CN107068873A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-08-18 | 青岛黑金热工能源有限公司 | 用于制备钙钛矿太阳能电池的装置及方法 |
| CN110199422A (zh) * | 2017-01-23 | 2019-09-03 | 国立大学法人山梨大学 | 使用电喷雾法的电极催化剂层的形成方法及装置 |
| CN110199422B (zh) * | 2017-01-23 | 2022-06-03 | 国立大学法人山梨大学 | 使用电喷雾法的电极催化剂层的形成方法及装置 |
| CN107457110A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-12-12 | 华中科技大学 | 一种喷嘴距离可调的喷铯装置 |
| CN107457110B (zh) * | 2017-08-04 | 2019-04-12 | 华中科技大学 | 一种喷嘴距离可调的喷铯装置 |
| CN107696700A (zh) * | 2017-08-18 | 2018-02-16 | 华中科技大学 | 一种具有复合检测功能的电喷印喷头 |
| CN107696700B (zh) * | 2017-08-18 | 2019-01-29 | 华中科技大学 | 一种具有复合检测功能的电喷印喷头 |
| CN110681505A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-01-14 | 南方科技大学 | 一种电喷雾装置 |
| CN113960020A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-01-21 | 北华大学 | 一种基于臭氧化学发光法的水体cod检测的实验系统 |
| CN115025690A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-09-09 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于双闭环控制的单分散超细颗粒物稳定发生装置及方法 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |