CN104910654B - 一种用于太阳能光伏电池散热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于太阳能光伏电池散热材料，其化学组成通式为xH.yJ.zR，其中H为H＝Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Ga、Ge、Al、Si、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的一种或两种以上；J＝Li、Na、K、Mg、Ca、Sr和Ba的一种或两种以上，R＝C、O、B、N、P和F的一种或者两种以上；0≤x≤5，0≤y≤5，0≤z≤9。并公开其制备方法。本发明公开了一种可降低太阳能光伏电池P结点工作区域温度的散热材料，从而提高硅基太阳能电池光转化率及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及散热涂料技术领域，尤其涉及一种用于太阳能光伏电池散热材料及其制备方法。
背景技术
太阳能具有可再生、无污染等优点，是一种极具竞争力的绿色新能源，硅基太阳能电池光伏发电技术被认为是当今最具发展前景的新能源技术。
硅基太阳能电池为业界常见的一种太阳能电池。硅基太阳能电池的原理是将高纯度的半导体材料(硅)加入掺质物使其呈现不同的性质，以形成p型半体及n型半导体，并将p-n两型半导体相接合，如此即可形成p-n结面。当太阳光照射到一个p-n结构的半导体时，光子所提供的能量可能会把半导体中的电子激发出来产生电子-空穴对。光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流，即可构成太阳能电池。
硅基太阳能电池能带隙Eg为1.12eV(1100nm),理论光转化效率上限为30％左右，而工业化Si基太阳能电池能效仅为15-18％，远远低于理论能效值。其次，太阳光中小于带隙Eg 1.2eV(1100nm)的近红外光(1200-2500nm)不仅无法利用，而且还会提高硅基太阳能电池的工作结点温度，从而降低太阳能电池的光转化率及使用寿命。
专利号为CN201180041466.0的发明专利公开了球形氮化铝粉末的制造方法，本发明提供高导热性以及填充性优异、作为散热材料用填料有用的球形氮化铝粉末的制造方法。通过对100质量份的氧化铝或氧化铝水合物、0.5～30质量份的稀土金属化合物、及38～46质量份的碳粉末的混合物在1620～1900℃的温度下进行2小时以上还原氮化来制造球形氮化铝粉末。
专利号为CN201110031374.6的发明专利公开一种散热材料及其制备方法，包括组分A、组分B，组分A是一种离子型改性树脂或一种以上离子型改性树脂混合物，或者是离子型的一种以上改性树脂复合物；组分B为远红外发射率大于0.80或导热系数大于5W/m.K，且粒径小于30微米的一种或一种以上混合的材料。
专利号为CN201410759891.9的发明专利公开了一种石墨烯复合材料及其制备方法。本发明提出的石墨烯复合材料：固定于金属基体的石墨烯材料片为载体，单质和/或化合物复合于石墨烯表面。同时本发明公开了该石墨烯复合材料的制备方法。该发明制备的石墨烯复合材料，是在石墨烯片层之间被撑开，形成空间体结构的前提下与化学物质进行复合，得到的材料具有高导电性、高比表面积，片层间的电阻率低的优越性能，可广泛应用于锂离子电池、超级电容器、超级铅碳电池、超级镍碳电极、太阳能、燃料电池等储能材料领域；散热材料领域；环保、吸附材料领域；海水淡化材料领域；光电、传感器材料领域；生物相关领域；催化剂材料领域；导电油墨、涂料材料领域等。
专利号为CN201010526930.2的发明专利公开了一种金刚石晶圆及其生产方法。金刚石晶圆中非金刚石物质含量占金刚石晶圆总质量的0.05-15％。生产方法为：先用有机物对金刚石磨料进行表面包覆处理，将处理后的金刚石磨料平铺在模具中，表面用金属催化剂覆盖后压紧，放入真空炉中，在400-1000℃热处理2-10h，将模具装入叶蜡石合成块中，经六面顶压机在6-8GPa、1400-2000℃下处理1-10h，停热卸压后取出模具，用王水除去模具和表面的金属催化剂，即得到金刚石晶圆。该产品质量稳定，设备投入较低，成本低廉，晶圆尺寸较大，热导率达到10-12W/(cm.K)，可作为高性能的散热材料；还可用于太阳能光伏电池基材和半导体芯片，应用范围广。
专利号为CN201110409132.6的发明专利公开了一种太阳能电池，其包括半导体基材、掺杂材料层、第一接触电极、电极层、散热材料层以及第二接触电极。半导体基材具有第一表面以及第二表面。掺杂材料层位于靠近第一表面的半导体基材之上或内。第一接触电极位于掺杂材料层上。电极层位于半导体基材的第二表面上。散热材料层覆盖电极层。第二接触电极位于散热材料层上，且第二接触电极与电极层电性连接。其散热材料为氮化铝(AlN)或氮化硼(BN)。
上述已公开的专利文献均采用单一散热材料如Al2O3、AlN、BN、SiC、石墨及金刚石等材料。尽管陶瓷材料Al2O3、AlN和SiC等文献报道理论热导率分别达到了10W/m·K,319W/m·K和360-490W/m.k。但是受到制作工艺技术、晶体结构以及材料空隙率等因素影响，实际上市场获得Al2O3,AlN和SiC陶瓷材料的热导率仅为70-140，34.3-90W/m·K左右。因此以上的散热材料还是很难降低硅基太阳能电池的工作结点p温度，从而无法降低太阳能电池大光转化率及使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于降低硅基太阳能电池的p区工作温度、提高硅基太阳能电池光转化率及使用寿命提出一种用于太阳能光伏电池散热材料及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于太阳能光伏电池散热材料，其化学组成通式为xH.yJ.zR，其中H为H＝Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Co、Zr、Ga、Ge、Al、Si、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu的一种或两种化合物以上；J＝Li、Na、K、Mg、Ca、Sr和Ba的一种或两种化合物以上，R＝C、O、B、N、P和F的一种或者两种化合物以上；0≤x≤5，0≤y≤5，0≤z≤9。
优选的，所述的H由以下化合物的一种或两种以上获得：TiO2、V2O5、Cr2O3、MnO2、FeO、Fe2O3、Fe3O4、CoO、Co3O4、ZrO2、CuO、NiO、ZnO、Ga2O3、Ge2O3、Al2O3、SiO2、,Y2O3、CeO2、La2O3、Pr6O11、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb4O7、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3和Lu2O3。；
优选的，所述的J由以下化合物的一种或两种获得：为CaCO3、SrCO3、BaCO3、MgO、Li2CO3、Na2CO3和K2CO3。
优选的，所述的R以下盐类化合物的一种或两种获得：硼酸盐、磷酸盐、碳化物、金属氮化物和氟化物。
进一步优选的所述硼酸盐为H3BO3、B2O3和SrB4O7；所述磷酸盐为NH4H2PO4、(NH4)3PO4和Na2HPO4；所述碳化物为C、ZrC和SiC；所述金属氮化物为Sr3N2、Ca3N2、Si3N4和Ca(CN)2；所述氟化氢为BaF2、SrF2和CaF2。
优选的，所述的2≤x≤4，0.01≤y≤2.5，2≤z≤9。
一种获得上述任意一项所述的用于太阳能光伏电池散热材料的制备方法，其特征在于：按照化学组成通式xH.yJ.zR，称取各元素的氧化物或相应盐类在密闭容器中混料，然后将混合物在惰性气体或还原性气氛下，在800-1650℃合成炉中保温4-8小时，冷却、破碎分级，过筛，即可得到散热涂层材料。
本发明公开了一种可降低太阳能光伏电池P结点工作区域温度的散热材料，从而提高硅基太阳能电池光转化率及使用寿命。
附图说明
图1是实施例1材料的红外吸收光谱图。
图2是实施例1的XRD衍射图。
图3实施例2材料的红外吸收光谱图。
图4为实施例2的XRD衍射图。
图5为实施例2的拉曼散射光谱图。
图6实施例3材料的红外吸收光谱图。
图7实施例3材料的XRD衍射图。
图8实施例4材料的红外吸收光谱图。。
图9实施例4材料的XRD衍射图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
P结点工作温度测试方法：在太阳能电池板的p结点钻一0.5mm小孔，插入紧密热电偶，然后用绝热材料封口。另一端采用温控仪表显示，测试太阳能电池板的p结点温度变化。
实施例1
将化学组成xH.yJ.zR(其中H＝Fe、Co一种或两种以上，J＝Sr，Ba，的一种或两种以上，R＝O，N的一种或者两种以上；x＝2.4，y＝0.22，z＝7.23，其化学组成Fe2.1Co0.3Sr0.12Ba0.1N0.01O7.23的散热材料，即。按照上述化学组成配比，分别称取162.4克Fe3O4、22.47克CoO，15.52克SrCO3、19.73克BaCO3、1.45克Sr3N2在密闭容器中混料；然后将混合物在Ar气氛下，在1250℃合成炉中保温5小时，冷却、破碎分级，过筛，即可得到散热涂层材料。然后通过磁控溅射的工艺，沉积在太阳能电池p区工作底部。通过测试p结点温度混合在高导热树胶中，然后将其涂覆在太阳能电池p区工作底部。通过测试p结点温度，工作温度降低5.5℃。
如图1所示，本实施例获得的散热材料在7.79，14以及17.58μm波长的材料具有良好吸收效率，而对3-7μm和8-12μm的波长具有透射，可以成为一种良好的窗口材料；而且从图2中可以得出晶体属于六方晶系，P63/mmc空间群，晶胞参数a＝b＝4.05，c＝5.04。
实施例2
将化学组成其化学组成xH.yJ.zR(其中H＝Ti、Al、Y一种或两种以上，J＝K，Mg的一种或两种以上，R＝C、N的一种或者两种以上)；x＝2.95，y＝0.015，z＝2.97，即化学组成Ti2.8Y0.1Al0.05Mg0.005K0.01C2.9N0.02的散热材料。按照上述化学组成配比，分别称取223.63克TiO2，11.29克Y2O3，2.05克AlN，0.2克MgO，0.69克K2CO3，34.8克C。在密闭容器中混料；然后将混合物在N2-Ar气氛下，在950℃合成炉中保温7小时，冷却、破碎分级，过筛，即可得到散热涂层材料。将其该散热材料制成靶材，然后通过磁控溅射的工艺，沉积在太阳能电池p区工作底部。通过测试p结点温度，工作温度降低13.5℃。
如图3所示，本实施例获得的散热材料在2-20μm波长具有良好的吸收效率；而且如图4所示，该材料晶体属于立方晶系，FM-3m空间群，晶胞参数a＝b＝c＝4.325；如图5所示，该材料最大的散射波长的位置为66μm左右。
实施例3
将化学组成其化学组成xH.yJ.zR(其中H＝Zr,V,La的一种或两种以上，J＝Ca，Sr，的一种或两种以上，R＝C，N，B，P的一种或者两种以上)；x＝1.5，y＝2.93，z＝6.83，即化学组成Zr1.4V0.1La0.05Gd0.05Sr2.83Ca1Al0.05B1N1.01C2.5P0.5O4.71的散热材料。按照上述化学组成分别称取172.51克ZrO2，9.1克V2O5，8.15克La2O3，9.06克Gd2O3，24.8克BN，30克C，2.05可AlN，82.90克Sr3N2，61.5克NH4H2PO4，334.14克SrCO3，100克CaCO3，在密闭容器中混料；然后将混合物在Ar气氛下，在1000℃合成炉中保温6小时，冷却、破碎分级，过筛，即可得到散热涂层材料。混合在高导热树胶中，然后将其涂覆在太阳能电池p区工作底部。通过测试p结点温度，工作温度降低2.5℃。
如图6所示，本实施例获得的散热材料在2-20μm波长具有良好的吸收效率；而且如图7所示，该材料属于六方晶系，P63/mmc空间群，a＝b＝5.887，c＝23.037。
实施例4
将化学组成其化学组成xH.yJ.zR(其中H＝Al，Si,，Ge，Ga，Sm，Tm，Mn的一种或两种以上，J＝Ca，Ba，的一种或两种以上，R＝C，N的一种或者两种以上)；x＝1，y＝0.03，z＝0.9525，即化学组成Al0.01Si0.84Mn0.01Ga0.01Ge0.01Tm0.01Sm0.05Ca0.01Ba0.02N0.09C0.8625的散热材料，按照上述化学配比分别称取0.41克AlN、50.4克SiO2、0.87克MnO2、0.9372克Ga2O3、0.9661克Ge2O3、1.9293克Tm2O3、8.718克Sm2O3、1克CaCO3、3.94克BaCO3、和10.35克C在密闭容器中混料；然后将混合物在N2-H2气氛下，在1550℃合成炉中保温4小时，冷却、破碎分级，过筛，即可得到散热涂层材料。将其该散热材料制成靶材，然后通过磁控溅射的工艺，沉积在太阳能电池p区工作底部。通过测试p结点温度，工作温度降低8.5℃。
如图8所示，本实施例获得的散热材料在2-20μm波长具有良好的吸收效率；而且如图9所示，该材料属于六方晶系，F-43m空间群，a＝b＝c＝4.359。
在此说明，在上述实施例中，所述的H除了上述实施例提到的物质外，还有Yb、Lu、Cr、Ce、Pr、Nd、Eu、Tb、Ho和Er可以实现以上的效果；所述的J除了上述实施例提到的物质外，还有Li和Na可以实现以上的效果，所述的R除了上述实施例提到的物质外，还有F可以实现上述的效果。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于太阳能光伏电池散热材料的制备方法，其特征在于：分别称取162.4克Fe3O4、22.47克CoO，15.52克SrCO3、19.73克BaCO3、1.45克Sr3N2在密闭容器中混料；然后将混合物在Ar气氛下，在1250℃合成炉中保温5小时，冷却、破碎分级，过筛，即可得到散热材料，所述散热材料的化学组成式为Fe2.1Co0.3Sr0.12Ba0.1N0.01O7.23。
2.一种用于太阳能光伏电池散热材料的制备方法，其特征在于：分别称取223.63克TiO2，11.29克Y2O3，2.05克AlN，0.2克MgO，0.69克K2CO3，34.8克C在密闭容器中混料；然后将混合物在N2-Ar气氛下，在950℃合成炉中保温7小时，冷却、破碎分级，过筛，即可得到散热材料，所述散热材料的化学组成式为Ti2.8Y0.1Al0.05Mg0.005K0.01C2.9N0.02。
3.一种用于太阳能光伏电池散热材料的制备方法，其特征在于：分别称取172.51克ZrO2，9.1克V2O5，8.15克La2O3，9.06克Gd2O3，24.8克BN，30克C，2.05克 AlN，82.90克Sr3N2，61.5克NH4H2PO4，334.14克SrCO3，100克CaCO3，在密闭容器中混料；然后将混合物在Ar气氛下，在1000℃合成炉中保温6小时，冷却、破碎分级，过筛，即可得到散热材料，所述散热材料的化学组成式为Zr1.4V0.1La0.05Gd0.05Sr2.83Ca1Al0.05B1N1.01C2.5P0.5O4.71。
4.一种用于太阳能光伏电池散热材料的制备方法，其特征在于：分别称取0.41克AlN、50.4克SiO2、0.87克MnO2、0.9372克Ga2O3、0.9661克Ge2O3、1.9293克Tm2O3、8.718克Sm2O3、1克CaCO3、3.94克BaCO3、和10.35克C在密闭容器中混料；然后将混合物在N2-H2气氛下，在1550℃合成炉中保温4小时，冷却、破碎分级，过筛，即可得到散热材料，所述散热材料的化学组成式为Al0.01Si0.84Mn0.01Ga0.01Ge0.01Tm0.01Sm0.05Ca0.01Ba0.02N0.09C0.8625。
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