CN106206759B - 一种太阳电池高透过率减反射膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳电池高透过率减反射膜，所述减反射膜的厚度为70～90纳米，所述减反射膜上的孔隙大小小于200纳米，所述减反射膜的原料包括溶剂和聚合物。本发明中，使用旋转涂胶机对太阳电池进行均匀涂抹，行车工厚度较小且孔隙较小的减反射膜。通过有机高分子材料的可移动性能，实现高分子材料的团聚；同时使得易挥发的溶剂在高速旋转过程中分离，使减反射层形成孔隙；通过旋转速度、时间和溶剂配方的调整实现了纳米孔隙尺寸大小的调整，最后实现减反射层的折射率的改变，经过试验，有效的提高了电池的短路电流。提高了太阳光在电池表面的光通量，提高转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳电池减反射膜技术改进领域，尤其是一种太阳电池高透过率减反射膜的制备方法。
背景技术
随着科技、经济和人口的迅速发展，人们开发出越来越多的新型能源，包括风能、太阳能、核能等，相比于传统的化学能，具有可再生、洁净等优点，其中的太阳能以太阳电池为转换器件，其将光能转换为电能。在太阳电池结构中，减反射膜在电池高效合理利用太阳光谱方面有着重要的影响，可以直接影响着电池的光电转换效率。
传统的单晶硅电池中，正常太阳光的照射下，硅表面光的反射率为30～35％，为了减少表面的反射率，通常采用不同折射率材料层作为减反射层，从而增强太阳光在电池表面的透过率，提高电池的光谱能量转换。减反射膜的基本要求是以下两点：一是其反射层的厚度为反射光谱中心波长的1/4；二是其折射率(nf)必须介于空气层(n0)和电池窗口层的折射率(ns)，满足关系n0/nf＝nf/ns。如果要提高进入太阳电池的光通量，需要实现零减反射膜层的nf需要满足以上关系式，因此硅太阳电池常用的减反射膜的材料为SiO2、Si3N4和TiO2材料等；对于砷化镓太阳能电通常采用Al2O3/TiO2、ZnS/MgF2等双层膜作为砷化镓太阳电池的减反膜；薄膜类太阳电池如非晶硅、CIGS等的窗口层通常采用ITO、ZnO等透明导电层，其折射率和聚醋乙酯(EVA)、丙烯酸树脂(PMMA)和聚乙烯醇(PVA)等封装材料相等。对于薄膜类太阳电池，由于通常在窗口层和封装材料之间没有减反射膜，因此如果可以调整EVA等封装材料的折射率，满足n0/nf＝nf/ns的关系，可进一步提高电池的光电转换效率。
通常ITO、ZnO等透明导电层的折射系数在1.4～1.5，空气的折射系数为1.0，EVA等封装材料的折射系数通1.4左右，如果要提高加入太阳电池的光通量，理想的折射系数应该在1.2左右。如果可以在EVA等封装材料中形成纳米孔隙，根据Stefan等提出的关系(其中n0是空气的折射系数、nf是EVA等封装材料的折射系数，ne是含有纳米孔隙的EVA等封装材料的折射系数，φ是纳米孔隙在材料中的体积比)通过调整孔隙的体积比，可以调整薄膜材料的折射系数。
H.Jiang等将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯烯(PS)二元乳液旋涂在有机玻璃基板上，通过选择性去除乳化剂和PS材料的方法，从而获得具有纳米孔隙结构的薄膜材料，可以明显提高玻璃基板的透过率。然而，由于获得多孔隙的结构需要对薄膜材料进行选择性刻蚀工艺，使得制备过程复杂，同时可能对电池结构表面造成刻蚀，而且孔隙的尺寸略大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供操作简便、利用转速和溶剂的用量来调节孔隙大小且孔隙较小、短路电流较大的一种太阳电池高透过率减反射膜的制备方法。
本发明采取的技术方案是：
一种太阳电池高透过率减反射膜，其特征在于：所述减反射膜的厚度为70～90纳米，所述减反射膜上的孔隙大小小于200纳米，所述减反射膜的原料包括溶剂和聚合物；
所述溶剂为氯仿、乙醇、丙酮或丙醇中的任意一种与壬烷按1:0.005～0.05的体积比混合均匀后的混合物，所述聚合物为丙烯酸树脂、聚醋乙酯或聚乙烯醇中的任意一种、任意两种或全部三种。
而且，所述氯仿、乙醇、丙酮或丙醇中的任意一种与壬烷的体积比为1:0.015。
本发明的另一个目的是提供一种太阳电池高透过率减反射膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
⑴在惰性气体保护下，选取氯仿、乙醇、丙酮或丙醇中的任意一种与壬烷混合均匀后制得溶剂；
⑵在惰性气体保护下，选取丙烯酸树脂、聚醋乙酯或聚乙烯醇中的任意一种、任意两种或全部三种作为聚合物，加入步骤⑴制得的溶剂中，搅拌均匀，静置后滤除沉淀制得溶液；
⑶在惰性气体保护下，使用旋转涂胶机将步骤⑶的溶液均匀的涂覆在太阳电池的上表面，真空干燥后形成减反射膜。
而且，步骤⑴所述的混合的温度为12～28摄氏度。
而且，步骤⑵所述的搅拌时间为1～4小时，静置时间为15～120分钟。
而且，步骤⑶所述的旋转涂胶机的转速为5000～12000r/min，旋涂时间为15～60秒，旋涂时保持温度为20～125摄氏度。
而且，所述旋转涂胶机的转速为8000～10000r/min。
而且，所述旋转涂胶机的转速为9000r/min。
而且，步骤⑶所述的真空干燥的条件是：温度为80～100摄氏度，干燥时间为20～70分钟。
本发明的优点和积极效果是：
本发明中，氯仿、乙醇、丙酮或丙醇中的任意一种与壬烷混合均匀后制得溶剂，选取丙烯酸树脂、聚醋乙酯或聚乙烯醇中的任意一种、任意两种或全部三种作为聚合物，二者按一定比例混合后，使用旋转涂胶机对太阳电池进行均匀涂抹，形成厚度较小且孔隙较小的减反射膜。通过有机高分子材料的可移动性能，实现高分子材料的团聚；同时使得易挥发的溶剂在高速旋转过程中分离，使减反射层形成孔隙；通过旋转速度、时间和溶剂配方的调整实现了纳米孔隙尺寸大小的调整，最后实现减反射层的折射率的改变，经过试验，有效的提高了电池的短路电流。提高了太阳光在电池表面的光通量，提高转换效率。
附图说明
图1是本发明的使用状态图；
图2是旋转涂胶时，太阳电池表面的有机高分子和易挥发性溶剂状态变化的示意图；
图3是调整旋转涂胶机转速后的透光性能测试图；
图4是调整壬烷用量后的透光性能测试图；
图5是具有纳米孔隙的减反射膜的厚度(a)和孔隙大小(b)的扫描电镜图；
图6是非晶硅电池设置具有纳米孔隙的减反射膜后的光电转换效率图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种太阳电池高透过率减反射膜，如图1～6所示，本发明的创新在于：所述减反射膜的厚度为70～90纳米，所述减反射膜上的孔隙大小为小于200纳米，所述减反射膜的原料包括溶剂和聚合物；所述溶剂为氯仿、乙醇、丙酮或丙醇中的任意一种与壬烷按1:0.005～0.05的体积比混合均匀后的混合物，所述聚合物为丙烯酸树脂、聚醋乙酯或聚乙烯醇中的任意一种、任意两种或全部三种。上述溶剂和聚合物的体积比为1:0.5～3。
更优选的方案是：氯仿、乙醇、丙酮或丙醇中的任意一种与壬烷的体积比为1:0.015，聚合物为丙烯酸树脂、聚醋乙酯或聚乙烯醇中的任意一种，减反射膜的厚度为80纳米左右且孔隙大小为200纳米以内。
上述太阳电池高透过率减反射膜的制备方法包括以下步骤：
⑴在惰性气体的保护气氛下，环境温度为12～28摄氏度：选取氯仿、乙醇、丙酮或丙醇中的任意一种与壬烷混合均匀后制得溶剂；
⑵在惰性气体的保护气氛下，选取丙烯酸树脂、聚醋乙酯或聚乙烯醇中的任意一种、任意两种或全部三种作为聚合物，加入步骤⑴制得的溶剂中，搅拌1～4小时，静置15～120分钟后滤除沉淀制得溶液；
⑶在惰性气体的保护气氛下，使用旋转涂胶机以5000～12000r/min的转速将步骤⑶的溶液均匀的涂覆在太阳电池的上表面，旋涂时间为15～60秒，旋涂时保持温度为20～125摄氏度，然后再80～100摄氏度的温度条件下，真空干燥20～70分钟后形成减反射膜。
更优选的方案是：步骤⑶的旋转涂胶机的转速为8000～10000r/min，最优选的转速为9000r/min。惰性气体可以是氮气、氦气等。
实施例
1.在N2的保护气氛下，环境温度为20摄氏度的条件下，将丙酮与壬烷按照1:0.015的体积混合均匀；
2.在溶剂中按1:2的体积比加入PMMA颗粒材料，混合搅拌2小时后静置40分钟，存在的残渣沉淀出来，过滤后得到溶液；
3.利用涂胶机在9000r/min的转速下将溶液均匀的涂覆在非晶硅电池上，旋涂时间保持在30秒，镀膜后太阳电池在100摄氏度的温度条件下真空干燥40分钟，最后形成稳定固化的减反射膜。
图1为具有纳米孔隙减反射膜的太阳电池的结构示意图，两个黑色填充的线条之间为减反射膜的层状结构，图中未放大示意图，光线通过不同的角度射入，其中的大部分可以照射到太阳电池上，透过率得到了提高。
图2由左至右分别是旋转涂胶前的溶液状态、刚开始旋转涂胶的溶液状态、有机高分子和挥发性溶剂分离的状态和旋转涂胶完成的有机高分子的状态，溶液中的有机高分子和溶剂产生了分离，并形成了具有纳米孔隙的减反射膜。
通过紫外-可见-近红外分光光度计测试形成减反射膜的透光率，测试结果如图3、4所示，图3中，随着旋转涂胶机转速的改变(3000rpm、5000rpm和9000rpm)，薄膜的透光率明显发生变化，在9000rpm时在400-1100nm波长内有着较宽的透过率。图4中，随着壬烷用量的变化，透过率在体积比为1:0.015时有着明显的增加，说明壬烷体积比可以改变薄膜的透过率。
通过SEM观察固化后的减反射膜，结果见图5，5a为薄膜的厚度大小在80nm左右，5b为薄膜形成了大小在200nm以内的孔隙，而这样的孔隙远小于传统工艺形成的薄膜上的孔隙的大小。
将本发明固化在非晶硅太阳能电池上后，光电转换效率图如图4所示，纳米孔隙减反射膜有效的提高了电池的短路电流，提高了太阳光在电池表面的光通量，提高了转换效率。
本发明中，氯仿、乙醇、丙酮或丙醇中的任意一种与壬烷混合均匀后制得溶剂，选取丙烯酸树脂、聚醋乙酯或聚乙烯醇中的任意一种、任意两种或全部三种作为聚合物，二者按一定比例混合后，使用旋转涂胶机对太阳电池进行均匀涂抹，形成厚度较小且孔隙较小的减反射膜。通过有机高分子材料的可移动性能，实现高分子材料的团聚；同时使得易挥发的溶剂在高速旋转过程中分离，使减反射层形成孔隙；通过旋转速度、时间和溶剂配方的调整实现了纳米孔隙尺寸大小的调整，最后实现减反射层的折射率的改变，经过试验，有效的提高了电池的短路电流。提高了太阳光在电池表面的光通量，提高转换效率。
Claims (1)
1.一种太阳电池高透过率减反射膜，其特征在于：所述减反射膜的厚度为70～90纳米，所述减反射膜上的孔隙大小为小于200纳米，所述减反射膜的原料包括溶剂和聚合物；
所述溶剂为氯仿、乙醇、丙酮或丙醇中的任意一种与壬烷按1:0.015的体积比混合均匀后的混合物，所述聚合物为丙烯酸树脂、聚醋乙酯或聚乙烯醇中的任意一种、任意两种或全部三种；
制备方法包括以下步骤：
⑴在惰性气体保护下，选取氯仿、乙醇、丙酮或丙醇中的任意一种与壬烷混合均匀后制得溶剂；
⑵在惰性气体保护下，选取丙烯酸树脂、聚醋乙酯或聚乙烯醇中的任意一种、任意两种或全部三种作为聚合物，加入步骤⑴制得的溶剂中，搅拌均匀，静置后滤除沉淀制得溶液；
⑶在惰性气体保护下，使用旋转涂胶机将步骤⑵的溶液均匀的涂覆在太阳电池的上表面，真空干燥后形成减反射膜；
步骤⑴所述的混合的温度为12～28摄氏度；
步骤⑵所述的搅拌时间为1～4小时，静置时间为15～120分钟；
步骤⑶所述的旋转涂胶机的转速为5000～12000r/min，旋涂时间为15～60秒，旋涂时保持温度为20～125摄氏度；
所述旋转涂胶机的转速为8000～10000r/min；
所述旋转涂胶机的转速为9000r/min；
步骤⑶所述的真空干燥的条件是：温度为80～100摄氏度，干燥时间为20～70分钟。
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