CN108321250A - 一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，具体步骤包括：1)将含有固体纳米颗粒的高分子材料溶液涂抹在太阳能电池的衬底上；2)对步骤1)中附着在太阳能电池的衬底上的高分子材料涂层进行初步热处理；3)对步骤2)中初步热处理后的高分子材料涂层进一步进行热处理，局部固化与表面接触的含有固体纳米颗粒的高分子材料；4)对步骤3)局部固化后的包含高分子材料涂层的衬底进行处理，去除未固化的高分子材料。通过上述方式，本发明一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，该方法可以降低材料成本，工艺和设备成本，不易对太阳能电池造成不利影响，同时高分子材料层也可起到电镀掩膜的作用。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，尤其是涉及一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法。
背景技术
在太阳能电池的前表面或后表面沉积金属纳米颗粒（如Cu，Ag或Au），当入射光到达纳米颗粒处，会激励出局域表面等离子体激元（LSP），局域表面等离子激元可大幅提升纳米颗粒周围的局域电磁场，形成的近场增强效应和光汇聚效应可有效地增强太阳能电池的光吸收能力，进而提升太阳能电池的电流与转换效率。
现有技术中，制备金属纳米颗粒的方法通常为先在表面蒸镀整面金属，然后进行退火处理，整面金属转化为纳米颗粒，此工艺需要蒸镀与高温退火，对规模生产太阳能电池来说，不仅工艺成本（蒸镀需要抽真空）、材料成本、设备成本过高，退火需要高温步骤，对不同种类的太阳能电池都会产生不利影响。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，能够降低材料成本，工艺和设备成本，不易对太阳能电池造成不利影响。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，具体步骤包括：
1）将含有固体纳米颗粒的高分子材料溶液涂抹在太阳能电池的衬底上；
2）对步骤1）中附着在太阳能电池的衬底上的高分子材料涂层进行初步热处理；
3）对步骤2）中初步热处理后的高分子材料涂层进一步进行热处理，局部固化与表面接触的含有固体纳米颗粒的高分子材料；
4）对步骤3）局部固化后的包含高分子材料涂层的衬底进行处理，去除未固化的高分子材料。
在本发明一个较佳实施例中，所述高分子材料内的固体纳米颗粒的材质为金、银、铜、铝和镍中的一种或几种的组合。
在本发明一个较佳实施例中，所述高分子材料内的固体纳米颗粒直径为5-400nm。
在本发明一个较佳实施例中，所述高分子材料内的固体纳米颗粒形状包括球体、圆柱体、半球体、正方体和四棱锥。
在本发明一个较佳实施例中，所述高分子材料溶液由环氧树脂、纳米银颗粒和1,4-丁二醇组成。
在本发明一个较佳实施例中，所述高分子材料溶液内环氧树脂、纳米银颗粒和1,4-丁二醇的百分比含量分别为36%、16%和48%。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤2）热处理的温度为60-200摄氏度。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤3）热处理的温度为150-300摄氏度。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤3）的热处理温度高于所述步骤2）的热处理温度。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤4）中对所述步骤3）局部固化后的包含高分子材料涂层的衬底进行处理的方法种类包括湿法和干法。
本发明的有益效果是：本发明一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，该方法可以降低材料成本，工艺和设备成本，不易对太阳能电池造成不利影响，同时高分子材料层也可起到电镀掩膜的作用。
附图说明
图1为一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法的260摄氏度所得样品表面图。
图2为一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法的180摄氏度所得样品表面图。
图3为一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法的每平方微米纳米银颗粒数目统计图。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，具体步骤包括：
1）高分子材料溶液由环氧树脂、纳米银颗粒和1,4-丁二醇组成，制备所述高分子材料溶液时首先称取45g（36%）环氧树脂、20g（16%）纳米银颗粒和60g（48%）1,4-丁二醇，将其充分搅拌使之完全溶解，然后通过0.1微米的聚四氟乙烯微孔滤膜过滤，从而得到所述高分子材料溶液，然后使用丝网印刷的方式将含有固体纳米颗粒的所述高分子材料溶液印刷在异质结太阳能电池半成品的TCO前表面的导电薄膜上，留出太阳能电池电极形状的开口，包括主栅与副栅线，电镀副栅线的开口为20-60um，主栅线的开口在500um-2mm。
所述高分子材料内的固体纳米颗粒的材质为银，所述高分子材料内的固体纳米颗粒直径为100nm，所述高分子材料内的固体纳米颗粒形状为球体。
2）对步骤1）中附着在太阳能电池的衬底上的高分子材料涂层进行初步热处理，在180摄氏度烘干箱中烘干1分钟，使太阳能电池浸没于20%硫酸铜溶液中，开口处连接电源负极，电源正极浸没于20%硫酸铜溶液中，设定电流0.15安培，电镀20分钟，然后用去离子水冲洗1分钟后用硅片甩干机甩干，使得附着在太阳能电池的衬底上的高分子材料涂层烘干。
3）对步骤2）中初步热处理后的高分子材料涂层进一步进行热处理，所述步骤3）的热处理温度高于所述步骤2）的热处理温度，将衬底置于200摄氏度加热板上半分钟，使得步骤2）中被烘干后的所述高分子材料涂层局部固化，局部固化与表面接触的含有固体纳米颗粒的高分子材料。
4）对步骤3）局部固化后的包含高分子材料涂层的衬底进行干法处理，使用等离子灰化机去除表面未固化的高分子材料，传统的薄膜由于厚度很大（至少100nm以上），会影响太阳光在衬底的吸收，采用局部固化，然后去除这层膜只留下表面的量子点材料或者表面一层非常薄的膜，保证太阳光在衬底的吸收。
实施例2
一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，具体步骤包括：
1）高分子材料溶液由环氧树脂、纳米银颗粒和1,4-丁二醇组成，制备所述高分子材料溶液时首先称取45g（36%）环氧树脂、20g（16%）纳米银颗粒和60g（48%）1,4-丁二醇，将其充分搅拌使之完全溶解，然后通过0.1微米的聚四氟乙烯微孔滤膜过滤，从而得到所述高分子材料溶液，然后使用丝网印刷的方式将含有固体纳米颗粒的所述高分子材料溶液印刷在异质结太阳能电池半成品的TCO前表面的导电薄膜上，留出太阳能电池电极形状的开口，包括主栅与副栅线，电镀副栅线的开口为20-60um，主栅线的开口在500um-2mm。
所述高分子材料内的固体纳米颗粒的材质为银，所述高分子材料内的固体纳米颗粒直径为70nm，所述高分子材料内的固体纳米颗粒形状为正方体。
2）对步骤1）中附着在太阳能电池的衬底上的高分子材料涂层进行初步热处理，在200摄氏度烘干箱中烘干1分钟，使太阳能电池浸没于20%硫酸铜溶液中，开口处连接电源负极，电源正极浸没于20%硫酸铜溶液中，设定电流0.15安培，电镀20分钟，然后用去离子水冲洗1分钟后用硅片甩干机甩干，使得附着在太阳能电池的衬底上的高分子材料涂层烘干。
3）对步骤2）中初步热处理后的高分子材料涂层进一步进行热处理，所述步骤3）的热处理温度高于所述步骤2）的热处理温度，将衬底置于220摄氏度加热板上半分钟，使得步骤2）中被烘干后的所述高分子材料涂层局部固化，局部固化与表面接触的含有固体纳米颗粒的高分子材料。
4）对步骤3）局部固化后的包含高分子材料涂层的衬底进行湿法处理，将局部固化后的包含高分子材料涂层的衬底浸入碱性溶液中，从而去除表面未固化的高分子材料，传统的薄膜由于厚度很大（至少100nm以上），会影响太阳光在衬底的吸收，采用局部固化，然后去除这层膜只留下表面的量子点材料或者表面一层非常薄的膜，保证太阳光在衬底的吸收。
实施例3
一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，具体步骤包括：
1）高分子材料溶液由环氧树脂、纳米银颗粒和1,4-丁二醇组成，制备所述高分子材料溶液时首先称取45g（36%）环氧树脂、20g（16%）纳米银颗粒和60g（48%）1,4-丁二醇，将其充分搅拌使之完全溶解，然后通过0.1微米的聚四氟乙烯微孔滤膜过滤，从而得到所述高分子材料溶液，然后使用丝网印刷的方式将含有固体纳米颗粒的所述高分子材料溶液印刷在异质结太阳能电池半成品的TCO前表面的导电薄膜上，留出太阳能电池电极形状的开口，包括主栅与副栅线，电镀副栅线的开口为20-60um，主栅线的开口在500um-2mm。
所述高分子材料内的固体纳米颗粒的材质为银，所述高分子材料内的固体纳米颗粒直径为160nm，所述高分子材料内的固体纳米颗粒形状为正方体。
2）对步骤1）中附着在太阳能电池的衬底上的高分子材料涂层进行初步热处理，在160摄氏度烘干箱中烘干1分钟，使太阳能电池浸没于20%硫酸铜溶液中，开口处连接电源负极，电源正极浸没于20%硫酸铜溶液中，设定电流0.15安培，电镀20分钟，然后用去离子水冲洗1分钟后用硅片甩干机甩干，使得附着在太阳能电池的衬底上的高分子材料涂层烘干。
3）对步骤2）中初步热处理后的高分子材料涂层进一步进行热处理，采用长波LED光源穿过步骤2）中初步热处理后的高分子材料涂层，作用于太阳能电池的衬底表面，在太阳能电池的衬底表面产生热量，从而使得步骤2）中被烘干后的所述高分子材料涂层局部固化，局部固化与表面接触的含有固体纳米颗粒的高分子材料。
4）对步骤3）局部固化后的包含高分子材料涂层的衬底进行湿法处理，将局部固化后的包含高分子材料涂层的衬底浸入碱性溶液中，从而去除表面未固化的高分子材料，传统的薄膜由于厚度很大（至少100nm以上），会影响太阳光在衬底的吸收，采用局部固化，然后去除这层膜只留下表面的量子点材料或者表面一层非常薄的膜，保证太阳光在衬底的吸收。
对步骤3）中进一步热处理后的数十片太阳能电池分为5组，分别置于180摄氏度、200摄氏度、220摄氏度、240摄氏度和260摄氏度的加热板上热处理3分钟，局部固化与表面接触的含有固体纳米颗粒的高分子材料。
然后采用扫描隧道电子显微镜观察每组太阳能电池表面，取得样品表面图像，其中180摄氏度和260摄氏度所得样品表面图像分别如图1和图2所示。
取得图像后采用图像处理软件计算每一平方微米内留在表面的纳米颗粒数目，得到每平方微米纳米银颗粒数目统计图，如图3所示。
与现有技术相比，本发明一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，该方法可以不需要抽真空蒸镀与高温退火，可以降低材料成本，工艺和设备成本，不易对太阳能电池造成不利影响，在太阳能电池表面形成等离子体增强结构，提升太阳能电池的短路电流，进而提升转换效率，同时高分子材料层也可起到电镀掩膜的作用。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，其特征在于，具体步骤包括：
1)将含有固体纳米颗粒的高分子材料溶液涂抹在太阳能电池的衬底上；
2)对步骤1)中附着在太阳能电池的衬底上的高分子材料涂层进行初步热处理；
3)对步骤2)中初步热处理后的高分子材料涂层进一步进行热处理，局部固化与表面接触的含有固体纳米颗粒的高分子材料；
4)对步骤3)局部固化后的包含高分子材料涂层的衬底进行处理，去除未固化的高分子材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述高分子材料内的固体纳米颗粒的材质为金、银、铜、铝和镍中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述高分子材料内的固体纳米颗粒直径为5-400nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述高分子材料内的固体纳米颗粒形状包括球体、圆柱体、半球体、正方体和四棱锥。
5.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述高分子材料溶液由环氧树脂、纳米银颗粒和1,4-丁二醇组成。
6.根据权利要求5所述的一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述高分子材料溶液内环氧树脂、纳米银颗粒和1,4-丁二醇的百分比含量分别为36％、16％和48％。
7.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤2)热处理的温度为60-200摄氏度。
8.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤3)热处理的温度为150-300摄氏度。
9.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤3)的热处理温度高于所述步骤2)的热处理温度。
10.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤4)中对所述步骤3)局部固化后的包含高分子材料涂层的衬底进行处理的方法种类包括湿法和干法。
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