CN109860313A

CN109860313A - 基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜及其制备方法

Info

Publication number: CN109860313A
Application number: CN201910132185.4A
Authority: CN
Inventors: 马静; 刘雯; 马哲; 宋培帅; 赵永强; 杨富华; 王晓东
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2019-06-07

Abstract

一种基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜及其制备方法，所述太阳电池减反射膜所述表面为纳米锥团簇结构，纳米锥在单位平方微米面积内的数量为5至7个，纳米锥的高度为800至1000nm；其厚度在200μm‑500μm之间；其制备方法，包括：步骤A：制备含有V型槽的模板；步骤B：配制PDMS溶液；步骤C：在步骤A所制备的模板上旋涂脱模剂；步骤D：将配置好的PDMS溶液倾倒于步骤C旋涂脱模剂后的模板上，并完全没过模板；步骤E：将覆有PDMS溶液的模板放入真空容器中进行抽气；去除模板上PDMS溶液中的气泡；步骤F：将去除了气泡的PDMS溶液的模板放入烘箱中进行退火；以及步骤G：将退火之后固化的PDMS从模板上揭下，完成基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备。

Description

基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜及其制备方法

技术领域

本公开涉及半导体光伏器件领域，尤其涉及一种基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜及其制备方法。

背景技术

太阳电池作为一种新型的能源器件正日益受到人们的关注。然而，传统太阳电池的低转换率和高昂的成本大大限制了它的发展。其中太阳电池表面的反射损失是影响电池效率的重要因素之一。减反射膜可以有效降低表面反射，提高电池效率。通常我们可以通过在薄膜表面制备一些三维纳米结构来得到减反射膜。目前研究人员已经制备除了纳米柱、纳米孔等各种形状的纳米结构用于减反射膜。但是这些纳米结构的制备通常需要复杂的半导体工艺，大大增加了科研成本，在实际应用中存在一定困难。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种新型的基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜及其制备方法，以缓解现有技术中太阳电池的减反射膜结构复杂，反射率仍较高，影响太阳电池的稳定性等技术问题。

(二)技术方案

在本公开的一个方面，提供一种基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜，表面为纳米锥团簇结构，所述纳米锥在单位平方微米面积内的数量为5至7个，纳米锥的高度为800至1000nm。

在本公开实施例中，所述基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜其厚度在200μm-500μm之间。

在本公开的另一方面，提供一种基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，包括：步骤A：制备含有V型槽的模板；步骤B：配制PDMS溶液；步骤C：在步骤A所制备的模板上旋涂脱模剂；步骤D：将步骤B配置好的PDMS溶液倾倒于步骤C旋涂脱模剂后的模板上，并完全没过模板；步骤E：将步骤D后覆有PDMS溶液的模板放入真空容器中进行抽气；去除模板上PDMS溶液中的气泡；步骤F：将步骤E覆有去除了气泡的PDMS溶液的模板放入烘箱中进行退火；以及步骤G：将步骤F退火之后固化的PDMS从模板上揭下，完成基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备。

在本公开实施例中，步骤A中所述模板的制备材料包括：含有V型结构的阳极氧化铝。

在本公开实施例中，步骤A中所述模板的V型槽在单位平方微米面积内的数量大约为5至7个。

在本公开实施例中，步骤A中所述V型槽的深宽比为2。

在本公开实施例中，步骤A中所述V型槽的深度为800至1000nm。

在本公开实施例中，步骤B所述PDMS溶液包括：GL-ML BASE和GL-ML CURE，质量比是10∶1。

在本公开实施例中，所述步骤C旋涂脱模剂时，转速为3000rpm，时间为40s。

在本公开实施例中，所述步骤F中烘箱放的温度为75℃，退火时间为4h。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)基于一种新型纳米锥团簇结构薄膜，所述纳米锥团簇结构薄膜可以作为太阳能电池的减反射膜，有效的降低表面反射，提高光子吸收效率和光电转换率；

(2)不仅可以降低反射率，提高光的透过率；

(3)具有超疏水性和优异的自清洁能力，可以提高太阳电池的稳定性及使用寿命；

(4)制备时无需复杂的半导体工艺，大大降低了科研成本，在实际应用中便于应用。

附图说明

图1是本公开实施例基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的SEM图。

图2是本公开实施例基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法流程图。

图3是覆有基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的钙钛矿太阳电池的示意图。

图4是本公开实施例含有基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜与普通减反射膜的反射率曲线示意图。

具体实施方式

本公开提供了一种基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜及其制备方法，所述减反射膜采用PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)为材料，制备工艺简单，成本低廉。可以应用于各类太阳电池器件上，所用纳米材料结构为纳米锥团簇性结构，这种结构的减反射膜不仅可以降低反射率，提高光的透过率；同时还具有超疏水性和优异的自清洁能力，可以提高太阳电池的稳定性。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，结合图1和图2所示，基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，包括：

步骤A：制备含有V型槽的模板；

所述模板制备材料包括：含有V型槽的阳极氧化铝；

所述模板的V型槽在单位平方微米面积内的数量大约为5至7个；

所述V型槽的最优深宽比为2，V型槽的最佳深度为800至1000nm。

步骤B：配制PDMS溶液；

所述PDMS溶液包括：GL-ML BASE(GL公司生产的基底液)和GL-ML CURE(GL公司生产的固化剂)，质量比是10∶1。

步骤C：在步骤A所制备的模板上旋涂脱模剂；

所述步骤C旋涂脱模剂时，转速为3000rpm，时间为40s。

步骤D：将步骤B配置好的PDMS溶液倾倒于步骤C旋涂脱模剂后的模板上，并完全没过模板；

步骤E：将步骤D后覆有PDMS溶液的模板放入真空容器中进行抽气；去除模板上PDMS溶液中的气泡；

步骤F：将步骤E覆有去除了气泡的PDMS溶液的模板放入烘箱中进行退火；

所述的烘箱温度为75℃，退火时间为4h。

步骤G：将步骤F退火之后固化的PDMS从模板上揭下，完成基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备。

如图1所示，由于模板上的V型槽的定型作用，使固化的PDMS表面形成了多个锥形凸起构成的纳米锥团簇结构。

所述纳米锥团簇结构的太阳能电池减反射膜厚度可在200μm-500μm之间。

优选的，所述基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜厚度为300μm。

所述步骤G中，需待样品冷却到室温时再揭下固化的PDMS薄膜。

如图3所示是覆有基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的钙钛矿太阳电池的示意图；图4是含有基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜与不含基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的反射率曲线示意图；如图3所示，含有基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜相比表面无结构的普通减反射膜在宽波段内实现了更有效的减反射。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜及其制备方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜及其制备方法，所述减反射膜采用PDMS为材料，制备工艺简单，成本低廉。可以应用于各类太阳电池器件上，所用纳米材料结构为纳米锥团簇性结构，这种结构的减反射膜不仅可以降低反射率，提高光的透过率；同时还具有超疏水性和优异的自清洁能力，可以提高太阳电池的稳定性。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜，表面为纳米锥团簇结构，所述纳米锥在单位平方微米面积内的数量为5至7个，纳米锥的高度为800至1000nm。

2.根据权利要求1所述的基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜，其厚度在200μm-500μm之间。

3.一种基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，包括：

步骤A：制备含有V型槽的模板；

步骤B：配制PDMS溶液；

步骤C：在步骤A所制备的模板上旋涂脱模剂；

步骤F：将步骤E覆有去除了气泡的PDMS溶液的模板放入烘箱中进行退火；以及

4.根据权利要求3所述的基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，步骤A中所述模板的制备材料包括：含有V型结构的阳极氧化铝。

5.根据权利要求3所述的基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，步骤A中所述模板的V型槽在单位平方微米面积内的数量大约为5至7个。

6.根据权利要求3所述的基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，步骤A中所述V型槽的深宽比为2。

7.根据权利要求3所述的基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，步骤A中所述V型槽的深度为800至1000nm。

8.根据权利要求3所述的基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，步骤B所述PDMS溶液包括：GL-ML BASE和GL-ML CURE，质量比是10∶1。

9.根据权利要求3所述的基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，所述步骤C旋涂脱模剂时，转速为3000rpm，时间为40s。

10.根据权利要求3所述的基于纳米锥团簇结构的太阳电池减反射膜的制备方法，所述步骤F中烘箱放的温度为75℃，退火时间为4h。