CN114420854A - 一种太阳能电池基底制绒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池基底制绒的方法，包括步骤：将浓度为40％～50％的HF和去离子水混合，制备得到腐蚀液；调节Ar浓度、沉积压强和溅射功率，利用磁控溅射镀膜设备在带有绒面的干净玻璃表面生长透明基底。本发明的有益效果是：本发明采用一种太阳能电池基底制绒的方法，通过HF腐蚀的方式制备纳米结构的绒面，解决光学损失的问题，并对叠层电池进行光管理。本发明一方面通过纳米结构的光管理增加了光的散射以增长光路、减少反射，提高了光的收集效率，在全向减反都有不同程度的提高；另一方面在通过HF处理获得的绒面上形成钙钛矿层，钙钛矿层会获得纳米绒面结构，拥有更好的鲁棒性，有利于减少钙钛矿层缺陷。

Description

一种太阳能电池基底制绒的方法
技术领域
本发明属于光伏领域，尤其涉及一种太阳能电池基底制绒的方法。
背景技术
近年来，钙钛矿电池因其拥有优异的光电特性，获得广泛的关注。其活性层吸收系数高，载流子扩散长度长，并且带隙可调节等特性，使其可以配合低带隙的晶硅电池形成串联器件。目前钙钛矿/硅叠层太阳能电池光电转化效率的理论值为45.3％，但是目前钙钛矿/硅叠层的太阳能电池的最高认证光电转化效率为29.5％，远远低于理论值。影响器件达到理论效率的原因包括光学损失和电学损失，光学损失包括界面反射和不同层的寄生吸收，电学损失包括非辐射复合，电荷传输不完善导致填充因子低等。
为了克服钙钛矿基串联器件和单结钙钛矿太阳能电池的光学损耗，光管理是目前的研究重点；目前为了减少光学损失，基于陷光以及干涉的原理，常采用的减反射技术包括：
(1)腐蚀法；光伏产业采用的玻璃大多是Na2O-CaO-SiO2的结构，通过化学反应获得微观结构；
(2)蒸镀和刻蚀；加法和减法制备表面减反层，可以针对性的制备高透过率，大带宽特性，且均匀性良好的几十层甚至上百层的减反膜；
(3)纳米组装；纳米组装技术如模板法、刻蚀法、生长法或其多种方法组合；通过形成纳米棒、纳米球、纳米针等，利用光刻、组装等方式形成均匀有序的微结构；
(4)溶胶凝胶法；该减反技术最大的优势可以采用浸涂，喷涂或滚涂等多种简单方法进行大面积沉积，可以有效降低成本；
对光伏电池而言，高效利用太阳能，在克服技术问题以及成本问题以后，理想的减反层仍需要满足以下三项要求：
(1)具备超低的反射率；
(2)具备较大的可调减反射带宽；理想的减反层对于可吸收的光谱全谱段都有较好的减反效果，尤其针对钙钛矿吸收波段需要有较好的陷光作用；
(3)具备全向减反射的能力，从0°到90°都有较好的减反射能力。
目前腐蚀法大多难以控制均匀性和反应厚度，PVD、CVD等方法无法完全满足均匀性和反应厚度要求，并且成本较高；Sol-Gel法难以控制膜厚度，折射率大，难以多层沉积。纳米组装技术以刻蚀蒸镀等技术为基础，拥有与Sol-Gel法相似的问题。大面积制备和高效率难题仍未攻克。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种太阳能电池基底制绒的方法。
这种太阳能电池基底制绒的方法，用HF处理获得纳米绒面，包括以下步骤：
步骤1、将浓度为40％～50％的HF和去离子水混合，制备得到腐蚀液；将待制绒的干净玻璃放入腐蚀液中进行腐蚀，通过控制腐蚀时长，来获得设定尺寸的具备纳米尺度微结构的绒面；
步骤2、调节Ar浓度、沉积压强和溅射功率，利用磁控溅射镀膜设备在步骤1所得带有绒面的干净玻璃表面生长透明基底；
步骤3、采用热蒸镀法在透明基底上制备空穴传输层(HTL)；
步骤4、在空穴传输层上通过旋涂法制备钙钛矿薄膜，形成共型钙钛矿层；
步骤5、采用热蒸镀法在共型钙钛矿层上制备电极层。
作为优选，步骤1中控制HF和去离子水的体积比为(1：4)～(1:5)。
作为优选，步骤1中控制腐蚀时长在3～5min内。
作为优选，步骤2中透明基底为IZO，IZO薄膜沉积时，将磁控溅射工作功率设置为80W，沉积压强小于0.1Pa，在常温下获得均匀的IZO玻璃。
作为优选，步骤3中空穴传输层为C60/BCP复合层。
作为优选，步骤3中采用热蒸镀法制备空穴传输层，以及步骤5中采用热蒸镀法制备电极层时，蒸镀时的真空度低于4*10-6Pa，蒸镀速率为
Figure BDA0003474285420000021
作为优选，步骤5中电极层为Ag电极。
本发明的有益效果是：
本发明采用一种太阳能电池基底制绒的方法，通过HF腐蚀的方式制备纳米结构的绒面，解决光学损失的问题，并对叠层电池进行光管理。本发明一方面通过纳米结构的光管理增加了光的散射以增长光路、减少反射，提高了光的收集效率，在全向减反都有不同程度的提高；另一方面在通过HF处理获得的绒面上形成钙钛矿层，钙钛矿层会获得纳米绒面结构，拥有更好的鲁棒性，有利于减少钙钛矿层缺陷。
附图说明
图1为纳米绒面结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1
配置HF：去离子水＝1：4作为腐蚀液，将需要制绒的干净玻璃置入腐蚀液中进行腐蚀，通过控制腐蚀时间获得所需尺寸的绒面(如图1所示)。
利用磁控溅射镀膜设备在干净的制绒玻璃上镀一层IZO作为透明基底(TCO)。当工作压强小于4*10-4Pa时，调节Ar浓度。磁控溅射的机理是指电子在电场的作用下飞向基片过程中与氩原子碰撞，使其电离产生Ar+和二次电子。Ar+在电场作用下轰击阴极靶材表面，产生的中性靶原子或者分子沉积到基片上形成薄膜。其中，Ar气压和溅射功率是控制成膜的关键。薄膜沉积时，溅射功率为80W，沉积压强小于0.1Pa，在常温下获得均匀的IZO玻璃。
完成钙钛矿太阳能电池的制备。通过旋涂法制备钙钛矿薄膜，采用热蒸镀法制备空穴传输层C60/BCP，以及Ag电极。蒸镀时的真空度低于4*10-6Pa，蒸镀速率在
Figure BDA0003474285420000031
实施例2
配置HF：去离子水＝1：4作为腐蚀液，将需要制绒的干净玻璃置入腐蚀液中进行腐蚀，通过控制腐蚀时间获得所需尺寸的绒面。
利用磁控溅射镀膜设备在干净的制绒玻璃上镀一层ITO作为透明基底(TCO)。当工作压强小于4*10-4Pa时，调节Ar浓度。磁控溅射的机理是指电子在电场的作用下飞向基片过程中与氩原子碰撞，使其电离产生Ar+和二次电子。Ar+在电场作用下轰击阴极靶材表面，产生的中性靶原子或者分子沉积到基片上形成薄膜。其中，Ar气压和溅射功率是控制成膜的关键。薄膜沉积时，溅射功率为80W，沉积压强小于0.1Pa，在常温下获得均匀的ITO玻璃。
完成钙钛矿太阳能电池的制备。通过旋涂法制备钙钛矿薄膜，采用热蒸镀法制备空穴传输层C60/BCP，以及Ag电极。蒸镀时的真空度低于4*10-6Pa，蒸镀速率在
Figure BDA0003474285420000032
对比例1
利用磁控溅射镀膜设备在干净的平面玻璃上镀一层IZO作为透明基底(TCO)。当工作压强小于4*10-4Pa时，调节Ar浓度。磁控溅射的机理是指电子在电场的作用下飞向基片过程中与氩原子碰撞，使其电离产生Ar+和二次电子。Ar+在电场作用下轰击阴极靶材表面，产生的中性靶原子或者分子沉积到基片上形成薄膜。其中，Ar气压和溅射功率是控制成膜的关键。薄膜沉积时，溅射功率为80W，沉积压强小于0.1Pa，在常温下获得均匀的IZO玻璃。
完成钙钛矿太阳能电池的制备。通过旋涂法制备钙钛矿薄膜，采用热蒸镀法制备空穴传输层C60/BCP，以及Ag电极。蒸镀时的真空度低于4*10-6Pa，蒸镀速率在
Figure BDA0003474285420000041
对比例2
利用磁控溅射镀膜设备在干净的平面玻璃上镀一层ITO作为透明基底(TCO)。当工作压强小于4*10-4Pa时，调节Ar浓度。磁控溅射的机理是指电子在电场的作用下飞向基片过程中与氩原子碰撞，使其电离产生Ar+和二次电子。Ar+在电场作用下轰击阴极靶材表面，产生的中性靶原子或者分子沉积到基片上形成薄膜。其中，Ar气压和溅射功率是控制成膜的关键。薄膜沉积时，溅射功率为80W，沉积压强小于0.1Pa，在常温下获得均匀的ITO玻璃。
完成钙钛矿太阳能电池的制备。通过旋涂法制备钙钛矿薄膜，采用热蒸镀法制备空穴传输层C60/BCP，以及Ag电极。蒸镀时的真空度低于4*10-6Pa，蒸镀速率在
Figure BDA0003474285420000042
通过对比对比例1与实施例1发现，制绒玻璃有利于提高玻璃润湿性，更有利于钙钛矿的铺展，利于钙钛矿层的旋涂。
通过对比对比例2与实施例2发现，拥有更好的透过率，对全向减反射也有较大提高，器件填充因子FF也有相应提高。

Claims (7)

1.一种太阳能电池基底制绒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将浓度为40％～50％的HF和去离子水混合，制备得到腐蚀液；将待制绒的干净玻璃放入腐蚀液中进行腐蚀，通过控制腐蚀时长，来获得设定尺寸的具备纳米尺度微结构的绒面；
步骤2、调节Ar浓度、沉积压强和溅射功率，利用磁控溅射镀膜设备在步骤1所得带有绒面的干净玻璃表面生长透明基底；
步骤3、采用热蒸镀法在透明基底上制备空穴传输层；
步骤4、在空穴传输层上通过旋涂法制备钙钛矿薄膜，形成共型钙钛矿层；
步骤5、采用热蒸镀法在共型钙钛矿层上制备电极层。
2.根据权利要求1所述太阳能电池基底制绒的方法，其特征在于：步骤1中控制HF和去离子水的体积比为(1：4)～(1:5)。
3.根据权利要求1所述太阳能电池基底制绒的方法，其特征在于：步骤1中控制腐蚀时长在3～5min内。
4.根据权利要求1所述太阳能电池基底制绒的方法，其特征在于：步骤2中透明基底为IZO，IZO薄膜沉积时，将磁控溅射工作功率设置为80W，沉积压强小于0.1Pa。
5.根据权利要求1所述太阳能电池基底制绒的方法，其特征在于：步骤3中空穴传输层为C60/BCP复合层。
6.根据权利要求1所述太阳能电池基底制绒的方法，其特征在于：步骤3中采用热蒸镀法制备空穴传输层，以及步骤5中采用热蒸镀法制备电极层时，蒸镀时的真空度低于4*10- 6Pa，蒸镀速率为
Figure FDA0003474285410000011
7.根据权利要求1所述太阳能电池基底制绒的方法，其特征在于：步骤5中电极层为Ag电极。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024027797A1 (zh) * 2022-08-05 2024-02-08 北京曜能光电科技有限公司 多结太阳能电池、钙钛矿晶硅叠层电池、晶硅电池及其制备方法

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WO2024027797A1 (zh) * 2022-08-05 2024-02-08 北京曜能光电科技有限公司 多结太阳能电池、钙钛矿晶硅叠层电池、晶硅电池及其制备方法

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