CN114725242B - 一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，它是通过提供一种应用于碲化镉薄膜电池量产化生产工艺的光刻胶来实现的，所述光刻胶的感光率比现有光刻胶的感光率大，其固化反应波长为360nm。本发明所述光刻胶包括改性明胶、感光剂、交联剂和水；所述改性明胶的分子式为C124H173O39N31，改性方法为在明胶提取合成过程中引入低分子化合物或高分子化合物。本发明通过解决目前光刻胶无法填充碲化镉薄膜孔洞和不具备腐蚀功能的问题，从而来提高碲化镉薄膜电池的转化效率，加快了碲化镉薄膜电池的产业化进程。

Description

一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，属于碲化镉薄膜电池生产技术领域。
背景技术
薄膜电池，顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，其用硅量极少，更容易降低成本，同时它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完美结合。在国际市场硅原材料持续紧张的背景下，薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。
薄膜电池虽具有成本低、弱光性好，适合与建筑结合等优点，但它也存在着效率低、稳定性差等缺点，产业化进程很艰难。在众多的薄膜技术中，碲化镉(CdTe)薄膜最接近于产业化，如果能够对碲化镉薄膜太阳能电池的转化效率进一步提升，则可大大加快其产业化进程。
光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一，在碲化镉薄膜电池工艺中使用光刻胶，主要目的有两个：一是将掩模版图形转移到电池片表面顶层的光刻胶中，二是在后续工艺中，保护下面的材料(例如光刻胶作为刻蚀阻挡层)。目前产业化的碲化镉薄膜电池工艺，一般都是采用化学水浴沉积法(CBD)在FTO玻璃衬底上依次沉积好CdS窗口层和CdTe吸收层后，进行P1刻划，然后在CdTe膜层表面或直接在P1刻线槽内涂覆光刻胶。此处使用的光刻胶是一种水性光刻胶，它以水为溶剂，其中包含重量百分比为20％的明胶(C102H151O39N31)、1～2％的感光剂(柠檬酸铁铵)和1～3％的交联剂(亚甲基双丙烯酰胺)，它能对P1刻线进行绝缘填充。实际上，沉积的CdTe膜层表面存在有孔洞，该孔洞会造成短路点，严重影响电池的性能，并存在漏电隐患，但目前所用的光刻胶只能对P1刻线进行绝缘填充，对碲化镉薄膜表面的孔洞不能进行有效填充。并且目前量产的碲化镉发电玻璃生产线和实验室工艺相比，由于环保原因，缺少了腐蚀工序，造成了量产芯片的效率低于预期。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高产量化生产的碲化镉薄膜电池发电效率的方法，具体是通过解决目前光刻胶无法填充碲化镉薄膜孔洞和不具备腐蚀功能的问题，从而来提高碲化镉薄膜电池的转化效率，加快碲化镉薄膜电池的产业化进程。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，它是通过提供一种应用于碲化镉薄膜电池量产化生产工艺的光刻胶来实现的，所述光刻胶的感光率比现有光刻胶的感光率大，其固化反应波长为360nm。
进一步的，上述光刻胶包括改性明胶、感光剂、交联剂和水；所述改性明胶的分子式为C124H173O39N31，改性方法为在明胶提取合成过程中引入低分子化合物或高分子化合物。所述低分子化合物包括乙二醇、尿素、甘油和三乙醇胺，所述高分子化合物包括甲基丙烯酸甲酯与丁二烯的共聚物、甲基丙烯酸-2-乙酰乙酸乙酯-富马酸二(3-磺酸丙)酯-丙烯酸甲酯共聚物。本发明在明胶的提取合成过程中，通过引入低分子化合物或高分子化合物，使得明胶具有足够多的不饱和官能团，合成的过程中人为的引入羰基，羧基，琉酯键等不饱和官能团，让能够进行更充分的交联，引入官能团是为了更好的交联，改性后的明胶的C官能团的个数由102增加到124，H官能团的个数由151增加到173，其反应机理为利用高分子化合物中的接枝共聚反应机理来实现；同时改性还包括通过提高明胶的纯度，尽量的让杂质减少来提高明胶的透明度，让明胶均匀性更好，透光度更高，光的散射折射等作用更少，提高光刻胶的稳定性。
光刻胶的固化反应条件为：UV能量×光敏性≥光刻胶固化所需能量(100mw/cm2)，而目前碲化镉膜面孔洞无法被光刻胶填充，主要原因是紫外光(UV光)需透过FTO玻璃后才能到达孔洞与光刻胶反应，目前光刻胶的反应波长为300～320nm，而从图一可以看出，FTO玻璃在300～320nm处的UV光透过率为12％～45％,透过FTO玻璃的UV光能量较低，满足不了光刻胶的固化反应条件。
本发明通过对光刻胶中的明胶进行改性，增加了C、H官能团的个数，由于官能团个数的增加，电子轨道相应变化，对应的吸收波长也相应增加，因此光刻胶的反应波长从目前的300～320nm增加到了360nm，而FTO玻璃在360nm处的UV光透过率为70％左右，从而使孔洞处具有更高的UV能量，达到光刻胶的固化反应条件。从图一可以看出，FTO玻璃的UV光透过率在360nm处较高，具有更高的能量。
进一步的，上述光刻胶包括下述重量百分比的原料：改性明胶15～20％、感光剂2.5～3％，交联剂1～3％，余量为水。
上述感光剂优选柠檬酸铁铵，上述交联剂优选亚甲基双丙烯酰胺。
如上所述，光刻胶的固化反应条件为：UV能量×光敏性≥光刻胶固化所需能量，本发明除了从提高UV光能量入手外，也通过适当增加感光剂的加入量来提高感光率，从而使碲化镉薄膜的孔洞充分满足光刻胶的固化条件。光刻胶的反应机理是感光剂和UV光发生反应后产生的物质与交联剂共同作用，促使明胶交联聚合、发生固化，在此过程中，感光剂和UV光反应产生的物质仅起到催化作用，所以适当增加感光剂的加入量在提高光刻胶感光性的同时，不会对其它成分产生影响，也不会影响最终的聚合反应。但是感光剂的加入量也并非越多越好，因为感光率太大了会造成刻线边缘处由于光的散射也会发生交联反应，造成光刻胶膜面残留，所以感光性不能太大，在光刻胶胶体内的比例以不超过3％为宜。
而感光剂优选柠檬酸铁铵，由于感光剂加入量的提高，增加了光刻胶中的柠檬酸含量，提高了光刻胶的酸性，同时不影响其它成分的变化，在加热条件下，光刻胶和碲化镉发生腐蚀反应，可去除多晶CdTe表面氧化物和污染物,获得洁净光洁的表面形貌，CdTe薄膜将形成富Te层，有利于碲化镉和背电极形成良好的欧姆接触。因此，本发明光刻胶相较于现有使用的光刻胶，酸性进一步增加，可以对碲化镉膜面造成轻微腐蚀效果。
与现有技术相比，本发明提供的一种应用于碲化镉薄膜电池工艺的光刻胶，可以实现对碲化镉薄膜P1绝缘、孔洞填充和膜层腐蚀的三个作用，从而消除因碲化镉膜层针孔造成的短路点，同时使背电极与P型CdTe层之间形成良好的欧姆接触，近而提高了电池的转化效率，降低了组件的度电成本，并且由于短路点的消除增加了组件户外使用的安全性。与现有的产业化碲化镉薄膜电池相比，使用本发明光刻胶制备的碲化镉薄膜电池，发电效率平均可提升0.3～0.5％。
本发明在不改变现有产业化的工艺步骤的基础上，只通过对光刻胶涂覆工序的光刻胶原材料配方进行调整，同时解决了碲化镉薄膜的针孔问题和背电极与P型CdTe层之间不能形成良好的欧姆接触两个主要影响效率的问题，在不增加成本的情况下，提高了碲化镉薄膜电池的发电效率，提高了组件的安全性。本发明无需增加新的工序和设备，也不影响现有产能和工艺，适用于已实现产业化的技术应用。
附图说明
图1为FTO玻璃的UV光透过率曲线图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。如无特别说明，下述实施例中所用原材料均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
1、改性明胶制备
选取一定量的牛皮、猪皮、鱼皮等原料，通过原料整理—石灰石预浸—水力除脂—石灰水浸渍—洗涤中和--熬胶--浓缩、漂白、凝胶化的步骤制得改性明胶，其中在熬胶过程中加入低分子化合物或高分子化合物，所述低分子化合物包括乙二醇、尿素、甘油和三乙醇胺，所述高分子化合物包括甲基丙烯酸甲酯与丁二烯的共聚物、甲基丙烯酸-2-乙酰乙酸乙酯-富马酸二(3-磺酸丙)酯-丙烯酸甲酯共聚物。
2、制备光刻胶
将下述实施例所提到的原料按照比例进行混合，并在密闭、常温状态下混合3天以上达到稳定状态后，得到光刻胶。
实施例1：改性明胶(C124H173O39N31)15％，感光剂(柠檬酸铁铵)2.5％，交联剂(亚甲基双丙烯酰胺)1％，水81.5％
实施例2：改性明胶(C124H173O39N31)20％，感光剂(柠檬酸铁铵)3％，交联剂(亚甲基双丙烯酰胺)3％，水74％
实施例3：改性明胶(C124H173O39N31)15％，感光剂(柠檬酸铁铵)1％，交联剂(亚甲基双丙烯酰胺)1％，水83％
实施例4：改性明胶(C124H173O39N31)20％，感光剂(柠檬酸铁铵)2％，交联剂(亚甲基双丙烯酰胺)3％，水75％
实施例5：改性明胶(C124H173O39N31)20％，感光剂(柠檬酸铁铵)4％，交联剂(亚甲基双丙烯酰胺)3％，水73％
实施例6：明胶(C102H151O39N31)20％，感光剂(柠檬酸铁铵)2％，交联剂(亚甲基双丙烯酰胺)3％，水75％
3、制备碲化镉薄膜电池
采用上述实施例得到的光刻胶制备碲化镉薄膜电池，然后使用IV检测仪检测其发电效率，具体检测数据见下表所示：。
Figure BDA0003585833730000051
Figure BDA0003585833730000061
从上表可以看出，使用本发明提供的光刻胶制备的碲化镉薄膜电池，相较现有技术的光刻胶制备的碲化镉薄膜电池，其发电效率有明显提高。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，其特征在于：在碲化镉薄膜电池的量产化生产工艺中使用感光率大的光刻胶，所述光刻胶包括改性明胶、感光剂、交联剂和水；所述改性明胶的分子式为C124H173O39N31。
2.根据权利要求1所述的一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，其特征在于：所述改性明胶的改性方法为在明胶提取合成过程中引入低分子化合物或高分子化合物。
3.根据权利要求1所述的一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，其特征在于：所述光刻胶包括下述重量百分比的原料：改性明胶15～20%、感光剂2.5～3%，交联剂1～3%，余量为水。
4.根据权利要求1或3所述的一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，其特征在于：所述感光剂为柠檬酸铁铵。
5.根据权利要求1或3所述的一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，其特征在于：所述交联剂为亚甲基双丙烯酰胺。
6.根据权利要求2所述的一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，其特征在于：所述低分子化合物包括乙二醇、尿素、甘油和三乙醇胺。
7.根据权利要求2所述的一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，其特征在于：所述高分子化合物包括甲基丙烯酸甲酯与丁二烯的共聚物、甲基丙烯酸- 2-乙酰乙酸乙酯-富马酸二（3-磺酸丙）酯-丙烯酸甲酯共聚物。
8.根据权利要求1所述的一种提高量产化碲化镉薄膜电池发电效率的方法，其特征在于：所述光刻胶的固化反应波长为360nm。
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