CN116247125A - 一种被动辐射冷却透明电极的制备方法及透明电极 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种被动辐射冷却透明电极的制备方法及透明电极，制备方法包括以下步骤：将两块相同的玻璃基板背靠背相贴合，得到玻璃基板本体；采用酸刻蚀液对玻璃基板本体进行酸刻蚀，形成分布在玻璃基板本体相对的两正面的微米结构；采用碱刻蚀液对经过酸刻蚀后的玻璃基板本体进行碱刻蚀，形成分布在微米结构表面的纳米结构，得到微纳结构；将经过碱刻蚀后的玻璃基板本体中的两块玻璃基板进行分离，在每块玻璃基板未刻蚀的背面沉积镀制透明导电层，得到被动辐射冷却透明电极。本发明能提高可见光波段的透过率，且能提高中红外光波段的发射率，并能提高近红外光波段的反射率，为薄膜太阳能电池器件的散热提供备选的透明电极。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种被动辐射冷却透明电极的制备方法及透明电极。
背景技术
太阳能电池作为新能源领域的代表性技术一直在快速发展，然而无论是一代晶硅太阳能电池，二代碲化镉、铜铟镓硒为代表的薄膜太阳能电池，还是三代钙钛矿结构薄膜太阳能电池，都面临着共同的问题：温度系数引起的输出功率下降和高温引起的器件效率衰减。由于三代钙钛矿结构薄膜太阳能电池自身的稳定性欠佳，长期处在较高工作温度条件下，电池的使用寿命受到限制。因此如何给运行中的太阳能电池降温成为当前面临的重要问题。
近年来，被动辐射冷却技术因为节能、应用简单等优势在太阳能电池领域被广泛关注。Fan等人(PNAS 2015,112,12282-12287)提出通过等离子体刻蚀的方法获得石英表面光子晶体，提高石英表面发射率，在同等条件下光子晶体覆盖的晶硅电池比平面石英低1.3℃，获得被动辐射冷却效果。Song等人(Sol.RRL 2017,1,1700084)和Lee等人(Adv.EnergyMater.2021,2103258)制备不同的表面微结构获得相似的被动辐射冷却效果。Kim等人(Adv.Funct.Mater.2022,32,2105882)通过分散气凝胶微颗粒，以涂覆的方式制备出低雾度透明被动辐射冷却涂层，可见光透过率大于91％，8-13μm波段发射率大于98％。为了进一步提高透明材料的被动冷却性能，Fan等人(ACS Photonics 2017,4,774-782)采取多层高、低折射率材料错配的方法获得不影响可见光透过率，反射亚带隙近红外光，同时提高中红外光发射率的透明被动冷却材料，应用于晶硅太阳能电池盖板，可获得5.7℃的降温；CN112239328A公开的辐射制冷膜包括透明发射体和透明反射体，透明反射体反射近红外太阳光，可以避免其透过膜体，加剧制冷能耗，同时利用透明发射体实现高效的辐射制冷，在此基础上，控制透明发射体与透明反射体之间的折射关系，可以使二者结合起来既保证可见光高度透明，不影响采光，且同时实现高效的制冷效果。
但是上述被动辐射冷却技术目前主要应用于一代晶硅太阳能电池上，还没有应用到二代和三代薄膜太阳能电池上，随着薄膜太阳能电池的快速发展，透明电极作为组件前采光面，其在光电响应波段的透过率和对电池的冷却散热性能越来越被关注。
专利DE102009026197B4公开了一种透明电极，先对玻璃基板的一侧面镀制透明导电层，然后在透明导电层上设置耐酸层，之后将具有透明导电层的玻璃基板完全浸入氢氟酸浴中，氢氟酸刻蚀玻璃基板中未镀制透明导电层的另一侧面，形成抗反射层，虽然透明导电层上设置有耐酸层，但实际上透明导电层仍会被氢氟酸侵蚀，进而影响其导电性能。此外，包括CN106784060B等公开的专利，较多的关注光电响应波段的透过率，很少关注其冷却散热性能。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提供一种被动辐射冷却透明电极的制备方法及透明电极，能提高可见光波段的透过率，且能提高中红外光波段的发射率，并能提高近红外光波段的反射率，为薄膜太阳能电池器件的散热提供备选的透明电极。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，包括以下步骤：
S1、将两块相同的玻璃基板背靠背相贴合，得到玻璃基板本体；
S2、采用酸刻蚀液对所述玻璃基板本体进行酸刻蚀，形成分布在所述玻璃基板本体相对的两正面的微米结构；
S3、采用碱刻蚀液对经过酸刻蚀后的所述玻璃基板本体进行碱刻蚀，形成分布在所述微米结构表面的纳米结构，得到微纳结构；
S4、将经过碱刻蚀后的所述玻璃基板本体中的两块玻璃基板进行分离，在每块所述玻璃基板未刻蚀的背面沉积镀制透明导电层，得到被动辐射冷却透明电极。
进一步地，
步骤S2中，所述微米结构为不规则凹凸形貌且尺寸控制在1-20μm之间；
步骤S3中，所述纳米结构为不规则孔形貌且纳米孔的孔径控制在100-10nm之间，所述纳米孔的层厚度控制在10-500nm之间，其中表层孔隙率大于内部孔隙率，形成由外至内的梯度折射率；所述微纳结构的光谱调控波段包括0.38-0.78μm的可见光波段与8-13μm的中红外光波段；
步骤S4中，所述透明导电层的光谱调控波段为1.1-2.5μm的近红外光波段。
进一步地，
步骤S3中，所述微纳结构对0.38-0.78μm的可见光波段的透过率大于85％，对8-13μm的中红外光波段的发射率大于0.9；
步骤S4中，所述透明导电层对1.1-2.5μm的近红外光波段的反射率大于70％，所述透明导电层的方块电阻小于15Ω/sq。
进一步地，步骤S1中，所述玻璃基板选自浮法超白Na2O-CaO-SiO2系玻璃基板、中铝超白玻璃基板或高铝硅酸盐玻璃基板中的一种。
进一步地，
步骤S2中，所述酸刻蚀液选自0.005-1.0wt％的HF、0.01-0.8wt％的H2SO4、0.01-0.8wt％的HNO3、0.01-1.0wt％的HCl、0.01-0.5wt％的H3PO4、0.01-1.0wt％的H2SiO3或0.0001-0.01wt％的Na2SiO3中的一种或多种，所述酸刻蚀液中含有Na2SiO3时，所述酸刻蚀液中还包括HF、H2SO4、HNO3、HCl、H3PO4或H2SiO3中的一种或多种，所述酸刻蚀液的温度控制在20-80℃，酸刻蚀的时间控制在0.5-24h；
步骤S3中，所述碱刻蚀液选自0.001-1.0wt％的LiOH、0.001-1.0wt％的NaOH、0.001-1.0wt％的KOH、0.001-0.1wt％的Na3PO4、0.001-0.1wt％的Na2HPO4、0.001-0.1wt％的NaH2PO4、0.0001-0.01wt％的NaCl、0.0001-0.01wt％的MgCl2、0.0001-0.01wt％的AlCl3中的一种或多种，所述碱刻蚀液中含有Na3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4、NaCl、MgCl2或AlCl3时，所述碱刻蚀液中还包括LiOH、NaOH或KOH中的一种或多种，所述碱刻蚀液的温度控制在30-95℃，碱刻蚀的时间控制在2-48h。
进一步地，步骤S4中，所述透明导电层的沉积方式包括磁控溅射法、化学气相沉积法或电子束蒸发沉积法中的一种；所述透明导电层的材质为SnO2/Ag/SnO2、氧化铟锡-ITO、掺氟氧化锡-FTO、掺铝氧化锌-AZO或掺镓氧化锌-GZO中的一种。
进一步地，步骤S4中，所述透明导电层的材质为SnO2/Ag/SnO2时，Ag的厚度控制在5-15nm，SnO2的厚度控制在30-80nm；所述透明导电层的材质为氧化铟锡-ITO、掺氟氧化锡-FTO、掺铝氧化锌-AZO或掺镓氧化锌-GZO时，所述透明导电层的厚度控制在100-200nm。
进一步地，
步骤S1中，先对两块相同的所述玻璃基板清洗，再将两块所述玻璃基板背靠背相贴合，得到玻璃基板本体；
步骤S3中，对所述玻璃基板本体进行碱刻蚀后，取出并用清水冲洗，形成分布在所述微米结构表面的纳米结构，得到微纳结构。
进一步地，步骤S4中，在每块所述玻璃基板未刻蚀的背面沉积镀制透明导电层后进行退火处理，得到被动辐射冷却透明电极，其中所述退火处理的温度控制在100-300℃，时间控制在20-180min。
一种被动辐射冷却透明电极，采用上述被动辐射冷却透明电极的制备方法制备而成，包括玻璃基板，所述玻璃基板的正面设有微米结构，所述微米结构表面分布有纳米结构，所述微米结构和纳米结构组成微纳结构，所述玻璃基板的背面设有透明导电层。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的被动辐射冷却透明电极的制备方法，通过将两块相同的玻璃基板背靠背相贴合，这样在对玻璃基板本体进行酸刻蚀和碱刻蚀过程中，每块玻璃基板的背面没有接触酸刻蚀液和碱刻蚀液，仅在每块玻璃基板的正面形成微纳结构，实现玻璃基板单面刻蚀的目的，并且每次能同时使得两块玻璃基板的正面形成微纳结构，之后在每块玻璃基板未刻蚀的背面沉积镀制透明导电层，而现有刻蚀技术中需先对玻璃基板的一侧面镀制透明导电层，然后在透明导电层上设置耐酸层，之后将具有透明导电层的玻璃基板完全浸入氢氟酸浴中，氢氟酸刻蚀玻璃基板中未镀制透明导电层的另一侧面，并形成抗反射层，虽然透明导电层上设置有耐酸层，但实际上透明导电层仍会被氢氟酸侵蚀，进而影响透明导电层的导电性能，另外每次在进行酸刻蚀时只能刻蚀一块玻璃基板，进而现有技术中透光玻璃板的制备时间相对较长，因而本发明的制备方法与现有技术相比，能缩短被动辐射冷却透明电极的制备时间，而且透明导电层是在酸刻蚀和碱刻蚀之后进行镀制，能保证透明导电层的导电性能。
本发明中，玻璃基板正面的微纳结构可以减小以二氧化硅为主要成分的玻璃基板在9.7μm处因介电常数突变引起的声子-极化声子共振反射，加强玻璃基板在8-13μm的中红外光波段的吸收，从而提高玻璃基板在8-13μm的中红外光波段的整体发射率，增强辐射散热性能，具有一般减反层不具备的性能。同时分布在微米结构表面的纳米孔结构能减小玻璃基板表面的折射率，提高被动辐射冷却透明电极在0.38-0.78μm的可见光波段的透过率，另外微米结构引起的陷光效应和微纳结构的梯度折射率引起的反射波干涉相消，给玻璃基板表面带来一定的减反效果，进一步提高玻璃基板在可见光波段的透过率，而且玻璃基板背面的透明导电层能提高1.1-2.5μm的近红外光波段的反射率，减小亚带隙光进入太阳能电池器件的光吸收层而产热。
附图说明
图1为本发明的被动辐射冷却透明电极的结构示意图；
图2为被动辐射冷却透明电极对可见光的透过率以及对中红外光的发射率曲线；
图3为被动辐射冷却透明电极的表面折射率曲线图。
图中附图标记说明：1、微米结构，2、纳米结构，3、玻璃基板，4.透明导电层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，包括以下步骤：
S1、先对两块相同的玻璃基板3清洗，去除玻璃基板3表面的浮尘和油污，再将两块玻璃基板3背靠背相贴合，得到玻璃基板3本体，其中玻璃基板3选自浮法超白Na2O-CaO-SiO2系玻璃基板、中铝超白玻璃基板或高铝硅酸盐玻璃基板中的一种；
S2、采用酸刻蚀液对玻璃基板3本体进行酸刻蚀，形成分布在玻璃基板3本体相对的两正面的微米结构1；
S3、采用碱刻蚀液对经过酸刻蚀后的玻璃基板3本体进行碱刻蚀，取出并用清水冲洗，形成分布在微米结构1表面的纳米结构2，得到微纳结构；
S4、将经过碱刻蚀后的玻璃基板3本体中的两块玻璃基板3进行分离，在每块玻璃基板3未刻蚀的背面沉积镀制透明导电层4，得到被动辐射冷却透明电极，见图1，其中透明导电层4的沉积方式包括磁控溅射法、化学气相沉积法或电子束蒸发沉积法中的一种，透明导电层4的材质为SnO2/Ag/SnO2、氧化铟锡-ITO、掺氟氧化锡-FTO、掺铝氧化锌-AZO或掺镓氧化锌-GZO中的一种。
本发明通过将两块相同的玻璃基板3背靠背相贴合，这样在对玻璃基板3本体进行酸刻蚀和碱刻蚀过程中，每块玻璃基板3的背面没有接触酸刻蚀液和碱刻蚀液，仅在每块玻璃基板3的正面形成微纳结构，实现玻璃基板3单面刻蚀的目的，并且每次能同时使得两块玻璃基板3的正面形成微纳结构，之后在每块玻璃基板3未刻蚀的背面沉积镀制透明导电层4，因而本发明的制备方法与背景技术中提到的现有技术相比，能缩短被动辐射冷却透明电极的制备时间，而且透明导电层4是在酸刻蚀和碱刻蚀之后进行镀制，能保证透明导电层4的导电性能。
在其中一种实施方式中，
步骤S2中，微米结构1为不规则凹凸形貌且尺寸控制在1-20μm之间，优选地，微米结构1的尺寸控制在1-5μm之间，或者控制在5-10μm之间，或者控制在10-15μm之间，或者控制在10-15μm之间，微米结构1的不同尺寸所带来的效应有所不同，通过控制实验条件获得较佳的尺寸范围；
步骤S3中，纳米结构2为不规则孔形貌且纳米孔的孔径控制在100-10nm之间，优选地，纳米孔的平均孔径小于50nm；纳米孔的层厚度控制在10-500nm之间，优选地，纳米孔的层厚度控制在10-100nm之间，或者控制在100-200nm之间，或者控制在200-300nm之间，或者控制在300-500nm之间，其中表层孔隙率大于内部孔隙率，形成由外至内的梯度折射率，纳米孔的不同层厚度带来的减反效果不同，通过控制实验条件获得较佳的层厚度范围；微纳结构的光谱调控波段包括0.38-0.78μm的可见光波段与8-13μm的中红外光波段，微纳结构对0.38-0.78μm的可见光波段的透过率大于85％，对8-13μm的中红外光波段的发射率大于0.9，见图2；
步骤S4中，透明导电层4的光谱调控波段为1.1-2.5μm的近红外光波段，透明导电层4对1.1-2.5μm的近红外光波段的反射率大于70％，透明导电层4的方块电阻小于15Ω/sq。
本发明中，被动辐射冷却透明电极的微米结构1尺寸1-20μm与中红外大气窗口波长尺寸8-13μm相近，可以减小以二氧化硅为主要成分的玻璃基板3在9.7μm处因介电常数突变引起的声子-极化声子共振反射，提高玻璃基板3在8-13μm的中红外光波段的整体发射率，见图2，同时纳米孔结构减小玻璃基板3表面的折射率，见图3，其中图3中n表示玻璃基板3的折射率，k表示玻璃基板3的相关系数，且刻蚀由表面至内部进行，表面孔隙率大，孔隙率向内部逐渐降低，形成折射率梯度变化的表面纳米孔层，提高玻璃基板3在0.38-0.78μm的可见光波段的透过率，见图2。
在其中一种实施方式中，
步骤S2中，酸刻蚀液选自0.005-1.0wt％的HF、0.01-0.8wt％的H2SO4、0.01-0.8wt％的HNO3、0.01-1.0wt％的HCl、0.01-0.5wt％的H3PO4、0.01-1.0wt％的H2SiO3或0.0001-0.01wt％的Na2SiO3中的一种或多种，酸刻蚀液中含有Na2SiO3时，酸刻蚀液中还包括HF、H2SO4、HNO3、HCl、H3PO4或H2SiO3中的一种或多种，酸刻蚀液的温度控制在20-80℃，酸刻蚀的时间控制在0.5-24h；
步骤S3中，碱刻蚀液选自0.001-1.0wt％的LiOH、0.001-1.0wt％的NaOH、0.001-1.0wt％的KOH、0.001-0.1wt％的Na3PO4、0.001-0.1wt％的Na2HPO4、0.001-0.1wt％的NaH2PO4、0.0001-0.01wt％的NaCl、0.0001-0.01wt％的MgCl2、0.0001-0.01wt％的AlCl3中的一种或多种，碱刻蚀液中含有Na3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4、NaCl、MgCl2或AlCl3时，碱刻蚀液中还包括LiOH、NaOH或KOH中的一种或多种，碱刻蚀液的温度控制在30-95℃，碱刻蚀的时间控制在2-48h。
在其中一种实施方式中，步骤S4中，透明导电层4的材质为SnO2/Ag/SnO2，Ag的厚度控制在5-15nm，SnO2的厚度控制在30-80nm，Ag层在保证连续成膜的前提下，厚度越小，可见光透过率越高，作为电极使得太阳能电池器件的输出功率越高，同时连续成膜也保证透明导电层4的方块电阻较低，导电性良好。
在其中一种实施方式中，步骤S4中，透明导电层4的材质为氧化铟锡-ITO、掺氟氧化锡-FTO、掺铝氧化锌-AZO或掺镓氧化锌-GZO，所述透明导电层的厚度控制在100-200nm。
在其中一种实施方式中，步骤S4中，在每块玻璃基板3未刻蚀的背面沉积镀制透明导电层4后进行退火处理，得到被动辐射冷却透明电极，其中退火处理的温度控制在100-300℃，时间控制在20-180min。
如图1所示，一种被动辐射冷却透明电极，采用上述被动辐射冷却透明电极的制备方法制备而成，包括玻璃基板3，玻璃基板3的正面设有微米结构1，微米结构1表面分布有纳米结构2，微米结构1和纳米结构2组成微纳结构，玻璃基板3的背面设有透明导电层4。
实施例1
S1、先对两块1.1mm厚的浮法超白Na2O-CaO-SiO2系玻璃基板清洗，去除玻璃基板3表面的浮尘和油污，再将两块浮法超白Na2O-CaO-SiO2系玻璃基板背靠背相贴合，得到玻璃基板3本体；
S2、采用酸刻蚀液对玻璃基板3本体进行酸刻蚀，形成分布在玻璃基板3本体相对的两正面的微米结构1，其中酸刻蚀液包括0.05wt％的HF、0.05wt％的H2SO4、0.05wt％的HNO3和0.5wt％的H2SiO3，其中酸刻蚀液的温度为70℃，酸刻蚀的时间为16h；
S3、采用碱刻蚀液对经过酸刻蚀后的玻璃基板3本体进行碱刻蚀，取出并用清水冲洗，形成分布在微米结构1表面的纳米结构2，得到微纳结构，其中碱刻蚀液包括0.01wt％的NaOH、0.05wt％的Na2HPO4和0.005wt％的AlCl3，其中碱刻蚀液的温度为90℃，碱刻蚀的时间为40h；
S4、将经过碱刻蚀后的玻璃基板3本体中的两块玻璃基板3进行分离，在每块玻璃基板3未刻蚀的背面采用磁控溅射法沉积镀制氧化铟锡-ITO的透明导电层4，得到被动辐射冷却透明电极。
实施例2
S1、先对两块0.7mm厚的中铝超白玻璃基板清洗，去除玻璃基板3表面的浮尘和油污，再将两块中铝超白玻璃基板背靠背相贴合，得到玻璃基板3本体；
S2、采用酸刻蚀液对玻璃基板3本体进行酸刻蚀，形成分布在玻璃基板3本体相对的两正面的微米结构1，其中酸刻蚀液包括0.02wt％的HF、0.06wt％的H2SO4、0.1wt％的HNO3、0.05wt％的HCl、0.05wt％的H3PO4和0.005wt％的Na2SiO3，其中酸刻蚀液的温度为60℃，酸刻蚀的时间为20h；
S3、采用碱刻蚀液对经过酸刻蚀后的玻璃基板3本体进行碱刻蚀，取出并用清水冲洗，形成分布在微米结构1表面的纳米结构2，得到微纳结构，其中碱刻蚀液包括0.01wt％的KOH、0.02wt％的Na3PO4和0.005wt.％的MgCl2，其中碱刻蚀液的温度为95℃，碱刻蚀的时间为28h；
S4、将经过碱刻蚀后的玻璃基板3本体中的两块玻璃基板3进行分离，在每块玻璃基板3未刻蚀的背面采用化学气相沉积法沉积镀制掺氟氧化锡-FTO的透明导电层4，得到被动辐射冷却透明电极。
实施例3
S1、先对两块0.2mm厚的高铝硅酸盐玻璃基板清洗，去除玻璃基板3表面的浮尘和油污，再将两块高铝硅酸盐玻璃基板背靠背相贴合，得到玻璃基板3本体；
S2、采用酸刻蚀液对玻璃基板3本体进行酸刻蚀，形成分布在玻璃基板3本体相对的两正面的微米结构1，其中酸刻蚀液包括0.1wt％的HF、0.1wt％的H2SO4、0.05wt％的HNO3和0.01wt.％的H2SiO3，其中酸刻蚀液的温度为25℃，酸刻蚀的时间为24h；
S3、采用碱刻蚀液对经过酸刻蚀后的玻璃基板3本体进行碱刻蚀，取出并用清水冲洗，形成分布在微米结构1表面的纳米结构2，得到微纳结构，其中碱刻蚀液包括0.001wt％的NaOH和0.01wt％的Na3PO4，其中碱刻蚀液的温度为85℃，碱刻蚀的时间为28h；
S4、将经过碱刻蚀后的玻璃基板3本体中的两块玻璃基板3进行分离，在每块玻璃基板3未刻蚀的背面采用电子束蒸发沉积法沉积镀制掺铝氧化锌-AZO的透明导电层4，得到被动辐射冷却透明电极。
实施例4
S1、先对两块2mm厚的浮法超白Na2O-CaO-SiO2系玻璃基板清洗，去除玻璃基板3表面的浮尘和油污，再将两块浮法超白Na2O-CaO-SiO2系玻璃基板背靠背相贴合，得到玻璃基板3本体；
S2、采用酸刻蚀液对玻璃基板3本体进行酸刻蚀，形成分布在玻璃基板3本体相对的两正面的微米结构1，其中酸刻蚀液包括0.02wt％的HF、0.05wt％的HNO3、0.1wt％的HCl、0.01wt％的H2SiO3和0.01wt％的Na2SiO3，其中酸刻蚀液的温度为60℃，酸刻蚀的时间为12h；
S3、采用碱刻蚀液对经过酸刻蚀后的玻璃基板3本体进行碱刻蚀，取出并用清水冲洗，形成分布在微米结构1表面的纳米结构2，得到微纳结构，其中碱刻蚀液包括0.02wt％的LiOH、0.02wt％的Na3PO4和0.02wt％的Na2HPO4，其中碱刻蚀液的温度为90℃，碱刻蚀的时间为26h；
S4、将经过碱刻蚀后的玻璃基板3本体中的两块玻璃基板3进行分离，在每块玻璃基板3未刻蚀的背面采用磁控溅射法沉积镀制SnO2/Ag/SnO2的透明导电层4，得到被动辐射冷却透明电极。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，酸刻蚀液的温度为80℃，酸刻蚀的时间为0.5h，碱刻蚀液的温度为95℃，酸刻蚀的时间为2h。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，酸刻蚀液的温度为20℃，酸刻蚀的时间为24h，碱刻蚀液的温度为30℃，酸刻蚀的时间为48h。
实施例1-6所制得的被动辐射冷却透明电极的光学和电学性能见附表1。
表1被动辐射冷却透明电极的光学和电学性能
| 方块电阻Ω/sq | 透过率(550nm) | 发射率(8-13μm) | 雾度(550nm) | |
| 实施例1 | 10 | 90.7％ | 0.951 | 11.7 |
| 实施例2 | 12 | 90.1％ | 0.942 | 2.2 |
| 实施例3 | 6 | 87％ | 0.934 | 26.8 |
| 实施例4 | 10 | 85.9％ | 0.936 | 20.2 |
| 实施例5 | 8 | 86.6％ | 0.91 | 1.5 |
| 实施例6 | 9 | 85.5％ | 0.922 | 8.6 |
由表1可知，实施例1-6所制得的被动辐射冷却透明电极的方块电阻均小于15Ω/sq，可见光在550nm波段处的透过率均大于85％，8-13μm的中红外光波段的发射率均大于0.9。
本发明采用适合大面积工业化的制备方法制得被动辐射冷却透明电极，为薄膜太阳能电池器件的散热提供备选的透明电极，所制得的被动辐射冷却透明电极中玻璃基板3正面的微纳结构能提高玻璃基板3在8-13μm的中红外光波段的整体发射率，将本被动辐射冷却透明电极作为太阳能电池器件的前电极使用，能增强太阳能电池器件的辐射散热性能，降低太阳能电池器件的工作温度，提高太阳能电池器件的输出功率，增加太阳能电池器件的使用寿命，而玻璃基板3背面的透明导电层4具有透光和导电性能，同时能反射部分1.1-2.5μm的近红外光波段，减小亚带隙光进入太阳能电池器件的光吸收层而产热。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将两块相同的玻璃基板(3)背靠背相贴合，得到玻璃基板(3)本体；
S2、采用酸刻蚀液对所述玻璃基板(3)本体进行酸刻蚀，形成分布在所述玻璃基板(3)本体相对的两正面的微米结构(1)；
S3、采用碱刻蚀液对经过酸刻蚀后的所述玻璃基板(3)本体进行碱刻蚀，形成分布在所述微米结构(1)表面的纳米结构(2)，得到微纳结构；
S4、将经过碱刻蚀后的所述玻璃基板(3)本体中的两块玻璃基板(3)进行分离，在每块所述玻璃基板(3)未刻蚀的背面沉积镀制透明导电层(4)，得到被动辐射冷却透明电极。
2.根据权利要求1所述的一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，其特征在于：
步骤S2中，所述微米结构(1)为不规则凹凸形貌且尺寸控制在1-20μm之间；
步骤S3中，所述纳米结构(2)为不规则孔形貌且纳米孔的孔径控制在100-10nm之间，所述纳米孔的层厚度控制在10-500nm之间，其中表层孔隙率大于内部孔隙率，形成由外至内的梯度折射率；所述微纳结构的光谱调控波段包括0.38-0.78μm的可见光波段与8-13μm的中红外光波段；
步骤S4中，所述透明导电层(4)的光谱调控波段为1.1-2.5μm的近红外光波段。
3.根据权利要求2所述的一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，其特征在于：
步骤S3中，所述微纳结构对0.38-0.78μm的可见光波段的透过率大于85％，对8-13μm的中红外光波段的发射率大于0.9；
步骤S4中，所述透明导电层(4)对1.1-2.5μm的近红外光波段的反射率大于70％，所述透明导电层(4)的方块电阻小于15Ω/sq。
4.根据权利要求2所述的一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述玻璃基板(3)选自浮法超白Na2O-CaO-SiO2系玻璃基板、中铝超白玻璃基板或高铝硅酸盐玻璃基板中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，其特征在于：
步骤S2中，所述酸刻蚀液选自0.005-1.0wt％的HF、0.01-0.8wt％的H2SO4、0.01-0.8wt％的HNO3、0.01-1.0wt％的HCl、0.01-0.5wt％的H3PO4、0.01-1.0wt％的H2SiO3或0.0001-0.01wt％的Na2SiO3中的一种或多种，所述酸刻蚀液中含有Na2SiO3时，所述酸刻蚀液中还包括HF、H2SO4、HNO3、HCl、H3PO4或H2SiO3中的一种或多种，所述酸刻蚀液的温度控制在20-80℃，酸刻蚀的时间控制在0.5-24h；
步骤S3中，所述碱刻蚀液选自0.001-1.0wt％的LiOH、0.001-1.0wt％的NaOH、0.001-1.0wt％的KOH、0.001-0.1wt％的Na3PO4、0.001-0.1wt％的Na2HPO4、0.001-0.1wt％的NaH2PO4、0.0001-0.01wt％的NaCl、0.0001-0.01wt％的MgCl2、0.0001-0.01wt％的AlCl3中的一种或多种，所述碱刻蚀液中含有Na3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4、NaCl、MgCl2或AlCl3时，所述碱刻蚀液中还包括LiOH、NaOH或KOH中的一种或多种，所述碱刻蚀液的温度控制在30-95℃，碱刻蚀的时间控制在2-48h。
6.根据权利要求2所述的一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述透明导电层(4)的沉积方式包括磁控溅射法、化学气相沉积法或电子束蒸发沉积法中的一种；所述透明导电层(4)的材质为SnO2/Ag/SnO2、氧化铟锡-ITO、掺氟氧化锡-FTO、掺铝氧化锌-AZO或掺镓氧化锌-GZO中的一种。
7.根据权利要求2所述的一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述透明导电层(4)的材质为SnO2/Ag/SnO2时，Ag的厚度控制在5-15nm，SnO2的厚度控制在30-80nm；所述透明导电层(4)的材质为氧化铟锡-ITO、掺氟氧化锡-FTO、掺铝氧化锌-AZO或掺镓氧化锌-GZO时，所述透明导电层的厚度控制在100-200nm。
8.根据权利要求2所述的一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，其特征在于：
步骤S1中，先对两块相同的所述玻璃基板(3)清洗，再将两块所述玻璃基板(3)背靠背相贴合，得到玻璃基板(3)本体；
步骤S3中，对所述玻璃基板(3)本体进行碱刻蚀后，取出并用清水冲洗，形成分布在所述微米结构(1)表面的纳米结构(2)，得到微纳结构。
9.根据权利要求2所述的一种被动辐射冷却透明电极的制备方法，其特征在于：步骤S4中，在每块所述玻璃基板(3)未刻蚀的背面沉积镀制透明导电层(4)后进行退火处理，得到被动辐射冷却透明电极，其中所述退火处理的温度控制在100-300℃，时间控制在20-180min。
10.一种被动辐射冷却透明电极，采用如权利要求1-9任一项所述的被动辐射冷却透明电极的制备方法制备而成，其特征在于：包括玻璃基板(3)，所述玻璃基板(3)的正面设有微米结构(1)，所述微米结构(1)表面分布有纳米结构(2)，所述微米结构(1)和纳米结构(2)组成微纳结构，所述玻璃基板(3)的背面设有透明导电层(4)。
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