CN117438502B - 一种具有转光及全角度陷光的单晶硅片绒面的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有转光及全角度陷光的单晶硅片绒面的制备方法，包括以下步骤：S1、首先将Eu(NO3)3、Bi(NO3)3、Y(NO3)3加入到去离子水中进行混合溶解，形成水溶液；S2、将粘黏剂、表面活性剂、有机溶剂加入到S1中水溶液中，磁力搅拌充分混合；S3、将HNO3、柠檬酸、NH4VO3依次加入到S2中的混合溶液中，充分搅拌之后反应1‑2h得到最终前驱体溶液；S4、选用正金字塔绒面的单晶电池片作为实验样品，将S3中前驱体溶液均匀地涂覆在电池片表面；S5、将涂覆完成后的电池片放入箱式退火炉中退火得到具有转光及全角度陷光的绒面。本发明在正金字塔绒面的单晶电池片上制备具有转光及全角度陷光的单晶硅片绒面，能够提高了太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及晶硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有转光及全角度陷光的单晶硅片绒面的制备方法。
背景技术
近几年，随着分布式光伏市场对晶硅太阳能电池的效率以及外观的要求越来越高，如何进一步提高电池的单位发电量以及解决不同角度下外观“色差”的美观问题也成为当下分布式光伏研究的热点问题。
单晶太阳能电池这几年已逐渐成为光伏市场的主流产品，这主要得益于其相对制造成本的大幅降低以及光电转换效率的快速提升，由于行业内单晶硅片主要采用的是碱制绒方式所形成正金字塔绒面，如图1所示。该绒面虽能较为有效吸收垂直入射到电池表面的光，但侧面由于反射率较高，在特定角度下会产生“反光”现象，如图2所示。这不仅会导致太阳能电池对光的利用率降低，而且会带来视觉角度上“色差”影响。此外，紫外光波段(200-400nm)光子还会诱导电池性能衰减，如何进一步从多角度陷光、降低特定角度下“反光”影响，并减少紫外波段光子对电池的损害显得尤为重要。
为了解决上述问题，本发明提出了一种具有转光及全角度陷光单晶硅片绒面的制备方法。
发明内容
基于背景技术存在的问题，本发明提供了一种具有转光及全角度陷光的单晶硅片绒面的制备方法，本发明方法制备的绒面在侧面反光现象中有较大改善作用，同时进一步增加了斜入射光利用率，具有良好的全角度陷光性能，能够提高了太阳能电池的光电转换率。
本发明通过以下技术方案实施：
一种具有转光及全角度陷光的单晶硅片绒面的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1、首先将Y(NO3)3、Eu(NO3)3、Bi(NO3)3加入到去离子水中进行混合溶解，形成无色透明水溶液；
S2、将粘黏剂、表面活性剂、有机溶剂加入到S1中水溶液中，磁力搅拌充分混合；
S3、将HNO3、柠檬酸、NH4VO依次加入到S2中的混合溶液中，充分搅拌之后反应1-2h得到最终前驱体溶液；
S4、选用正金字塔绒面的单晶电池片作为实验样品，将S3中前驱体溶液均匀地涂覆在电池片表面；
S5、将涂覆完成后的电池片放入箱式退火炉中退火得到具有转光及全角度陷光的绒面。
进一步地，步骤S1中Y(NO3)3、Eu(NO3)3、Bi(NO3)3的摩尔比为(15-20)：1：(2-4)；水溶液中Eu(NO3)3的浓度为0.01-0.08mmol/L。
进一步地，步骤S2中粘黏剂为丙烯酸丁酯；粘黏剂的加入量与S1中水溶液的质量比为(1-3)：(35-45)。
进一步地，步骤S2表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠中的一种或两种。
进一步地，步骤S2有机溶剂为异丙醇、乙二醇、聚乙二醇中的一种或几种。
进一步地，步骤S2；粘黏剂、表面活性剂和有机溶剂的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-5)。
进一步地，步骤S3中加入HNO3调节溶液的pH值至2-3。
进一步地，步骤S3中柠檬酸与Eu(NO3)3、Bi(NO3)3、Y(NO3)3总用量的摩尔比为(2-3)：1；NH4VO3与Eu(NO3)3、Bi(NO3)3、Y(NO3)3总用量的摩尔比为(1-2)：1。
进一步地，步骤S4中按156×156mm2电池片尺寸为例，前驱体的涂覆量为1-3mL；涂覆方式为旋涂、喷涂或滚筒涂覆中的任意一种；涂覆完成后将电池倒置一段时间，以便前驱体溶液均匀附着在电池表面。
进一步地，步骤S5中退火温度为500-700℃，退火时间为5-10min。
本发明整个前驱体反应方程式如下所示：
在溶液PH＝2-3情况下，柠檬酸(C6H8O7)作为一种强络合剂可与溶液中金属阳离子(以Y3+为例)形成稳定的络合物，从而抑制金属氢氧化物沉淀产生，如式(1)所示。当NH4VO3添加到含有柠檬酸及其络合物溶液中时，会迅速产生红棕色V2O5如式(2)所示。由于在较低PH值环境下，V2O5中V5+能被一部分柠檬酸分子还原成V4+形成(VO)2+，之后溶液中(NH4)C6H7O7可与(VO)2+生成(NH4)(VO)C6H5O7，此时溶液从原先棕黄色逐渐过渡到绿色、蓝色，如式(3)所示；随着反应进行会形成初始前驱体溶液，如式(4)所示；最后将前驱体溶液涂覆到电池表面经过退火后形成最终的转光颗粒，如式(5)所示。
C6H8O7+Y3+→C6H8O7Y+3H3+ 式(1)
6NH4VO3+6C6H8O7→3V2O5+6(NH4)C6H7O7+3H2O 式(2)
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6Y(NO3)3+5C6H8O7→3Y2O3+30CO2+9N2+20H2O 式(4)
本发明的有益效果：
1.本发明在前驱体溶液中加入了具有黏附性能的丙烯酸丁酯，使得前驱体溶液能够较好地附着在金字塔绒面的四周位置，为后续退火过程析出转光颗粒，形成全角度陷光绒面提供了前提条件。
2.本发明制备步骤中，将涂覆前驱体溶液的电池片进行退火，在较高温度下，水和有机物会随之挥发，前驱体物质在该温度下会结晶成转光颗粒，该转光颗粒可将220-380nm紫外波段转换成619nm红光；由于退火后转光颗粒会析出在金字塔结构四周，与金字塔绒面形成一种凹凸不平复合结构，该结构在侧面反光现象中有较大改善作用，进一步增加了斜入射光利用率，具有良好的全角度陷光性能，能够提高了太阳能电池的光电转换率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步解释，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为单晶电池片表面正金字塔绒面形貌，插图中为截面图；
图2为正金字塔绒面在不同入射角光照射下反射示意图；
图3为前驱体溶液外观形貌；
图4为单晶电池片表面涂覆前驱体溶液后外观形貌；
图5为单晶电池片表面涂覆前驱体溶液截面外观形貌；
图6为单晶电池片表面转光颗粒激发光谱(λem＝619nm)；
图7为单晶电池片表面转光颗粒发射光谱(λem＝619nm)；
图8单晶电池片表面具有转光及全角度陷光绒面形貌；
图9为为未涂覆与涂覆后单晶电池片退火后在365nm紫外光照射下外观实物图；
图10为不同绒面侧面反光实物图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详述，但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。
实施例1
具有转光及全角度陷光的单晶硅片绒面的制备方法包括以下步骤：
S1、将8.5×10-4mol的Y(NO3)3、5×10-5mol的Eu(NO3)3、1.5×10-4mol的Bi(NO3)3添加到含有40mL去离子水的烧杯中，在40℃条件下磁力搅拌30min使其充分溶解，形成无色透明水溶液；
S2、将具有黏附性能的丙烯酸丁酯(1mL)、表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(1mL)、有机溶剂乙二醇(1mL)加入到上述S1过程的水溶液中，磁力搅拌充分混合；
S3、将5mL的HNO3加入到上述的混合溶液当中，调控溶液酸碱度使溶液PH值达到2-3；继续依次加入柠檬酸(0.5g)以及NH4VO3(0.3g)到混合溶液中，不断搅拌使其充分反应2h，得到最终前驱体溶液，如图3所示；
S4、选用商用的单晶成品电池片(156×156mm2)为实验样品，利用滚筒蘸取2mL前驱体溶液，之后均匀地涂覆在电池表面，涂覆后将电池倒置一段时间，以便前驱体溶液均匀附着在电池表面，如图4所示；此外，由于本发明过程中加入了具有黏附性能的丙烯酸丁酯，因而前驱体溶液能较好的附着在金字塔绒面的四周位置，如图5所示，为后续退火过程析出转光颗粒形成全角度陷光绒面提供前提条件；
S5、将涂覆后的电池片放入箱式退火炉中在空气的气氛中，在700℃下退火5min；由于在较高温度下，水和有机物会随之挥发，前驱体物质在该温度下会结晶成转光颗粒，该转光颗粒可将220-380nm紫外波段转换成619nm红光可见光，其激发、发射光谱如图6、7所示；其最终电池片表面形貌为复合绒面如图8所示，其在365nm紫外光照射下实物如图9所示，可知涂覆前驱体的单晶电池片在退火后表面发出明亮的红光，与未涂覆的电池片形成了鲜明对比；由于退火后转光颗粒会析出在金字塔结构四周，与金字塔绒面形成了一种凹凸不平复合结构，该复合绒面在侧面反光现象中有较大改善作用，进一步增加了斜入射光利用率，具有良好的全角度陷光性能，如图10所示，从而能够提高了太阳能电池的光电转换率。
最后应说明的是：以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，并不用以限制本发明创造，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种具有转光及全角度陷光的单晶硅片绒面的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、首先将Y(NO3)3、Eu(NO3)3、Bi(NO3)3加入到去离子水中进行混合溶解，形成无色透明水溶液；
S2、将粘黏剂、表面活性剂、有机溶剂加入到S1中水溶液中，磁力搅拌充分混合；
S3、将HNO3、柠檬酸、NH4VO3依次加入到S2中的混合溶液中，充分搅拌之后反应1-2h得到最终前驱体溶液；
S4、选用正金字塔绒面的单晶电池片作为实验样品，将S3中前驱体溶液均匀地涂覆在电池片表面；
S5、将涂覆完成后的电池片放入箱式退火炉中退火得到具有转光及全角度陷光的绒面。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中Y(NO3)3、Eu(NO3)3、Bi(NO3)3的摩尔比为(15-20)：1：(2-4)；水溶液中Eu(NO3)3的浓度为0.01-0.08mmol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中粘黏剂为丙烯酸丁酯；粘黏剂的加入量与S1中水溶液的质量比为(1-3)：(35-45)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2有机溶剂为异丙醇、乙二醇、聚乙二醇中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2；粘黏剂、表面活性剂和有机溶剂的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-5)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中加入HNO3调节溶液的pH值至2-3。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中柠檬酸与Eu(NO3)3、Bi(NO3)3、Y(NO3)3总用量的摩尔比为(2-3)：1；
NH4VO3与Eu(NO3)3、Bi(NO3)3、Y(NO3)3总用量的摩尔比为(1-2)：1。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中按156×156mm2电池片尺寸为例，前驱体的涂覆量为1-3mL；涂覆方式为旋涂、喷涂或滚筒涂覆中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中退火温度为500-700℃，退火时间为5-10min。
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