[发明专利]一种绒面透明导电膜附着基体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，特别涉及一种太阳电池基体的制备方法。

背景技术

随着能源危机及传统能源对环境污染的日益加剧，人们把开发利用太阳能作为可持续发展能源的战略决策，各种太阳电池的研究受到普遍重视。薄膜太阳电池与晶体太阳电池相比在成本方面具有更大的优势，但转换效率相对较低，因此，对薄膜太阳电池的研究重点在于如何提高其转换效率。通常，薄膜太阳电池是由一个基底，一个透明导电层，一个(或多个)P-N型光伏器件，一个反射层和背电极组成。基底材料可以是透明的玻璃或树脂等。透明导电层的作用不仅仅是透光和导电，还需要制成凹凸不平的绒面结构来增加对光的散射，从而增加光在光电转换层的吸收，提高光电转换效率。

在基底上沉积透明导电膜的主要方法有物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、喷雾热解、溶胶凝胶等，所用的材料通常为F掺杂的SnO₂(FTO)或Al掺杂的ZnO(AZO)等。制备FTO玻璃通常采用在线镀膜的方法，即在浮法玻璃生产线上安装CVD镀膜设备，通过控制参数可以直接得到表面凹凸不平的陷光结构，但是用此方法生产时，玻璃生产线的速度需要结合镀膜速度，影响玻璃的产能，并且FTO在红外波段的反射能力很强，不能很好的利用光能，不适合作为双结或三结薄膜太阳电池的前电极。AZO的综合性能更优，目前通常用PVD方法制得，但是不能直接生成绒面结构，需要经过腐蚀等后处理过程来得到陷光结构，且腐蚀过程难以控制。不论是CVD还是PVD方法在玻璃基底上沉积透明导电膜之前都要沉积一层SiO₂阻挡层，目的是阻止玻璃中的钠离子向导电膜中扩散，影响其导电性能。并且，通过同时控制SiO₂膜层的厚度和折射率，可以降低光在TCO膜层和光电转换层界面的反射，达到提高光的利用率的目的。如果将TCO膜层的基体制成绒面结构，在上面沉积透明导电层时就容易生成起伏较大的凹凸结构，有利于对光的散射，增加光在光电转换层的吸收，从而提高了电池的转换效率。

发明内容

基于以上考虑，本发明给出了一种制备绒面透明导电膜附着基体的方法，其目的是使用该基体为衬底所沉积的TCO薄膜具有很好的陷光结构，最终目的是提高薄膜太阳电池的光电转换效率。

为了实现上述目的，本发明结合大孔分子筛的形成原理，利用旋涂法在透明的玻璃或树脂基底上涂了一层聚合物胶体微球与硅溶胶的混合液，经过共组装过程及煅烧除模板后，在基底表面形成了具有凹凸规则排列结构的SiO₂膜层。

该透明导电膜附着基体的制备，包括以下几个步骤：

(1)具有一定尺寸范围的聚合物胶体微球的制备

所述聚合物胶体指的是聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在反应器中加入适量的去离子水和洗涤干净的苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯单体，水浴加热至70℃，并通入氮气，搅拌回流，再加入适量过硫酸钾(或偶氮二异丁基盐酸脒)作为引发剂，引发剂用量越小，微球粒径越大，所用引发剂占总溶液浓度的0.02～0.25％(重量百分比)。70℃恒温反应大约2h后，优选将制得的聚合物微球经玻璃纤维过滤，除去较大的团聚体，过滤后的微球母液离心沉降，得到聚合物胶体微球。本方法制备的微球直径范围在200～1000nm之间。

(2)硅溶胶液的制备以及与聚合物胶体微球的均匀混合

所选取的含硅前驱物是正硅酸乙酯(TEOS)或正硅酸甲酯(TMOS)，以醇类作为溶剂，优选：乙醇或甲醇，并加入稀盐酸混合搅拌形成无色透明溶胶，其中含硅前驱物与醇的体积比范围是1/5～4/5。硅溶胶液与聚合物胶晶模板在室温混合搅拌，形成分布均匀的混合液。

通过调节微球的直径大小及微球与硅溶胶液的配比，可以调整氧化硅薄膜表面凹凸结构的尺寸及构型。本发明中胶体微球与硅溶胶液的体积比范围是1∶1.5～1∶4。

(3)混合物凝胶薄膜的形成

将混合液旋涂于经过清洗、干燥的基底上，控制旋涂速度，使膜层厚度与胶粒直径尺寸相当，在该厚度下的薄膜可视为聚合物胶粒单层分布，经过陈化凝胶过程后，硅溶胶填充在规则排列的模板胶粒之间的空隙内。旋涂速度一般控制在600～2000转/分，薄膜厚度约为200～1000nm。

(4)模板的去除

采用程序升温控制将基底加热，煅烧将聚合物胶体微球模板去除，具有凹凸表面的氧化硅薄膜附着基体形成。