[发明专利]一种用于硅太阳电池的ZnO减反射薄膜及其镀膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种用于硅太阳电池的ZnO减反射薄膜及其镀膜方法。

背景技术

近年来，提高太阳电池效率，降低太阳电池成本是太阳电池发展的重要方向，硅电池是众多太阳电池中商业化应用最成功的电池。单晶体硅材料表面折射率较高(Handbook of Optical Constants of Solids, Edward D. Palik. Academic Press, Boston, 1985)，因此使用表面抛光的硅片其面反射率较高，降低硅片表面的光反射率，能够提高太阳电池的光电转化效率。使用减反射薄膜能够有效提高太阳电池转换效率并降低太阳电池成本。当前，硅太阳电池的减反射薄膜主要采用氮化硅材料，其制备方法采用高成本的化学气相沉积技术。因此采用低成本制备减反射薄膜成为当前一个研究热点方向。

如申请号为201110086233.4的中国专利公开了一种晶体硅太阳能电池减反射膜及其镀膜方法，是由醋酸锌、乙二醇甲醚和单乙醇胺混合成的溶胶，溶胶中醋酸锌浓度0.3~0.5mol/L，单乙醇胺和醋酸锌物质的量之比1:1。所述镀膜方法通过以下步骤操作：(a) 将硅片预处理；(b) 以浸渍- 提拉或者旋转涂膜或者喷涂方法将所述的溶胶涂覆在预处理过的硅片表面，在70 ～90℃烘干固化，随后在500 ～ 550℃温度下热处理30 ～ 60min 即可。通过该发明的镀膜方法所镀的减反射膜折射率与氮化硅的折射率接近，透过率高，电阻率较低，具有更高的载流子迁移率和寿命，更有利于光生载流子的传输，制备时所需设备简单，成本低廉，具有较好的工业化应用前景。

但是上述氧化锌溶胶的制备过程中氧化锌是由醋酸锌分解而来的，需要添加成膜剂单乙醇胺后才能成膜。并且制得的氧化锌溶胶在进行镀膜时需要经过较高温度的退火处理，不仅工艺要求、成本较高，而且对太阳能电池的硅片热损坏程度较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于硅太阳电池的ZnO减反射薄膜及其镀膜方法。本发明的ZnO减反射薄膜的制备方法简单快捷、易控制，可操作性强，在镀膜时，无需大型真空设备，无需高高温退火，可在较低温度下、空气中大面积制备，能够降低对硅太阳能电池的热损坏程度，制备成本低廉。并且制得的ZnO减反射薄膜同时兼具光透过率高、电阻率较低、防污性能好的优点。

本发明的具体技术方案为：一种用于硅太阳电池的ZnO减反射薄膜，制备方法如下：

将硝酸锌，乙酰丙酮锌和乙醇在20-60℃下混合并进行反应，陈化20-28h后形成氧化锌溶胶，然后将氧化锌溶胶涂覆在硅片表面形成连续薄膜，即为ZnO减反射薄膜；其中配比溶液中硝酸锌的浓度为0.1-1mol/L，硝酸锌和乙酰丙酮锌物质的量比为1:0.8-1.2。

本发明将硝酸锌、乙酰丙酮锌和乙醇混合形成，通过硝酸锌、乙酰丙酮锌两种材料燃烧反应生成氧化锌溶胶，其溶胶凝胶形成过程与其他溶胶凝胶过程相比方法更简单，无需添加稳定剂以促进锌前驱物溶解，生产的溶胶凝胶无任何沉淀物，该溶胶通过烘干和低温热退火处理，能够在硅太阳电池上生产氧化锌减反射薄膜，能够降低对硅太阳能电池的热损坏程度。同时，氧化锌薄膜的折射率与氮化硅非常接近，且其具有宽光谱范围内透射率高，其是一种宽禁带半导体材料，与氮化硅材料相比，其载流子浓度以及载流子迁移率更高，因此电导率更低，采用此溶胶凝胶氧化锌方法制备的减反射薄膜，所需设备简单，成本低廉，制备稳定较低，与并与大面积卷对卷(roll-to-roll)商业化生产工艺相兼容。能够有效降低硅薄膜太阳电池的反射率并提高太阳电池效率，降低太阳电池成本。

作为优选，在制得所述氧化锌溶胶后，向氧化锌溶胶中添加其0.01-0.05倍质量的二氧化钛溶胶，然后搅拌均匀，得到混合溶胶。

由于减反射薄膜放置于室外，容易遭受吹日晒，长时间工作后其表面容易积尘灰尘等物质，影响太阳能的吸收。在氧化锌溶胶中复合有少量的二氧化钛溶胶，二氧化钛具有光催化作用，对有机质进行降解，而经过雨水冲刷后能够带走杂质，因此能够起到去污、杀菌作用。

作为优选，制得混合溶胶后，向混合溶胶中添加其0.1-0.2倍质量的溶有硬脂酸的三氯甲烷，在60-70℃下搅拌反应20-40min；然后再添加混合溶胶0.1-0.3倍质量的月硅酸钠溶液，在40-60℃下搅拌反应20-40min，最后用乙醇清洗溶胶并置换原溶剂，制得疏水改性混合溶胶；其中，所述硬脂酸在三氯甲烷中的浓度为4-6wt%，所述月硅酸钠溶液的浓度为0.1-0.2mol/L。