[发明专利]微结构化的玻璃基材

说明书

本申请要求2010年2月26日提交的美国临时专利申请第61/308611号和2011年2月23日提交的美国申请第13/033075号的优先权。

背景

技术领域

实施方式一般地涉及诸如光散射无机基材的制品以及用于制备所述光散射无机基材的方法，更具体地涉及包含单层的光散射无机基材以及用于制备所述的包含单层的光散射无机基材的方法，所述包含单层的光散射无机基材用于，例如光伏电池。

背景技术

对于薄膜硅光伏太阳能电池,光必须有效地结合入硅层，之后被俘获在该层中，以提供足够的用于光吸收的路径长度。当硅吸收长度通常为数十至数百微米时，大于硅厚度的路径长度在较长波长时是特别有益的。光通常从沉积基材一侧入射，使得基材在电池结构中作为覆材。结合了无定形硅和微晶硅的常规串联电池通常包括：在其上设置有透明电极的基材,无定形硅的顶部电池,微晶硅的底部电池,以及背面接触或对电极。

无定形硅主要在低于700纳米（nm）光谱的可见光部分吸收光，而微晶硅的吸收与大块晶体硅类似，随着向～1200nm延伸，吸光率逐渐降低。两种类型的材料都获益于织构化表面。取决于织构的尺寸规模，织构进行光俘获和/或降低Si/基材界面的菲涅尔损失。

透明电极（也称为透明导电氧化物，TCO）通常是氟掺杂的SnO₂膜或者硼或铝掺杂的ZnO膜，厚度约为1微米，对其进行织构化，将光散射入无定形Si和微晶Si。散射的主要测量方式称为“雾度”，定义为散射到进入样品的光束>2.5度以外的光与透过样品的全部光的比。散射扩散功能并不是仅由这一个参数支配的，相对于窄角散射，大角散射更有利于提高在硅内的光路长度。对于不同种类的散射功能的其他研究表明，改进的大角散射对电池的性能具有显著的影响。

通常，通过各种技术对TCO表面进行织构化。对于通过化学气相沉积法（CVD）沉积的SnO₂或者ZnO膜，主要通过沉积条件和膜厚度对织构进行控制。对于溅射膜，可以通过例如湿蚀刻的蚀刻来对织构进行改性。还可以对CVDZnO使用等离子体蚀刻以控制织构。

织构化的TCO技术可能包括以下的一种或多种缺点：1）织构的粗糙结构会降低沉积的硅的质量，造成电短路，从而降低太阳能电池的总体性能；2）织构的最优化同时受到由沉积或蚀刻工艺形成的织构以及与较厚的TCO层相关的透光性下降的限制；以及3）对于ZnO的情况，为了制造织构而采用等离子体处理或湿蚀刻会增加成本。

另一种满足薄膜硅太阳能电池的光俘获需求的方法是在硅沉积之前，对TCO和/或硅下方的基材进行织构化，而不是对沉积的膜进行织构化。在一些常规的薄膜硅太阳能电池中，采用通孔代替TCO，以在与基材接触的Si的底部形成接触。一些常规的薄膜硅太阳能电池中的织构化由沉积在平面玻璃基材上的粘合剂基质中的SiO₂颗粒组成。此类织构化通常使用溶胶-凝胶型方法完成，其中颗粒悬浮在液体中；基材牵拉通过液体，然后进行烧结。珠粒保持球形并通过烧结的凝胶保持在原位。

已经开发了许多另外的方法用于在TCO沉积之前制造织构化的表面。这些方法包括喷砂、聚苯乙烯微球体沉积和蚀刻，以及化学蚀刻。这些涉及织构化的表面的方法可能在可以形成的表面织构种类方面受到限制。

对与Si厚度小于约100微米的大块晶体Si太阳能电池，光俘获也是有利的。在此厚度之下，厚度不足，无法在单次通过或两次通过（具有反射性背面接触件）的情况下有效地吸收所有的太阳辐射。因此，已经开发出了具有大规模几何结构的覆盖玻璃，用来提高光俘获。例如,在覆盖玻璃和硅之间设置EVA（乙基-乙酸乙烯酯）包封材料。这些覆盖玻璃的一个例子是购自圣戈本玻璃公司（Saint-Gobain Glass）的类产品。通常采用辊压法形成该大规模的结构。

织构化的玻璃覆材法可能包括以下的一种或多种缺点：1）溶胶-凝胶化学方法和相关的方法需要提供玻璃微球体与基材的结合；2）所述工艺在玻璃基材的两个面上形成织构化的表面；3）与二氧化硅微球体和溶胶-凝胶材料相关的附加成本；以及4）硅膜中膜粘着性和/或形成裂纹的问题。