[发明专利]一种纳米吸光复合材料及其制备方法和涂膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池浆料技术领域，特别是涉及一种纳米吸光复合材料及其制备方法和涂膜制备方法。

背景技术

太阳能电池是通过P-N结的光电效应将太阳光转化成电能的装置。合适波长的光辐射入射到半导体的P-N结上，即可在该半导体P-N结上产生空穴-电子对。由于P-N结中存在内电场，即存在内部电势差，电子对和空穴在内电势差的作用下沿相反方向移动，最终，电子对移动到负极端面，空穴移动到正极端面，从而产生能够向外部电路输送的电流。由此可见，太阳能电池中光电能量转换必须有以下三大重要部分：其一，电池片吸收光的能力，这是光电能量转换的根源；其二，P-N结结构，即光电转换结构；其三，表面电极部分，即收集与传输P-N结产生的电荷。其中电池片吸收光的效率对太阳能电池光电转换效率有着决定性的影响。

减少入射光的反射损失，从而间接增加电池片对光的吸收是提高太阳能电池片电性能的一种有效途径。目前在电池制造工艺中通过制作表面陷光结构，即表面制绒的方法是提高太阳能电池光电转换效率的重要途径。为了在晶体硅太阳能电池表面获得良好的绒面结构，以达到较好的减反射效果，人们尝试了许多方法，常用的包括机械刻槽法、激光刻蚀法、反应离子刻蚀法(RIE)、化学腐蚀法(即湿法腐蚀)等。其中，机械刻槽法可以得到较低的表面反射率，但该方法易于造成硅片表面机械损伤，而且成品率相对较低，因而工业使用较少。激光刻蚀法是通过激光制作不同的刻槽花样，条纹状和倒金字塔状的形状都可以通过此方法实现，其反射率可降低至8.3％，但在成品电池的光电效率上电性能较低而无法有效用于生产。反应离子刻蚀法可通过不同模板来进行刻蚀，一般是干法刻蚀，可以在硅片表面形成“黑硅”结构，反射率可以降低至4％-7.9％，但设备投入昂贵，生产成本非常高，在工业生产中推广使用较少。化学腐蚀法因其工艺简单，投入较少，产品质优利于量产等优点已经成为现有工艺中使用最广泛的方法，但这种通过表面化学反应制作减反射结构的方法虽然可以减少光的反射损失，但是光的反射率仍然很高，而且对低波长段光的利用十分有限。

目前，生产中采用湿法腐蚀的晶体硅太阳能电池(如图3所示)其绒面结构一般呈微米级，为了优化光吸收，常规做法仍然是进一步优化绒面结构，从而降低其表面反射率，但是这种传统方法在降低反射率方面效果已经非常有限，很难有突破。

随着纳米科技与纳米材料的发展，我们发现越来越多的材料在微观尺寸尤其是纳米尺寸时表现出异于宏观尺寸的尺寸效应，这种效应被称为量子尺寸效应。例如：纳米氧化锌能吸收波长在350nm-470nm的太阳光，对其他波长的太阳光基本无明显散射作用。另一类是目前钙钛矿(CH₃NH₃PbI₃)太阳能电池中广泛使用的吸光材料：CH₃NH₃PbI₃，其吸光系数高达105cm^-1，即厚度约为400nm，此类钙钛矿材料基本能吸收所有的可见光。此外纳米二氧化钛具有优异透明性，对入射可见光基本无散射作用，尤其是波长小于400nm的紫外光，光吸收系数高且光稳定性好、无毒无害、光电转化率高等优点。而石墨烯作为目前最具有潜力的硅材料代替品，也具有优异的透明性，对入射可见光基本无散射无反射，且具有良好的导热导电性能，已经在太阳能电池板、发光板、触摸显示屏上广泛应用。除以上列举材料之外，具有吸光或透光性能的优良纳米材料还有很多很多。

因此，通过对吸光材料的物理化学性能、应用特点和潜在应用价值等方面的充分研究和甄选，开发一种新的纳米吸光复合材料，突破传统晶体硅太阳能电池表面制绒工艺的局限，同时和绒面结构结合使用，可以在优化晶体硅表面光吸收方面有突破性提升，从而实现对太阳能电池光电转换效率的提升。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种纳米吸光复合材料及其制备方法和涂膜制备方法，该纳米吸光复合材料在晶体硅太阳能电池片的绒面减反层表面构筑多层高效减反枝状结构，使太阳能电池具有入射光吸收高，短路电流提升，电性能良好等优异的综合性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种纳米吸光复合材料，按原料总质量百分比计，包括：有机主剂5-40％、助剂6-30％和无机功能纳米材料30-70％；其中，

所述有机主剂选自乙二醇、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁醚、乙二醇单乙醚醋酸酯、醋酸正丁酯、松油醇、正丁醇和甲基异丁基酮中的至少一种；

所述助剂包括分散剂、增稠剂、流平剂和消泡剂中的至少一种；