[发明专利]一种通过表面结晶改善二氧化硅光学特性的方法

说明书

一种通过表面结晶改善二氧化硅光学特性的方法，包含以下步骤：(1)将化学改性后的纳米二氧化硅溶胶颗粒均匀涂于硅片上；(2)将步骤(1)中涂有二氧化硅的硅片在炉子中进行高压惰性气体热处理，热处理温度为100‑1800℃，气体压力为0.1‑6MPa，热处理时间为1‑10h，得到颗粒表面部分结晶的均匀二氧化硅膜层。经过高压惰性气氛快速升降温热处理的二氧化硅膜层，光学特性有所改善，折射率提高且连续可调，可作为太阳能电池梯度折射率减反层的理想材料。该膜层的制备工艺简单，原料成本低，有利于实现大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种通过表面结晶改善二氧化硅膜层光学特性的方法，特别涉及一种通过高压惰性气氛快速升降温热处理促进二氧化硅颗粒表面结晶的工艺。

背景技术

太阳能是目前为止最为清洁、可持续的能源。2015年，全球光伏新增装机量达36GW，未来几年将继续增加。届时，光伏发电将在极大程度上解决世界能源紧缺的问题。

对于高效太阳能电池，光吸收过程是光电转换的关键的第一步，直接影响光电转换的效率，因此，增加光的吸收，减少光反射对提高太阳能电池转换效率具有重要的意义。一般情况下，当光照射到某一平面样品表面时，会发生光的反射，反射率的大小由样品和外界透明介质的折射率决定。对于普通的抛光硅片，表面反射率高达35％，这意味着，若硅表面不进行任何减反射处理，光从空气中入射到硅电池表面时，将有1/3的光被浪费。因此，我们在空气中和硅片之间增加减反层，来提高光的透过率。

根据光的折射定律，当光线从低折射率介质向高折射率介质传播时，折射角增大。当入射角较大时，则有可能发生全反射，这样光线就可以被更长地锁在低折射率介质内部形成“光池”。因此，若用于制备减反层颗粒的表面的折射率高于颗粒内部，则光线在颗粒内部的停留时间就会延长，光线的利用率得以提高。

相比于单层或双层减反膜，多层减反膜对宽波段的光具有更好的减反效果。在利用多层膜作减反射时，欲达到优异的减反射效果，每层膜的折射率会呈现近连续的变化。由此，人们引入梯度折射率的概念。梯度折射率材料是一种非匀质材料，其组分和结构在材料内部按一定规律连续变化，从而使折射率也相应地呈连续变化。所谓的梯度折射率减反射层，是指由一系列折射率逐渐从入射介质变化到衬底介质的材料所组成的减反射层。

2007年，Xi.J.Q.等利用倾斜气相沉积技术在Si片上制备了5层梯度折射率分布的纳米微结构减反射膜层，实现了非常好的梯度折射率宽带减反射，希望将这种优秀的技术在未来能应用于晶Si太阳能电池片的减反射，但该技术对设备要求严格，成本较高，很难实现工业化生产。因此，低成本、高效率的梯度折射率减反层及减反层材料的制备仍需进一步的探索。

发明内容：

本发明针对二氧化硅膜层作为太阳能电池梯度折射率减反层的材料，提供一种工艺简单、成本较低的连续变折射率的二氧化硅膜层的制备方法，克服了已有技术的缺点，所制得二氧化硅膜层具有良好的均匀性和热稳定性，膜层内颗粒粒度在10-100nm范围内，且使得非晶颗粒的表面存在纳米结晶微区，使光线在颗粒内部的停留时间得以提高，通过调控表面结晶程度可实现二氧化硅膜层的折射率的连续变化。

本发明提出的一种通过表面结晶改善二氧化硅光学特性的方法，包含以下步骤：

(1)将化学改性后的纳米二氧化硅溶胶颗粒均匀涂于硅片上；

(2)将步骤(1)中涂有二氧化硅的硅片在炉子中进行高压惰性气体热处理，热处理温度为100-1800℃，优选1000-1200℃，气体压力为0.1-6MPa，优选4MPa，热处理时间为1-10h，优选1-5h，得到颗粒表面结晶的均匀二氧化硅膜层。

所述步骤(1)中的二氧化硅溶胶颗粒为非晶态二氧化硅，平均粒径为10-100nm，分散性良好，无团聚。

所述步骤(1)中采用坩埚承托硅片，所述坩埚为石墨、氧化铝、氮化硼、碳化硅、石英坩埚中的一种。