一种增透陷光玻璃的制备方法及其在太阳能电池上的应用

本发明属于增透陷光玻璃制备，通过激光烧蚀沉积有金属薄膜的玻璃表面制备出具有微纳米结构的等离子体增透陷光特征的膜层，达到陷光增透效果，具体涉及一种陷光增透玻璃、制备方法及其光伏应用。

背景技术：

1、目前全球每年光伏装机量已超300gw，且仍快速增长，即便以目前装机容量，每增加1%光透射或吸收，假定其中20%转化为太阳能电力，新增装机每小时可额外产生超1百万度太阳能电力。

2、等离子体陷光增透结构在太阳能电池生产端很少被采用。以钙钛矿举例。钙钛矿电池以其优异的载流子迁移率，对晶界不敏感，高吸收率等特征成为最火热的研发、制造领域。由于钙钛矿晶体形核生长较快以及快捷的制备工艺，使得吸光层晶体本身就有许多空洞和粗糙的表界面形态等陷光结构，因此实际投入该类电池的陷光增透研究不多。等离子体陷光增透结构通常成本不低，且由于金属与半导体直接接触会有复合损失和自身的吸收损失，性价比不高，因此至今未见有工业实用案例。

3、本发明采用自组装技术制备出氧化物外壳包裹金属核的等离子体结构，具有明显增透陷光效果，而且由于氧化物外壳隔开了金属与半导体的直接接触并无相关复合；又由于金属核较小，吸收损失可忽略。激光烧蚀自组装技术成本低，有商业化潜力。

技术实现思路

1、本发明提供了增透陷光玻璃、制备方法及其在光伏中的应用。通过改变金属膜的膜层厚度、成分、激光扫描参数等调控等离子体阵列结构，从而达到增透陷光的目的。

2、为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种增透陷光玻璃的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）在玻璃上沉积一层金属薄膜；

5、（2）激光扫描所述步骤（1）中金属薄膜沉积后的玻璃表面，使玻璃表面形成微纳米结构等离子体阵列，得到增透陷光玻璃。

6、进一步的，所述金属薄膜包括镍膜、钼膜、铁膜、钛膜、铜膜、钒膜、铜膜、合金膜等中的至少一种；所述薄膜的沉积厚度为50 nm-2000nm。

7、优选的，所述无机薄膜的沉积厚度为100 nm～1000nm。

8、进一步的，所述沉积的方法包括磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发、电镀。

9、进一步的，所述沉积方法为磁控溅射时，典型设置：直流溅射直径60 mm的水冷ni靶，溅射气体为纯ar，工作气压为1.6 pa，氩气流速为30 sccm，起辉电压为350v，溅射电压为290 v-300 v，电流为0.180a-0.190 a，沉积时间10min。

10、进一步的，通过调整所述工作气压、氩气流速、溅射电压、电流来调整沉积速率，达到目标沉积厚度即可；所述沉积速率为0.01 å/s ~1000 å/s。

11、在本发明中，不同设备工艺参数不同，可根据实际需求进行选择。

12、进一步的，所述沉积方法为电子束蒸发时，在石墨坩锅中加入高纯镍颗粒等其他目标沉积材料，手动调整电子束光斑大小，典型沉积速率为0.1 å/s ~500 å/s，直至沉积至目标厚度。

13、进一步的，所述激光扫描的激光光源为：固态激光光源、气相激光光源、光纤激光光源；红外激光光源、紫外激光光源、 可见光激光光源中的至少一种。

14、进一步的，所述激光的额定功率为0.3w-10000w。

15、进一步的，所述激光光源的波长为20 nm-100 µm。

16、优选的，所述激光扫描采用30w额定功率光纤激光， 其波长为1064 nm。

17、进一步的，所述激光能量密度需大于30 mj/cm2，扫描速度为0.01 m/s-100 m/s；扫描线间距≤50mm；

18、优选的，所述激光能量密度约为76 j/cm2, 扫描速度为0.5 m/s-3 m/s；扫描线间距为0.03 mm。

19、进一步的，所述玻璃包括太阳能电池盖板玻璃、薄膜电池用ito导电玻璃、钠钙玻璃、硼硅玻璃、钢化玻璃、铝硅玻璃、石英玻璃、汽车玻璃、建筑玻璃等。

20、进一步的，所述增透陷光玻璃仅作为太阳能电池内表面使用。也可以作为光伏窗户、薄膜电池以及叠层太阳能电池的衬底，在其上继续沉积ito、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层等并不改变原有生产钙钛矿电池的工艺路径。

21、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：

22、1、本发明采用低成本激光烧蚀自组装技术即可达到增透陷光效果，优于现有技术。且本发明应用于内表面避免了对于膜层耐磨性等机械性能要求；等离子体增透陷光效果应用于高介电的吸收层效果更佳。

23、2、在工艺上，本发明的沉积方法使用磁控溅射；对激光扫描的要求低，光纤激光打标机或紫外激光打标机即可满足需求；整个制备方法成本低廉，可使用工业化稳定成熟的设备完成，具有可规模化生产的优势。

技术特征：

1.一种增透陷光玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的增透陷光玻璃的制备方法，其特征在于，所述玻璃包括太阳能电池盖板玻璃、薄膜电池用ito导电玻璃、钠钙玻璃、硼硅玻璃、钢化玻璃、铝硅玻璃、石英玻璃、汽车玻璃、建筑玻璃等。

3.根据权利要求1所述的增透陷光玻璃的制备方法，其特征在于，所述金属薄膜的沉积厚度为50 nm-2000nm。

4.根据权利要求1所述的增透陷光玻璃的制备方法，其特征在于，所述激光扫描的激光光源为：固态激光光源、气相激光光源、光纤激光光源；红外激光光源、紫外激光光源、 可见光激光光源中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的增透陷光玻璃的制备方法，其特征在于，所述激光扫描能量密度应大于30 mj/cm2。

6.根据权利要求1所述的玻璃如非ito导电玻璃，所制备的增透陷光玻璃可以作为太阳能电池内表面；也可以作为薄膜太阳能电池以及叠层太阳能电池的衬底，在其上继续沉积ito、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层等并不改变原有生产钙钛矿电池的工艺路径。

7.根据权利要求1所述的玻璃如为ito导电玻璃，所制备的增透陷光玻璃可以作为太阳能电池的内表面；也可以作为薄膜电池以及叠层太阳能电池的衬底，在其上继续沉积ito层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层等并不改变其他生产钙钛矿电池的工艺路径。只是在部分情况下可以不用继续沉积的ito层。

8.权利要求1-7任一项所述的制备方法制备获得的增透陷光玻璃、制备方法及其在太阳能电池上的应用。

技术总结
本发明提出了一种增透陷光玻璃的制备方法及其在太阳能电池上的应用。所述增透陷光玻璃的制备方法为：在玻璃上沉积一层金属膜（该金属可以是镍、钼、铁、钨、钛、钒、铜等金属薄膜的至少一种或其合金）；激光扫描所述薄膜沉积后的玻璃表面，表面形成微纳米结构的膜层，获得所述增透陷光玻璃。膜层上的纳米颗粒呈现外壳氧化物包裹金属内核的核壳结构具备等离子体极化、散射效应，因而提高透射陷光性能。将处理后的玻璃表面作为太阳能玻璃盖板的内表面可以提高电池光吸收；作为基片去沉积薄膜太阳能电池也会提高其光吸收，该种电池可以用在建筑一体化太阳能窗户上；还可以作为叠层电池的衬底，从而提高叠层电池光吸收。本发明生产增透陷光玻璃的整个制备方法成本低廉，可使用工业化稳定成熟的设备完成生产增透陷光玻璃，具有可规模化生产的优势。

技术研发人员：崔洪涛,苏亚辉,方晓龙,齐孝文,陈肖洁,刘成岭,王晨睿,谢心怡,刘苏桥,赵金迪,赵玉全,孟一凡,孙宗瀚
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5