一種提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液及其制備方法

專利名稱：一種提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種用于提高太陽能電池光電轉換效率的材料，即光電轉換涂覆液， 屬于太陽能發電技術領域。
背景技術：
全球太陽能電池的生產量、安裝規模正在逐年高速增長。太陽能產業的高速增長， 必然會帶動提高太陽能電池光電轉換效率新材料的快速增長。光電轉換效率較低是目前太陽能電池生產的一大問題，目前市場上大量生產的單晶與多晶硅的太陽電池平均效率約在 15%，理論上，只要能有效的抑制太陽能電池內載子和聲子的能量交換，也就是有效的抑制載子能帶內或能帶間的能量釋放，就能有效的避免太陽能電池內無用的熱能的產生，提高太陽能電池的效率。提高太陽能電池光電轉換效率新材料的研究與開發，必將成為太陽能電池生產企業爭相尋找的有效法寶。中國專利文獻CN102184975A公開了一種《能增加光電轉換效率的薄膜太陽能電池及其制造方法》，是在傳統硅薄膜太陽能電池表面電極上加入周期性納米尺寸金屬鋁圓柱體，引入局域表面等離激元共振效應，使吸收效率得到大幅提升，從而提高太陽能電池的光電轉換效率。與傳統硅薄膜太陽能電池相比，加入納米鋁圓柱體的硅薄膜太陽能電池具有轉換效率高的優點，且工藝實現需額外增加一次光刻。CN101976708A公開了一種《提高晶體硅太陽能電池光電轉換效率的方法》，是在常規晶體硅太陽能電池工藝的基礎上，在發射極表面采用絲網印刷或者激光局部退火等工藝形成平行線狀高摻雜陣列，該高摻雜平行線陣列垂直于或者以一定角度和金屬電極細柵相交。該方法改善了金屬柵電極和硅的歐姆接觸，同時減少所需的細柵數量進而減小遮光面積，從而提高晶體硅太陽能電池的光電轉換效率。顯然，上述方法都增加了工藝難度，制造復雜，成本高。

發明內容
本發明針對現有太陽能電池光電轉換技術存在的成本高、效率低的問題，提供一種成本低、光電轉換效率高、能有效提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液，本發明同時提供一種該涂覆液的制備方法。本發明的提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液，由以下重量份數的配比組成 去離子水100份、摻雜改性納米TiO2 0. 1-2份、發光粉0. 1-1. 5份、成膜劑0. 01-0. 1份和分散劑0. 2-1. 5份。所述摻雜改性納米TiO2是以1-10重量份的四氯化鈦為前軀體、采用溶劑-凝膠法摻雜 0. 1-0. 5 重量份的 P、B、Eu、Cu、Fe、Cr、Zn、Ge、Sr、Se、Ru、Rh、Pd、Cd、In、Sn、Sb、Te、 N、Al、S、Ba、Re、V、Pt、Au、Bi、Ce、Pr、Nd和Dy中的一種或二種以上元素的單質、氧化物或硝酸鹽制備而成。具體制備過程如下
(1)將 P、B、Eu、Cu、Fe、Cr、Zn、Ge、Sr、Se、Ru、Rh、Pd、CdJn、Sn、Sb、Te、N、Al、S、Ba、Re、 V、Pt、Au、Bi、Ce、Pr、Nd和Dy中的一種或二種以上元素的單質、氧化物或硝酸鹽按0. 1-0. 5
3重量份溶解在PH值為2-7的100重量份的蒸餾水中，在室溫下劇烈攪拌1小時-12小時；
(2)再往上述溶液中加入1-10重量份的四氯化鈦；
(3)以2-30重量份的尿素，加入步驟(2)中持續攪拌1小時-3小時；
(4)將上述乳液轉移至聚四氟內襯反應釜中，于15(Γ180° C下保溫1小時-2小時； 經固液分離、洗滌、干燥，得到摻雜改性后的前驅體粉體；
(5)將前驅體粉體置于煅燒爐中，于40(Γ600° C煅燒0.5小時-4小時，即得摻雜改性的納米Ti02。所述的發光粉為SrAl2O4:Eu2+，Dy3+、SrAl2O4: Eu2+，Na3+、SrAl2O4: Eu2+，Ho3+、 SrAl204:Eu2+, Pr3+、SrAl2O4 Eu2+，Er3+、BaMgAl 10017 Eu2+、Mal2O4: Eu2\ CaAl2O4lEu2+, Sr AI2O4. Eu2+> BaA I2O4. Eu2+> CeMgAlb11O19: Tb、ZnS: Cu, Co、CaS: Bi、CaSrS: Bi、Y3Al3Ga2O12: Ce、 SrNaGa2S4:Ce, Sr3Al2O6:Dy3+、Y2O2STb3+93、CaAl2O4SDy3+、Sr2MgSi2O7:Dy3+、SrSi03:Dy3\ Sr2SiO4: Dy3+97、Ca2SiO3C12 Eu2+、Ca2SiO3C12:Mn2+、Li0.^lYa9ZraiO: Eu3+、Li0.9Y0.9Zr0.…Dy3+、 Li0 9Y0 9Zr01OiCe3+, Li0.9Y0.9Zr0.…Bi3+、ZnO Eu3+ [10]、YVO4:Ln3+、YVO4: Eu3+、YVO4: Sm3+、 YVO4 Dy3+、YVO4 Er3+、LaPO4 Ln3+、LaPO4 Eu3+、LaPO4 Ce3+、LaPO4 Tb3+、NaYF4 Ln3+、NaYF4 Eu3+、 NaYF4 Er3+、NaYF4 Tb3+、NaYF4 Tm3+和CaMoO4 Eu3+中的一種或二種以上任意比例的混合物。所述成膜劑為無機膠粘劑羥丙基甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基纖維素、聚陰離子纖維素、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、硅溶膠、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、水玻璃和乙基纖維素中的一種或任意幾種任意比例的混合物。所述穩定分散劑為聚丙烯酸鈉、聚羧酸鈉、三聚磷酸鈉、甲基吡咯烷酮、聚乙二醇、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉中的一種或任意幾種任意比例的混合物。上述提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液的制備方法，包括以下步驟
(1)按重量份數分別取去離子水100份、摻雜改性納米TiA0.1-2份、發光粉0. 1-1.5 份、成膜劑0. 01-0. 1份和分散劑0. 2-1. 5份；
(2)將分散劑0.2-1. 5份分散于100份去離子水中，攪拌混和均勻，配成穩定的水分散
液；
(3)將摻雜改性納米TiA0. 1-2份和發光粉0. 1-1. 5份一起加入到步驟(2)配成的水分散液中，攪拌混和均勻，配成水分散液；
(4)將成膜劑0.01-0. 1份加入步驟(3)所配成的水分散液中，攪拌混和均勻，得到的穩定的懸濁液，即為太陽能光電轉換效率的涂覆液。 上述提高太陽能光電轉換效率的涂覆液，直接涂覆在太陽能電池發電材料表面， 由于采用了經摻雜改性后制備的納米TiO2，其吸收光波產生紅移，二氧化鈦電子更容易被激發，并能有效阻止空穴和電子的復合，提高了空穴和電子量，提高太陽能電池光電轉換效率。上述提高太陽能光電轉換效率的涂覆液，由于采用了發光粉，提高了光譜吸收范圍和光的儲存能力，同時又具有電子釋放，提高光電轉換效率。無論太陽能電池采用何種材料，都是為了制造好的PN結，即P結產生更多的空穴， N結產生更多的電子，如何讓P結和N結產生更多的空穴和電子，并能阻止電子和空穴對的復合，主要是采用禁帶寬度小，光譜吸收范圍寬的材料，本發明根據太陽能電池的發電原理，采用了各種不同元素的單質、氧化物或硝酸鹽類材料，經采用溶膠-凝膠法摻雜改性后制備的納米T^2和各種吸收不同光譜范圍的發光材料，實現了有效提高太陽能電池光電轉
換效率。本發明制備方法簡單，成本低，在原有的太陽能電池發電材料表面進行噴涂、絲印、沉積、固化、干燥后封裝，可以提高太陽能電池發電量，經測試比原有電池片發電量提高 IOff以上。
具體實施例方式以下各實施例中所用的摻雜改性納米TiO2是以1-10重量份的四氯化鈦為前軀體、采用溶劑-凝膠法摻雜 0. 1-0. 5 重量份的 P、B、Eu、Cu、Fe、Cr、Zn、Ge、Sr、Se、Ru、Rh, Pd、Cd、In、Sn、Sb, Te, N、Al、S、Ba、Re、V、Pt、Au、Bi、Ce、Pr、Nd 和 Dy 中的一種或二種以上元素的單質、氧化物或硝酸鹽制備而成；具體制備過程如下
V、Pt、Au、Bi、Ce、Pr、Nd和Dy中的一種或二種以上元素的單質、氧化物或硝酸鹽按0. 1-0. 5 重量份溶解在PH值為2-7的100重量份的蒸餾水中，在室溫下劇烈攪拌1小時-12小時；
(2)再往上述溶液中加入1-10重量份的四氯化鈦；
(3)以2-30重量份的尿素，加入步驟(2)中持續攪拌1小時-3小時；
(4)將上述乳液轉移至聚四氟內襯反應釜中，于15(Γ180° C下保溫1小時-2小時； 經固液分離、洗滌、干燥，得到摻雜改性后的前驅體粉體；
(5)將前驅體粉體置于煅燒爐中，于40(Γ600° C煅燒0.5小時-4小時，即得摻雜改性的納米Ti02。所用的發光粉為SrAl2O4: Eu2+，Dy3+、SrAl2O4: Eu2+，Na3+、SrAl2O4: Eu2+，Ho3+、 SrAl204:Eu2+, Pr3+、SrAl2O4 Eu2+，Er3+、BaMgAl 10017 Eu2+、Mal2O4: Eu2\ CaAl2O4lEu2+, Sr AI2O4. Eu2+> BaA I2O4. Eu2+> CeMgAlb11O19: Tb、ZnS: Cu, Co、CaS: Bi、CaSrS: Bi、Y3Al3Ga2O12: Ce、 SrNaGa2S4:Ce, Sr3Al2O6:Dy3+、Y2O2STb3+93、CaAl2O4SDy3+、Sr2MgSi2O7:Dy3+、SrSi03:Dy3\ Sr2SiO4: Dy3+97、Ca2SiO3C12 Eu2+、Ca2SiO3C12:Mn2+、Li0.^lYa9ZraiO: Eu3+、Li0.9Y0.9Zr0.…Dy3+、 Li0 9Y0 9Zr01OiCe3+, Li0.9Y0.9Zr0.…Bi3+、ZnO Eu3+ [10]、YVO4:Ln3+、YVO4: Eu3+、YVO4: Sm3+、 YVO4 Dy3+、YVO4 Er3+、LaPO4 Ln3+、LaPO4 Eu3+、LaPO4 Ce3+、LaPO4 Tb3+、NaYF4 Ln3+、NaYF4 Eu3+、 NaYF4 Er3+、NaYF4 Tb3+、NaYF4 Tm3+、CaMoO4 Eu3+ 中的一種或二種以上任意比例的混合物。所用成膜劑為無機膠粘劑羥丙基甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基纖維素、聚陰離子纖維素、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、硅溶膠、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、水玻璃、 乙基纖維素中的的一種或任意幾種任意比例的混合物。所用分散劑為聚丙烯酸鈉、聚羧酸鈉、三聚磷酸鈉、甲基吡咯烷酮、聚乙二醇、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉中的一種或任意幾種任意比例的混合物。實施例1
取分散劑0. 4克加入到100克去離子水中高速攪拌20分鐘，攪拌混配成水分散液， 繼續攪拌同時向分散液中緩緩加入摻雜磷離子改性的摻雜改性納米TiO2 0.8克和發光粉 SrAl2O4 = Eu2+, Dy3+ 0. 4克，繼續攪拌60分鐘后再加入成膜劑0. 02克，繼續攪拌20分鐘，得到穩定的懸濁液，即為太陽能電池光電轉換效率的涂覆液。將本實施例制備的涂覆液通過噴涂或絲印在原有的太陽能電池發電材料(如單晶硅、多晶硅、非晶硅、銅銦鎵硒、染料敏化等)表面，沉積、固化、干燥后封裝，在尺寸為 1. 05mX 1. 35m的太陽能電池片上測試，測試結果如下
未使用光電轉換涂覆液的原太陽能電池片PM :130. 50W。使用光電轉換涂覆液后的太陽能電池片 VOC:134. 73V,
ISC:1. 497A, PM: 143. 9W， VM:110. 55V。實施例2
取穩定分散劑0. 7克加入到100克去離子水中高速攪拌20分鐘，攪拌混配成水分散液，繼續攪拌同時向分散液中緩緩加入摻雜氮元素改性的摻雜改性納米T^2 1.0克，發光粉Sr2MgSi2O7IDy3+和Lia9Ya9Zra…Ce3+的混合物0. 6克，繼續攪拌60分鐘后加入成膜劑
0.04克攪拌20分鐘，得到穩定的懸濁液，即為太陽能電池光電轉換效率的涂覆液。將本實施例制備的涂覆液通過噴涂或絲印在原有的太陽能電池發電材料(如 單晶硅、多晶硅、非晶硅、銅銦鎵硒、染料敏化等)表面，沉積、固化、干燥后封裝，在尺寸為
1.05mX 1. 35m的太陽能電池片上測試，測試結果如下
未使用光電轉換涂覆液的原太陽能電池片PM:U9.81W。使用光電轉換涂覆液后的太陽能電池片 V0C:135. 05V,
ISC:1. 479A, PM:144. 6W, VM:109. 50V。實施例3
取穩定分散劑0. 2克加入到100克去離子水中高速攪拌20分鐘，攪拌混配成水分散液，繼續攪拌同時向分散液中緩緩加入經摻雜碲、鎘離子改性后的摻雜改性納米T^2 0. 1 克，發光粉CaMoO4:Eu3+、NaYF4ILn3+和Ca2SiO3C12 = Mn2+的混合物0. 1克，繼續攪拌60分鐘后加入成膜劑0. 01克攪拌20分鐘，得到穩定的懸濁液，即為太陽能電池光電轉換效率的涂覆液。將本實施例制備的涂覆液通過噴涂或絲印在原有的太陽能電池發電材料(如 單晶硅、多晶硅、非晶硅、銅銦鎵硒、染料敏化等)表面，沉積、固化、干燥后封裝，在尺寸為 1. 05mX 1. 35m的太陽能電池片上測試，測試結果如下
未使用光電轉換涂覆液的原太陽能電池片PM :132. Ilff0使用光電轉換涂覆液后的太陽能電池片 V0C:135. 3V,
ISC:1. 485A, PM:145. 4W, VM:111. 67V。實施例4
取穩定分散劑1. 2克加于到100克去離子水中高速攪拌20分鐘，攪拌混配成水分散液，繼續攪拌同時向分散液中緩緩加入經摻雜硝酸鉍和偏釩酸銨改性后的摻雜改性納米 TiO2 1. 5克，發光粉SrAl204:Eu2+, Pr3+和CaMoO4:Eu3+的混合物1. 2克，繼續攪拌60分鐘后加入成膜劑0. 08克攪拌20分鐘，得到穩定的懸濁液，即為太陽能電池光電轉換效率的涂覆液。將本實施例制備的涂覆液通過噴涂或絲印在原有的太陽能電池發電材料(如 單晶硅、多晶硅、非晶硅、銅銦鎵硒、染料敏化等)表面，沉積、固化、干燥后封裝，在尺寸為 1. 05mX 1. 35m的太陽能電池片上測試，測試結果如下
未使用光電轉換涂覆液原太陽能電池片PM :130. 22W。使用光電轉換涂覆液后的太陽能電池片 VOC:134. 87V,
ISC:1. 490A, PM: 144. Off, VM:108. 06V。實施例5
取穩定分散劑1. 5克加入到100克去離子水中高速攪拌20分鐘，攪拌混配成水分散液，繼續攪拌同時向分散液中緩緩加入經摻雜砷、鎵離子改性后的摻雜改性納米T^2 2克和發光粉CaMoO4:Eu3+、NaYF4: Ln3+和Ca2SiO3C12 = Mn2+的混合物共1. 5克，繼續攪拌60分鐘后加入成膜劑0. 1克攪拌20分鐘，得到穩定的懸濁液，即為太陽能電池光電轉換效率的涂覆液。將本實施例制備的涂覆液通過噴涂或絲印在原有的太陽能電池發電材料(如 單晶硅、多晶硅、非晶硅、銅銦鎵硒、染料敏化等)表面，沉積、固化、干燥后封裝，在尺寸為 1. 05mX 1. 35m的太陽能電池片上測試，測試結果如下
未使用光電轉換涂覆液的原太陽能電池片PM :130. 12W。使用光電轉換涂覆液后的太陽能電池片 VOC:135. 27V,
ISC:1. 522A, PM:143. 5 W, VM:107. 66V。由于用于本發明的經摻雜改性后制備的納米TiO2和發光粉種類較多，在此不一一列舉。通過選用本發明給出的不同分散劑、摻雜改性納米T^2和發光粉和成膜劑制備的涂覆液，都可以得到穩定性良好的光電轉換效果。
權利要求
1.一種提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液，其特征是由以下重量份數的配比組成，去離子水100份、經摻雜改性后的納米TiA 0.1-2份、發光粉0. 1-1.5份、成膜劑 0. 01-0. 1份和分散劑0. 2-1. 5份。
2.根據權利要求1所述的提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液，其特征是所述摻雜改性納米TiO2是以1-10重量份的四氯化鈦為前軀體、采用溶劑-凝膠法摻雜0. 1-0. 5重量份的 P、B、Eu、Cu、Fe、Cr、Zn、Ge、Sr、Se、Ru、Rh、Pd、Cd、In、Sn、Sb、Te、N、Al、S、Ba、Re、 V、Pt、Au、Bi、Ce、Pr、Nd和Dy中的一種或二種以上元素的單質、氧化物或硝酸鹽制備而成。
3.根據權利要求2所述的提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液，其特征是所述摻雜改性納米TiO2的具體制備過程如下V、Pt、Au、Bi、Ce、Pr、Nd和Dy中的一種或二種以上元素的單質、氧化物或硝酸鹽按0. 1-0. 5 重量份溶解在PH值為2-7的100重量份的蒸餾水中，在室溫下攪拌1小時-12小時；(2)再往上述溶液中加入1-10重量份的四氯化鈦；(3)以2-30重量份的尿素，加入步驟(2)中持續攪拌1小時-3小時；(4)將上述乳液轉移至聚四氟內襯反應釜中，于15(Γ180° C下保溫1小時-2小時； 經固液分離、洗滌、干燥，得到摻雜改性后的前驅體粉體；(5)將前驅體粉體置于煅燒爐中，于40(Γ600° C煅燒0.5小時-4小時，即得摻雜改性的納米Ti02。
4.一種權利要求1所述提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液的制備方法，該涂覆液由以下重量份數的配比組成，去離子水100份、經摻雜改性后的納米TW2 0. 1-2份、發光粉 0. 1-1. 5份、成膜劑0. 01-0. 1份和分散劑0. 2-1. 5份；其特征是，包括以下步驟(1)按重量份數分別取去離子水100份、摻雜改性納米TiA0.1-2份、發光粉0. 1-1.5 份、成膜劑0. 01-0. 1份和分散劑0. 2-1. 5份；(2)將分散劑0.2-1. 5份分散于100份去離子水中，攪拌混和均勻，配成穩定的水分散液(3)將摻雜改性后制備的納米Tih0. 1-2份和發光粉0. 1-1. 5份一起加入到步驟(2) 配成的水分散液中，攪拌混和均勻，配成水分散液；(4)將成膜劑0.01-0. 1份加入步驟(3)所配成的水分散液中，攪拌混和均勻，得到的穩定的懸濁液即為太陽能電池光電轉換效率的涂覆液。
全文摘要
本發明提供了一種提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液，該涂覆液由以下重量份數的配比組成，去離子水100份、經摻雜改性后的納米TiO2 0.1-2份、發光粉0.1-1.5份、成膜劑0.01-0.1份和分散劑0.2-1.5份；其制備方法，包括以下步驟(1)將分散劑分散于去離子水中，攪拌混和均勻，配成水分散液；(2)將經摻雜改性后的納米TiO2 0.1-2份和發光粉0.1-1.5份一起加入到步驟(1)配成的水分散液中，攪拌混和均勻，配成水分散液；(3)將成膜劑加入步驟(2)所配成的水分散液中，攪拌混和均勻，得到的穩定的懸濁液即為提高太陽能電池光電轉換效率的涂覆液。本發明制備的太陽能電池光電轉換涂覆液，經實驗測試比原電池片平均提高了13.72W。
文檔編號H01L33/50GK102417742SQ20111034063
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者王江彬 申請人:萊陽子西萊環保科技有限公司