权利要求

1.一种用于太阳能电池制绒的混合溶液，用于太阳能电池的制绒工序，其特征在于：包括金属有机框架纳米颗粒、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇和水。

2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制绒的混合溶液，其特征在于：所述金属有机框架纳米颗粒为MOF-199纳米颗粒。

3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制绒的混合溶液，其特征在于：所述金属有机框架纳米颗粒尺寸在50-100nm。

4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制绒的混合溶液，其特征在于：以体积比计N,N-二甲基甲酰胺:乙醇:水=1:1:1。

5.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池制绒的混合溶液，其特征在于：所述混合溶液中金属有机框架纳米颗粒浓度为0.5-2wt%。

6.一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，在金字塔制绒过程中，使用具有金属有机框架纳米颗粒的混合溶液，并使用声波组装，形成金字塔结构。

7.根据权利要求6所述的一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述制绒为在80-85℃的碱性制绒液中进行制绒;

和/或形成金字塔结构后冲洗硅片表面再进行退火;

和/或制绒完成后依次制备钝化层、透明导电膜与电极;

和/或所述声波组装频率为20-50kHz。

8.根据权利要求7所述的一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述混合溶液以0.1-0.5mL/min的流速连续引入碱性制绒液再进行声波组装;

和/或所述退火为在150-200℃下进行30-60分钟退火。

9.根据权利要求7所述的一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述钝化层为通过PECVD在绒面表面沉积本征非晶硅层，厚度为5-15nm，然后在本征层上沉积掺杂微晶硅层，厚度为15-25nm;

和/或所述透明导电膜，厚度为100-120nm;

和/或所述电极通过丝网印刷制备。

10.一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池，其特征在于：使用权利要求6-9中任一项所述的一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池的制备方法制得。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

[0002]晶硅异质结太阳能电池(HJT)是一种将晶体硅基底与非晶硅薄膜结合的高效太阳能电池技术。其核心结构包括：N型单晶硅衬底，在前后表面分别沉积不同特性的硅基薄膜叠层和透明导电薄膜。传统制绒工艺主要采用碱液金字塔刻蚀法，具体步骤如下：

硅片清洗：去除表面污染物和氧化层。

[0003]碱液刻蚀：在80-85℃的KOH/IPA(异丙醇)溶液中进行30分钟刻蚀，形成随机金字塔结构。

[0004]表面钝化：通过PECVD(等离子体增强化学气相沉积)在绒面表面沉积本征氢化非晶硅层，厚度通常为10-20nm。

[0005]掺杂层沉积：在本征层上沉积掺杂氢化非晶硅层，形成选择性接触。透明导电膜沉积：通常为ITO(透明导电氧化物)层，如ITO或AZO。

[0006]电极制备：通过丝网印刷或物理气相沉积形成金属电极。

[0007]另一种制绒工艺是铜催化倒金字塔制绒，该工艺在50℃的酸性刻蚀液中进行，刻蚀时间缩短至10分钟，反射率降至5%左右，比传统金字塔结构反射率(约10%)更低，但同样面临界面气孔和复合率问题。

[0008]在众多问题中光吸收效率有限是最严重的，传统金字塔结构虽然能通过两次反射增加光吸收，但仍有约10%的反射损失，尤其在近红外波段吸收不足。

发明内容

[0009]本发明的目的在于提供一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池及其制备方法，解决现有技术中光吸收效率有限的技术问题。

[0010]本发明公开了一种用于太阳能电池制绒的混合溶液，用于太阳能电池的制绒工序，包括金属有机框架纳米颗粒、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)、乙醇和水。

[0011]进一步的，所述金属有机框架纳米颗粒为MOF-199纳米颗粒。

[0012]进一步的，所述金属有机框架纳米颗粒尺寸在50-100nm。

[0013]进一步的，以体积比计DMF:乙醇:水=1:1:1。

[0014]进一步的，所述混合溶液中金属有机框架纳米颗粒浓度为0.5-2wt%。

[0015]一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤，在金字塔制绒过程中，使用具有金属有机框架纳米颗粒的混合溶液，并使用声波组装，形成金字塔结构。

[0016]进一步的，所述制绒为在80-85℃的碱性制绒液中进行制绒。

[0017]进一步的，所述混合溶液以0.1-0.5mL/min的流速连续引入碱性制绒液再进行声波组装。

[0018]进一步的，所述声波组装频率为20-50kHz。

[0019]进一步的，形成金字塔结构后冲洗硅片表面再进行退火。

[0020]增强MOF-199纳米颗粒与硅片表面的结合力。

[0021]进一步的，所述退火为在150-200℃下进行30-60分钟退火。

[0022]进一步的，制绒完成后依次制备钝化层、透明导电膜与电极。

[0023]进一步的，所述钝化层为通过PECVD在绒面表面沉积本征非晶硅层，厚度为5-15nm，然后在本征层上沉积掺杂微晶硅层，厚度为15-25nm。

[0024]进一步的，所述透明导电氧化物(ITO)层，厚度为100-120nm。

[0025]进一步的，所述电极通过丝网印刷制备。

[0026]一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池，使用上述方法制得。

[0027]与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1.本发明将MOF-199纳米颗粒引入晶硅异质结电池的制绒工序，形成具有纳米级多孔结构的表面，多孔纳米级MOF-199生长在绒面金字塔表面，紧密排列的MOF-199颗粒形成多孔外壳，有助于光在材料内部多次反射和折射，延长光程;并减少表面反射，提高光吸收率，从而增强光吸收能力和表面钝化效果;

2.本发明MOF-199与非晶硅钝化层的协同钝化，利用MOF-199的高表面积特性吸附表面缺陷，同时为非晶硅层提供均匀的成膜基底，提升钝化效果;

3.本发明显著提升光吸收效率：MOF-199的多孔结构(孔径1-2nm，比表面积1448-1876m2/g)可有效散射入射光，延长光程，尤其在近红外波段(800-1100nm)吸收显著增强;

4.本发明降低界面复合率：MOF-199纳米颗粒填充绒面沟道底部，减少界面气孔，降低载流子复合率，提升电池的开路电压(Voc)和填充因子(FF)。

附图说明

[0028]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

[0029]图1为本发明绒面金字塔示意图。

具体实施方式

[0030]为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

[0031]实施例1

本实施例中公开了一种基于纳米材料增强吸光的太阳能电池及其制备方法，包括以下步骤：

1.硅片预处理：选用N型单晶硅片(厚度110±10μm，电阻率1-3Ω·cm)，使用RCA标准清洗流程去除表面杂质，通过湿法臭氧(O3)清洗15分钟，进一步去除表面污染物。

[0032]2.MOF-199纳米溶液：使用反应-扩散法在室温(25℃)下合成MOF-199纳米颗粒。DMF:乙醇:水=20 mL:20 mL:20 mL,将0.5wt%(0.3g) MOF-199加入混合溶液中，超声处理30min，得到MOF-199纳米溶液。

[0033]3.制绒工艺：制绒液配方：1wt% NaOH、1wt% 制绒添加剂，500 mL去离子水。将MOF-199溶液以一定流速(3 mL/min)连续引入制绒溶液。利用声波组装技术(频率30kHz)，引导MOF-199纳米颗粒定向排列于硅片表面。制绒时间控制在30分钟，形成金字塔结构并嵌入MOF-199纳米颗粒，结构如图1所示。制绒完成后，用去离子水冲洗硅片表面，去除残留刻蚀液。在150℃下进行30分钟低温退火处理。

3.非晶硅薄膜沉积：使用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)系统。本征层(i-a-Si:H)沉积：厚度8nm，温度200℃，压力0.5Pa，硅烷浓度10%。掺杂层(n-a-Si:H)沉积：厚度10nm，温度200℃，压力0.5Pa，硅烷浓度10%，掺杂剂为磷化氢(PH3)。掺杂层(p-a-Si:H)沉积：厚度15nm，温度200℃，压力0.5Pa，硅烷浓度10%，掺杂剂为二硼烷(B2H6)。

[0034]4.透明导电氧化物(TCO)层沉积：使用磁控溅射法沉积ITO层。沉积条件：温度220℃，功率300W，工作气压2Pa，Ar气氛。膜厚控制：正面和背面各100nm。

[0035]5.电极制备：顶电极：在正面TCO层上丝网印刷银浆(低温银浆)，线宽30μm，间距150μm背电极：在背面TCO层上丝网印刷银浆，形成主栅和细栅结构烧结处理：在230℃下烧结30分钟，确保电极与TCO层良好接触。

[0036]实施例2

与实施例1不同的是，加入1wt% MOF-199。

[0037]实施例3

与实施例1不同的是，加入2wt% MOF-199。

[0038]实施例4

与实施例1不同的是，将制绒后退火温度调整至200℃。

[0039]实施例5

与实施例1不同的是，将声波组装技术频率调整至50kHz。

[0040]对比例1

与实施例1不同的是，不使用 MOF-199。

[0041]对比例2

与实施例1不同的是，将声波组装技术频率调整至60kHz。

[0042]对比例3

与实施例1不同的是，将制绒后退火温度调整至250℃。

[0043]对以上实施例以及对比例进行反射率测试得到测试结果如表1所示。

[0044]表1

[0045]通过实验数据可知，当使用MOF-199后，反射率明显降低，加入2wt% MOF-199后，相比于对比例1降低2.32%，有效增强光吸收。实施例5，将声波组装技术频率调整至50kHz后，反射率略微增加0.05%，对比例2，将声波组装技术频率调整至60kHz后，反射率增加至9.78%，说明频率太高不利于光的吸收利用。实施例4，将制绒后退火温度调整至200℃后，反射率无明显变化，但当退火温度升高至250℃后，反射率上升，表明退火温度过高会降低MOF-199的增益效果。

[0046]对以上实施例以及对比例进行性能测试得到测试结果如表2所示。

[0047]表2

[0048]通过实验数据可知，当使用MOF-199后，电池效率明显提升，加入1wt% MOF-199后，相比于对比例1效率提升0.73%，为最佳添加浓度。加入过量2wt% MOF-199后,虽然短路电流提升，但开压及FF都有所下降，这可能是由于过量MOF导致制绒后电池片表面未清洗干净，导致非辐射复合增加，故效率有所下降。

[0049]实施例5，将声波组装技术频率调整至50kHz后，电池效率降低0.08%;对比例2，将声波组装技术频率调整至60kHz后，电池效率降低0.92%，表明频率过高反而会降低电池效率。实施例4，将制绒后退火温度调整至200℃后，效率仅降低0.04%;但当退火温度升高至250℃后，电池效率大幅降低0.3%，表明退火温度过高会降低MOF-199的增益效果，同时影响载流子传输效率。

[0050]从表1-表2可以看出，光电转换效率提升：通过MOF-199纳米颗粒增强光吸收和降低复合率，电池整体效率提升0.27%-0.73%。

[0051]反射率降低：MOF-199多孔结构与倒金字塔结构协同作用，反射率从传统工艺的10%降至7.8%，显著提升电池效率。

[0052]开路电压、短路电流提高：界面气孔减少和复合率降低，开路电压提升3-10mV，短路电流提升28mA/cm2。

[0053]填充因子优化：表面钝化效果增强，载流子收集效率提高，填充因子(FF)提升0.1-0.7%。

[0054]以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

说明书附图(1)