專利名稱：一種太陽能電池專用絨面導電玻璃及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于特殊玻璃生產技術領域，具體涉及一種太陽能電池專用絨面導電玻璃及其制備方法與應用。
背景技術：
導電玻璃是一種在普通平板玻璃的一側鍍有透明導電薄膜，使得整個玻璃具有透明和導電雙重功效的特種玻璃。除了在液晶顯示器、保溫門窗等方面的應用外，導電玻璃在光伏薄膜電池中通常是必不可少的組成部分——用作電池的透明電極和基板。導電玻璃光電品質的高低直接影響光伏電池的性能，因此是制備非晶硅、微晶硅、碲化鉻、銅銦鎵硒薄膜電池等的關鍵原材料之一。如何低成本地制備高品質太陽能電池專用導電玻璃，是制備低成本高效率太陽能電池，實現太陽能廉價發(fā)電的必要前提條件。目前，現有的用于生產太陽能電池的專用導電玻璃及制備方法有1)磁控濺射制備的氧化銦錫(ITO)導電玻璃；2)磁控濺射制備的氧化鋅鋁(AZO)導電玻璃；3)常壓化學氣相沉積法制備的摻氟二氧化錫(FTO)導電玻璃；4)低壓化學氣相沉積法制備的摻硼氧化鋅(BZO)或氧化鋅鋁(AZO)導電玻璃。為增強電池的光吸收，導電玻璃的透明導電膜需要具有納/微米尺度的絨度，即不平整度，使得光在入射時發(fā)生漫散射(通常通過霧度值來測量)，增加光在電池內部傳輸的光程(如圖1所示)。目前實驗室規(guī)模的導電玻璃樣品中，主要有以下三種絨面1)磁控濺射后用鹽酸濕法刻蝕制備的氧化鋅鋁(AZO)導電玻璃絨面(如圖2所示)；2)常壓化學氣相沉積法制備的摻氟二氧化錫(FTO)導電玻璃絨面(如圖3所示)；3)低壓化學氣相沉積法制備的摻硼氧化鋅(BZO)或氧化鋅鋁(AZO)導電玻璃絨面 (如圖4所示)。同時，透明導電膜的絨面形態(tài)必須保證電池吸收層的薄膜材料品質不會受其不平整度的影響。由于電池的制備過程往往都是各層薄膜按次序疊加生長的，透明導電膜在吸收層生長時是作為吸收層的直接襯底，其形貌直接影響著吸收層薄膜的生長方式和質量。 以微晶硅吸收層為例(如圖5所示)，不同的透明導電膜形貌造成了不同質地的微晶硅吸收層。當透明導電膜絨面形貌類似V形時(圖5A)，微晶硅吸收層容易形成裂縫，嚴重影響太陽能電池的性能。當絨面形貌類似U形時(圖5B)，微晶硅吸收層裂縫較小，甚至無裂縫(圖5C)。此外，碲化鉻吸收層對絨面形貌的要求比微晶硅更加苛刻，要求絨面必須全部由較淺的U形凹陷構成。以上三種現有絨面導電玻璃小規(guī)模樣品中，只有磁控濺射后濕法刻蝕制備的AZO導電玻璃和低壓化學氣相沉積的BZO (或ΑΖ0)導電玻璃有可能達到U形絨面形貌的要求， 但前者在工業(yè)化批量生產時遇到了濕法刻蝕工藝不易控制而造成的產品不均勻、不穩(wěn)定、 成品率低的問題，而后者則需要使用長時間的等離子體刻蝕工藝，工業(yè)化生產的成本過高。 因此，適合于生產微晶硅、碲化鉻薄膜電池的U形絨面導電玻璃的工業(yè)化低成本生產方法在全世界至今一直是個空白。正因為如此，微晶硅薄膜電池的生產成本仍然很高，而碲化鉻薄膜電池在生產時不得不只使用幾乎沒有任何絨度的平面FTO導電玻璃。

發(fā)明內容
為了克服現有技術的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種成本低廉的、 具有均勻可控的納米級U形絨面的大面積太陽能電池專用絨面導電玻璃。本發(fā)明的另一目的在于提供上述太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，采用磁控濺射鍍透明導電膜(ΙΤ0、ΑΖ0等)，然后用浸鍍的方法將納/微米球(直徑10納米-100 微米)吸附于其表面作為掩模，再通過磁控濺射在納/微米球間隙增加透明導電膜厚度，最后用超聲震動等機械或化學方法去除納/微米球，實現大面積低成本制備具有U形絨面的導電玻璃。本發(fā)明的再一目的在于提供上述太陽能電池專用絨面導電玻璃的應用。本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現一種太陽能電池專用絨面導電玻璃，其結構和組成是在玻璃基片上鍍有透明導電膜，透明導電膜的上表面是帶有納米級U形絨度的絨面；所述的透明導電膜的厚度是100-5000納米；所述的透明導電膜是氧化銦錫(ITO)或氧化鋅鋁(AZO)或其它透明導電薄膜材料 (等電點大于3)中的一種。上述太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，包括以下步驟(如圖6所示)(1)采用磁控濺射方式在玻璃基片上鍍上透明導電膜，得到導電玻璃A ；(2)取單分散納/微米球懸浮液，調節(jié)該懸浮液的ρΗ值為3-7 ；將導電玻璃A浸入懸浮液中，浸泡2-15分鐘，取出，用水沖洗，得到導電玻璃B ；由于ΙΤ0、ΑΖ0等透明導電膜的等電點(isoelectric point)比較大，一般為6-10， 而二氧化硅或聚苯乙烯納/微米球的等電點比較小，一般為2-4，因此當把導電玻璃浸泡于含有納/微米球的中性(PH值為7)或弱酸性(PH值為3-6)的懸浮液中時，透明導電膜表面帶負電，而納/微米球表面帶正電，造成兩種材料互相靜電吸引，經過一段時間后，透明導電膜表面幾乎全部被一層納/微米球所吸附。納/微米球在導電玻璃上的覆蓋面積比例隨納/微米球懸浮液的濃度、PH值和浸鍍時間而變化。(3)利用納/微米球作為掩模，在導電玻璃B上用磁控濺射方式鍍上透明導電膜， 得到導電玻璃C，新鍍的膜厚度不超過納/微米球的半徑，透明導電膜的總厚度為100-5000 納米；第二次使用磁控濺射鍍膜的原因是磁控濺射過程中鍍膜材料可以進入納/微米球的側下方，形成無棱角的U形表面形貌(如圖7所示)。(4)超聲清洗去除沉積在透明導電膜表面的納/微米球，從而在導電玻璃C表面形成U形納/微米大小的絨度，得到太陽能電池專用絨面導電玻璃。該導電玻璃在可見光波
4段的透過率為80%以上，面電阻小于10歐姆。步驟(1)和(3)所述的磁控濺射，其條件如下基礎真空度< 1 X IO-5Torr ；工作氣壓=I-IOmTorr ；工作氣體:Ar+02 ；濺射源支流或射頻13. 56MHz ；功率=IOO-IOOOff ；襯底溫度20-500°C ；沉積速率10-100nm/min ；步驟⑵所述的納/微米球的直徑為10納米-100微米；步驟( 所述的納/微米球的材質是二氧化硅或聚苯乙烯中的一種；步驟(2)所述的懸浮液中納/微米球的質量體積濃度是0. 01-1% ；步驟⑵所述的懸浮液的溶劑是水、甲醇或乙醇中一種；步驟⑵所述的導電玻璃在懸浮液中的浸泡時間優(yōu)選8-10分鐘；上述的太陽能電池專用絨面導電玻璃可以用作太陽能電池的透明電極或基板。本發(fā)明所述的納/微米球是指納米球或微米球；所述的納/微米是指納米或微米。本發(fā)明相對于現有技術具有如下的優(yōu)點及效果從工業(yè)化生產的角度，本方法所使用的平板玻璃磁控濺射、浸鍍、清洗等工藝均與標準工業(yè)生產工藝相匹配，生產效率高，可應用的玻璃面積大，重復性好，成品率高，且采用的納/微米球制備成本低廉，十分適合于低成本高質量的太陽能電池專用導電玻璃的生產。


圖1是非晶硅薄膜電池的切面結構示意圖。圖2是磁控濺射后用鹽酸濕法刻蝕制備的氧化鋅鋁(AZO)導電玻璃絨面顯微結構示意圖。圖3是常壓化學氣相沉積法制備的摻氟二氧化錫(FTO)導電玻璃絨面顯微結構示意圖。圖4是低壓化學氣相沉積法制備的摻硼氧化鋅(BZO)或氧化鋅鋁(AZO)導電玻璃絨面顯微結構示意圖。圖5是不同導電玻璃襯地上微晶硅薄膜的生長狀態(tài)比較。圖6是本發(fā)明太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法流程示意圖。圖7是以納/微米球為掩模進行磁控濺射鍍膜時薄膜沉積的方式示意圖。圖8是實施例1中鍍上了納/微米球的導電玻璃。圖9是實施例2中鍍上了納/微米球的導電玻璃。圖10是實施例3中鍍上了納/微米球的導電玻璃。圖11是實施例4中鍍上了納/微米球的導電玻璃。圖12是實施例5中鍍上了納/微米球的導電玻璃。圖13是實施例6中鍍上了納/微米球的導電玻璃。圖14是實施例1的導電玻璃去除納米球后的表面形貌俯視圖；A-放大倍數 10000，B-放大倍數 5000。圖15是實施例1的導電玻璃去除納米球后的表面形貌30度傾角側面圖；A-放大倍數10000，B-放大倍數5000。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1—種太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，包括以下步驟(如圖6所示)(1)采用磁控濺射方式在玻璃基片上鍍上AZO透明導電膜，得到導電玻璃A ；磁控濺射的條件如下基礎真空度0. 8X10_5Torr ；工作氣壓=ImTorr ；工作氣體Ar+& ；濺射源支流或射頻13. 56MHz ；功率=IOOOff ；襯底溫度:20°C ；沉積速率:100nm/min ；(2)取聚苯乙烯納米球(直徑1000納米)在水中的懸浮液(質量體積濃度為 0. 25%),調節(jié)該懸浮液的pH值為4 ；將導電玻璃A浸入懸浮液中，浸泡2分鐘，取出，用水輕輕沖洗，得到導電玻璃B;圖8可見導電玻璃B上浸鍍了一層納米球；(3)利用納米球作為掩模，在導電玻璃B上用磁控濺射的方式鍍上AZO透明導電膜(磁控濺射的條件同步驟(1))，得到導電玻璃C，新鍍的膜厚度不超過納米球的半徑，透明導電膜的總厚度為2000納米；(4)超聲清洗去除沉積在透明導電膜表面的納米球；得到一種太陽能電池專用絨面導電玻璃。去除納米球之后導電玻璃表面形貌如圖14和圖15所示，絨面形貌的凹陷區(qū)率較大，呈明顯的U形，且在導電玻璃的表面分布均勻；該導電玻璃在可見光波段的透過率為82%、面電阻3歐姆，可以用作太陽能電池的透明電極或基板。實施例2一種太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，包括以下步驟(如圖6所示)(1)采用磁控濺射方式在玻璃基片上鍍上AZO透明導電膜，得到導電玻璃A ；磁控濺射的條件如下基礎真空度0. 7X IO^5Torr ；工作氣壓=IOmTorr ；工作氣體Ar+& ；濺射源支流或射頻13. 56MHz ；功率=IOOff ；襯底溫度500°C ；沉積速率:10nm/min ；(2)取二氧化硅納米球(直徑1000納米)在乙醇中的懸浮液(質量體積濃度為 0.5%),調節(jié)該懸浮液的pH值為7 ；將導電玻璃A浸入懸浮液中，浸泡4分鐘，取出，用水輕輕沖洗，得到導電玻璃B;圖9可見導電玻璃B上浸鍍了一層納米球；(3)利用納/微米球作為掩模，在導電玻璃B上用磁控濺射的方式鍍上AZO透明導電膜(磁控濺射的條件同步驟(1))，得到導電玻璃C，新鍍的膜厚度不超過納/微米球的半徑，透明導電膜的總厚度為3000納米；(4)超聲清洗去除沉積在透明導電膜表面的納/微米球，從而在導電玻璃表面C形成U形納/微米大小的絨度，得到太陽能電池專用絨面導電玻璃，該導電玻璃在可見光波段的透過率為83%、面電阻4歐姆，可以用作太陽能電池的透明電極或基板。實施例3一種太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，包括以下步驟(如圖6所示)(1)采用磁控濺射方式在玻璃基片上鍍上ITO透明導電膜，得到導電玻璃A，磁控濺射的條件如下基礎真空度0. 9X KT5T1Orr ；工作氣壓4mTorr ；工作氣體Ar+& ；濺射源支流或射頻13. 56MHz ；功率800W ；襯底溫度100°C ；沉積速率80nm/min ；
(2)取聚苯乙烯納米球(直徑1000納米)在水中的懸浮液(質量體積濃度為 0.1%),調節(jié)該懸浮液的PH值為6 ；將導電玻璃A浸入懸浮液中，浸泡6分鐘，取出，用水輕輕沖洗，得到導電玻璃B;圖10可見導電玻璃B上浸鍍了一層納米球；(3)利用納/微米球作為掩模，在導電玻璃B上用磁控濺射的方式鍍上ITO透明導電膜(磁控濺射的條件同步驟(1))，得到導電玻璃C，新鍍的膜厚度不超過納/微米球的半徑，透明導電膜的總厚度為1000納米；(4)超聲清洗去除沉積在透明導電膜表面的納/微米球，從而在導電玻璃C表面形成U形納/微米大小的絨度，得到太陽能電池專用絨面導電玻璃，該導電玻璃在可見光波段的透過率為81%、面電阻2歐姆，可以用作太陽能電池的透明電極或基板。實施例4—種太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，包括以下步驟(如圖6所示)(1)采用磁控濺射方式在玻璃基片上鍍上AZO透明導電膜，得到導電玻璃A，磁控濺射的條件如下基礎真空度0. 5X IO^5Torr ；工作氣壓6mTorr ；工作氣體Ar+& ；濺射源支流或射頻13. 56MHz ；功率200W ；襯底溫度400°C ；沉積速率40nm/min ；(2)取聚苯乙烯納米球(直徑1000納米)在水中的懸浮液(質量體積濃度為 0. 75% )，調節(jié)該懸浮液的pH值為3 ；將導電玻璃A浸入懸浮液中，浸泡8分鐘，取出，用水輕輕沖洗，得到導電玻璃B;圖11可見導電玻璃B上浸鍍了一層納米球，覆蓋率達到90%以上。(3)利用納/微米球作為掩模，在導電玻璃B上用磁控濺射的方式鍍上AZO透明導電膜(磁控濺射的條件同步驟(1))，得到導電玻璃C，新鍍的膜厚度不超過納/微米球的半徑，透明導電膜的總厚度為100納米；(4)超聲清洗去除沉積在透明導電膜表面的納/微米球，從而在導電玻璃C表面形成U形納/微米大小的絨度，得到太陽能電池專用絨面導電玻璃，該導電玻璃在可見光波段的透過率為84%、面電阻5歐姆，可以用作太陽能電池的透明電極或基板。實施例5一種太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，包括以下步驟(如圖6所示)(1)采用磁控濺射方式在玻璃基片上鍍上AZO透明導電膜，得到導電玻璃A，磁控濺射的條件如下基礎真空度0. 6X KT5T1Orr ；工作氣壓8mTorr ；工作氣體Ar+& ；濺射源支流或射頻13. 56MHz ；功率400W ；襯底溫度300°C ；沉積速率20nm/min ；(2)取聚苯乙烯納米球(直徑1000納米)在甲醇中的懸浮液(質量體積濃度為 1%),調節(jié)該懸浮液的PH值為3 ；將導電玻璃A浸入懸浮液中，浸泡10分鐘，取出，用水輕輕沖洗，得到導電玻璃B;圖12可見導電玻璃B上浸鍍了一層納米球，覆蓋率達到90%以上。(3)利用納/微米球作為掩模，在導電玻璃B上用磁控濺射的方式鍍上AZO透明導電膜(磁控濺射的條件同步驟(1))，得到導電玻璃C，新鍍的膜厚度不超過納/微米球的半徑，透明導電膜的總厚度為5000納米；(4)超聲清洗去除沉積在透明導電膜表面的納/微米球，從而在導電玻璃C表面形成U形納/微米大小的絨度，得到太陽能電池專用絨面導電玻璃，該導電玻璃在可見光波段的透過率為82%、面電阻3歐姆，可以用作太陽能電池的透明電極或基板。實施例6一種太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，包括以下步驟(如圖6所示)(1)采用磁控濺射方式在玻璃基片上鍍上AZO透明導電膜，得到導電玻璃A，磁控濺射的條件如下基礎真空度0. 4X IO-5Torr ；工作氣壓2mTorr ；工作氣體Ar+& ；濺射源支流或射頻13. 56MHz ；功率600W ；襯底溫度200°C ；沉積速率60nm/min ；(2)取聚苯乙烯納米球(直徑1000納米)在甲醇中的懸浮液(質量體積濃度為 0.01%),調節(jié)該懸浮液的PH值為4 ；將導電玻璃A浸入懸浮液中，浸泡15分鐘，取出，用水輕輕沖洗，得到導電玻璃B;圖13可見導電玻璃B上浸鍍了一層納米球；(3)利用納/微米球作為掩模，在導電玻璃B上用磁控濺射的方式鍍上AZO透明導電膜(磁控濺射的條件同步驟(1))，得到導電玻璃C，新鍍的膜厚度不超過納/微米球的半徑，透明導電膜的總厚度為4000納米；(4)超聲清洗去除沉積在透明導電膜表面的納/微米球，從而在導電玻璃C表面形成U形納/微米大小的絨度，得到太陽能電池專用絨面導電玻璃，該導電玻璃在可見光波段的透過率為82%、面電阻3歐姆，可以用作太陽能電池的透明電極或基板。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種太陽能電池專用絨面導電玻璃，其特征在于在玻璃基片上鍍有透明導電膜， 透明導電膜的上表面是帶有納/微米級U形絨度的絨面。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池專用絨面導電玻璃，其特征在于所述的透明導電膜的厚度為100-5000納米。
3.根據權利要求1或2所述的太陽能電池專用絨面導電玻璃，其特征在于所述的透明導電膜是氧化銦錫或氧化鋅鋁中的一種。
4.權利要求1所述的太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)采用磁控濺射方式在玻璃基片上鍍上透明導電膜，得到導電玻璃A；(2)取納/微米球懸浮液，調節(jié)該懸浮液的PH值為3-7；將導電玻璃A浸入懸浮液中， 浸泡2-15分鐘，取出，用水沖洗，得到導電玻璃B ；(3)利用納/微米球作為掩模，在導電玻璃B上用磁控濺射方式鍍上透明導電膜，得到導電玻璃C，新鍍的膜厚度不超過納/微米球的半徑，透明導電膜的總厚度為100-5000納米；(4)超聲清洗去除沉積在透明導電膜表面的納/微米球，得到太陽能電池專用絨面導電玻璃。
5.根據權利要求4所述的太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，其特征在于 步驟⑴和⑶所述的磁控濺射，其條件如下基礎真空度< IXlO-5Torr;工作氣壓 I-IOmTorr ；工作氣體:Ar+02 ；濺射源支流或射頻13. 56MHz ；功率=IOO-IOOOff ；襯底溫度 20-500 0C ；沉積速率10-100nm/min。
6.根據權利要求4所述的太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的納/微米球的直徑為10納米-100微米。
7.根據權利要求4所述的太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，其特征在于步驟( 所述的納/微米球的材質是二氧化硅或聚苯乙烯中的一種。
8.根據權利要求4所述的太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的懸浮液中納/微米球的質量體積濃度是0.01-1% ；步驟( 所述的懸浮液的溶劑是水、甲醇或乙醇中一種。
9.根據權利要求4所述的太陽能電池專用絨面導電玻璃的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的導電玻璃在懸浮液中的浸泡時間為8-10分鐘。
10.權利要求1所述的太陽能電池專用絨面導電玻璃作為太陽能電池透明電極或基板的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能電池專用絨面導電玻璃及其制備方法與應用。一種太陽能電池專用絨面導電玻璃，在玻璃基片上鍍有透明導電膜，透明導電膜的上表面是帶有納米級U形絨度的絨面；其制備方法是采用磁控濺射鍍透明導電膜，然后用浸鍍的方法將納/微米球吸附于其表面作為掩模，再通過磁控濺射在納/微米球間隙增加透明導電膜厚度，最后用超聲震動方法去除納/微米球，實現大面積低成本制備具有納米級U形絨面的導電玻璃。本發(fā)明方法得到的導電玻璃重復性好、U形絨面尺度合適、分布均勻、生產效率高、生產成本低，適合于推廣應用。
文檔編號H01L31/18GK102254961SQ20111014127
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月28日 優(yōu)先權日2011年5月28日
發(fā)明者王洋 申請人:惠州市易暉太陽能科技有限公司