硅基光伏器件面电极材料处理工艺
阅读说明：本技术 硅基光伏器件面电极材料处理工艺 (Treatment process of silicon-based photovoltaic device surface electrode material ) 是由 周祥 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明属于硅基光伏器件技术领域,尤其是硅基光伏器件面电极材料处理工艺,针对存在的吸光效率和载流传输能力不佳的问题,现提出以下方案,包括以下步骤,S1,纳米Si-P.T-Ag复合材料、ECA(粘合剂)、AB(乙炔黑)分别以75-80%、5-10%、5-10%的比例准确称取,放入球研磨机中研磨均匀,得到纳米混合料。本发明采用硅-聚噻吩-银离子阵列替代平面硅作为光吸收层,由于硅线优异的吸光能力和有效的载流子传输能力,配合上该样品具有较高容量保持率,其中聚噻吩和银离子配合本身具有一些特殊的功能,保持了样品具有较高容量保持率,提升了其较好的电子导电率和较高的弹性模量。(The invention belongs to the technical field of silicon-based photovoltaic devices, in particular to a treatment process of a silicon-based photovoltaic device surface electrode material, and provides a scheme aiming at the problem of poor light absorption efficiency and current-carrying transmission capacity, wherein the method comprises the following steps of S1, accurately weighing a nano Si-P.T-Ag composite material, an ECA (adhesive) and AB (acetylene black) according to the proportion of 75-80%, 5-10% and 5-10%, and uniformly grinding the materials in a ball grinder to obtain a nano mixture. According to the invention, the silicon-polythiophene-silver ion array is adopted to replace planar silicon to serve as the light absorption layer, and the sample has a high capacity retention rate due to the excellent light absorption capacity and effective carrier transmission capacity of a silicon line, wherein the polythiophene and silver ion have some special functions in cooperation, so that the sample is kept to have the high capacity retention rate, and the good electronic conductivity and the high elastic modulus of the sample are improved.)
技术领域
本发明涉及硅基光伏器件技术领域，尤其涉及硅基光伏器件面电极材料处理工艺。
背景技术
硅基太阳电池主要包括单晶硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池和多晶硅薄膜太阳电池。其中单晶硅太阳电池的转换效率最高，在目前商业化太阳电池市场中占绝对统治地位。澳大利亚新南威尔士大学MartinGreen等人报道单晶硅太阳能电池在标准条件下的光电转換效率达到24.7%，该效率为目前硅基太阳能电池领域公开报道的最高值，它已非常接近硅基太阳能电池理论计算值的上限。转化效率无疑非常具有竞争力，但由于其原材料价格高、复杂的制作工艺的影响，致使其成本太高，不利于实现大规模的民用光伏发电。
如授权公告号为CN101474897所公开的一种石墨烯-有机材料层状组装膜及其制备方法，它是基于石墨 烯及有机材料的层状组装膜和制备方法。在薄膜材料 科学，光、电、磁信息转换及处理器件，生物工程，表面工程以及分子构造等方面具有广泛的应用潜能。
但是石墨烯有机材料层状组装的电极制备工艺复杂，而且很多材料的弹性模量和导电率达不到最佳，而且很多时候由于光电转化时，吸光能力和有效的载流子传输能力也达不到最佳。
发明内容
本发明提出的硅基光伏器件面电极材料处理工艺，解决了吸光效率和载流传输能力不佳的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
硅基光伏器件面电极材料处理工艺，包括以下步骤：
S1：纳米Si-P.T-Ag复合材料、ECA(粘合剂)、AB(乙炔黑)分别以75-80%、 5-10%、5-10%的比例准确称取，放入球研磨机中研磨均匀，得到纳米混合料；
其中S1中的纳米Si-P.T-Ag复合材料的制备方法如下：
S1-1：通过分散剂PC加入材料制备罐内，加入适量蒸馏水，在磁力搅拌器下搅拌l.0-1.2h, 然后加入纳米硅粉加入其中继续搅拌，得到分散液A；
S1-2：在分散液A中，用移液管取适量EDOT（噻吩单体），滴加到烧杯中，继续搅拌2.0-2.4h使他们能够均匀的分散，得到分散液B；
S1-3：在分散液B中倒入浓度为1.7-2.3g/ml的AgNO3缓缓滴加到制备罐中，之后用溶解的还原剂NaBr和NH2OH慢慢滴加到制备罐中，与AgNO3发生还原反应生成银颗粒,再加入溶解有过Ag2O的溶液，持续消耗过量的还原剂NaBr和NH2OH，再加入过硫酸钠使噻吩单体氧化生成聚噻吩,聚噻吩和银颗粒附着硅表面，得到纳米Si-P.T-Ag复合材料；
S2：用滴管逐滴将NMP(N-甲基吡咯烷酮)滴入球研磨机中，同时纳米混合料溶于NMP中，通过低速研磨直至形成黑色粘稠糊状物质；
S3：取聚酰亚胺薄膜裁切成矩形，用真空水泵将其吸在平整的聚乙烯板上，蘸取少量丙酮擦拭聚酰亚胺薄膜表面，除去油脂等杂质，然后将S2中的黑色粘稠糊状物质兑入ECA形成流体状，通过流延在聚酰亚胺薄膜上，然后利用金属薄片旋涂，同时每次流延覆盖约为0.10-0.15 mm的材料层，流延次数在3-5次，成型厚度在0.25-0.40mm的薄膜型面电极材料；
S6：将流延均匀的薄膜型面电极材料放入真空干燥箱，温度设定为100-105℃，真空干燥10-13h，待冷却后取出。
作为本发明进一步的方案，所述S1-1中分散剂PC的用量和蒸馏水配比呈分散剂溶液的浓度为15.9-16.3mg/L，且分散剂PC和纳米硅粉之间的质量份数配比为1.0:58.0-62.0。
作为本发明进一步的方案，所述S1-2中EDOT的用量在1.25-1.30ml，且EDOT聚合形成的聚噻吩的效率在82-92%。
作为本发明进一步的方案，所述S2中NMP的浓度在2.3-3.7mg/L。
作为本发明进一步的方案，所述聚酰亚胺薄膜的规格根据面电极材料的规格而定，其中聚酰亚胺薄膜可通过PEDOT：PSS薄膜材料替换。
作为本发明进一步的方案，所述S3中在聚酰亚胺薄膜的表面旋涂材料层后甲基化处理使其钝化薄膜表面。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本电极材料处理工艺中，采用硅-聚噻吩-银离子阵列替代平面硅作为光吸收层，由于硅线优异的吸光能力和有效的载流子传输能力，配合上该样品具有较高容量保持率，其中聚噻吩和银离子配合本身具有一些特殊的功能，保持了样品具有较高容量保持率，提升了其较好的电子导电率和较高的弹性模量，可以缓解硅在脱嵌锂过程中产生的体积膨胀，其电极材料的响应率有了很大的提高，从0.30-0.32 A/W提高到0.50-0.55 A/W。
附图说明
图1为本发明提出的硅基光伏器件面电极材料处理工艺的工艺流程图；
图2为本发明提出的硅基光伏器件面电极材料处理工艺的实施例1-4材料构成结构表。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
参照图1：硅基光伏器件面电极材料处理工艺，包括以下步骤：
S1：纳米Si-P.T-Ag复合材料、ECA(粘合剂)、AB(乙炔黑)分别以75-80%、 5-10%、5-10%的比例准确称取，优选为8:1:1，放入球研磨机中研磨均匀，得到纳米混合料；
其中S1中的纳米Si-P.T-Ag复合材料的制备方法如下：
S1-1：通过分散剂PC加入材料制备罐内，加入适量蒸馏水配制呈15.9-16.3mg/L，在磁力搅拌器下搅拌l.0-1.2h, 然后加入和分散剂PC比例为1.0:58.0-62.0的纳米硅粉加入其中继续搅拌，得到分散液A；
S1-2：在分散液A中，用移液管取1.25-1.30ml的EDOT（噻吩单体），滴加到烧杯中，继续搅拌2.0-2.4h使他们能够均匀的分散，得到分散液B；
S1-3：在分散液B中倒入浓度为1.7-2.3g/ml的AgNO3缓缓滴加到制备罐中，之后用溶解的还原剂浓度为3.5-4.2g/ml的NaBr和4.0-5.8g/mlNH2OH慢慢滴加到制备罐中，与AgNO3发生还原反应生成银颗粒,再加入溶解有过Ag2O的溶液，持续消耗过量的还原剂NaBr和NH2OH，再加入浓度为12.3-13.4g/ml的过硫酸钠使噻吩单体氧化生成聚噻吩,聚噻吩和银颗粒附着硅表面，得到纳米Si-P.T-Ag复合材料；
S2：用滴管逐滴将2.3-3.7mg/L的NMP(N-甲基吡咯烷酮)滴入球研磨机中，同时纳米混合料溶于NMP中，通过低速研磨直至形成黑色粘稠糊状物质；
S3：取聚酰亚胺薄膜裁切成矩形，聚酰亚胺薄膜的规格根据面电极材料的规格，用真空水泵将其吸在平整的聚乙烯板上，蘸取少量丙酮擦拭聚酰亚胺薄膜表面，除去油脂等杂质，然后将S2中的黑色粘稠糊状物质兑入ECA形成流体状，通过流延在聚酰亚胺薄膜上，然后利用金属薄片旋涂，表面旋涂材料层后甲基化处理使其钝化薄膜表面，同时每次流延覆盖约为0.10-0.15 mm的材料层，流延次数在3-5次，成型厚度在0.25-0.40mm的薄膜型面电极材料；
S6：将流延均匀的薄膜型面电极材料放入真空干燥箱，温度设定为100-105℃，真空干燥10-13h，待冷却后取出。
实施例2
参照图2，硅基光伏器件面电极材料处理工艺，本实施例中相对于实施例1，主要区别在于本实施例中，本基底采用PEDOT：PSS薄膜材料，其中聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)具有优良的光电性能,广泛应用于有机光电子器件领域，PEDOT-PSS是一种聚合物胶体分散溶液,可较为方便地用于制备有机超薄膜．目前制备PEDOT-PSS超薄膜的主要方法有旋涂法(spin-coat)和静电自组装法(electrostatic self--assembly)。
以下为静电自组装法，其具体步骤如下：
使用KSV-5000 LB成膜系统（芬兰KSV公司)制备薄膜．取0.1 mL PEDOT-PSS溶液超声处理15 min，然后用0.45 um的 PVDF滤膜过滤,浴于一定体积的超纯水,再超声波处理15min,最后添加于LB槽中，取80 mL十八胺氯仿溶波(0.5 ng/mL)或十八胺–硬鸭酸（摩尔比2:1)氯仿溶液铺展于亚相,稳定30min使氯仿完全挥发,并使PEDOT-PSS胶体粒子静电附于单分子膜，计算机控制压杆以0.5 mm/min的速率压缩单分子膜,同时记录膜压变化,待膜压达到设定值后,保持膜压反复压缩单分子层30 min，然后以1 mm/min 的速率将复合膜转移至基片上，将不同层数的LB膜沉积于石英基片上。
实施例3
参照图2，硅基光伏器件面电极材料处理工艺，本实施例中相对于实施例1，主要区别在于本实施例中，对于聚酰亚胺柔性衬底硅基薄膜太阳电池,由于聚合物衬底材料的限制,材料制备就需要采用倒结构(n-p)和比较低的沉积温度(160-200℃),所以理想的窗口层电极材料应具有宽带隙和高电导率，并且沉积温度不易过高，尽量减小沉积过程对电池的损伤,在聚酰亚胺柔性衬底上覆ZnO薄膜，且ZnO薄膜中掺入Al,引入n型掺杂，ZnO的电导率可以达到10-4O.cm。
本发明中，选用掺Al(5wt %)的ZnO陶瓷靶，靶和聚酰亚胺薄膜相同呈矩形，相对放置贴合，聚酰亚胺薄膜先用去离子水加入丙酮在超声波仪器中清洗，然后放入真空干燥箱烘干，溅射气体为高纯Ar(99. 999 %)，总压强范围是0.2 Pa至1.0 Pa,溅射电流在0.2A至0.6A之间，溅射电压固定在350V，形成在聚酰亚胺柔性衬底上覆ZnO薄膜，再在表面旋涂黑色粘稠糊状物质，成型厚度在0.32-0.35mm的薄膜型面电极材料。
其中实施例2-3是通过改变基底的材料或者基底材料改性，保证其光电性能的提升。
实施例4
参照图2，硅基光伏器件面电极材料处理工艺，包括以下步骤：
S1：纳米Si-PPY-Ag复合材料、ECA(粘合剂)、AB(乙炔黑)分别以75-80%、 5-10%、5-10%的比例准确称取，放入球研磨机中研磨均匀，得到纳米混合料；
其中S1中的纳米Si-PPY-Ag复合材料的制备方法如下：
S1-1：通过分散剂N加入材料制备罐内，加入适量蒸馏水配制呈13.5-14.1mg/L，在磁力搅拌器下搅拌l.0-1.2h, 然后加入和分散剂PC比例为1.0:58.0-62.0的纳米硅粉加入其中继续搅拌，得到分散液A；
S1-2：在分散液A中，用移液管取1.20-1.25ml的噻吩单体，滴加到烧杯中，继续搅拌2.0-2.4h使他们能够均匀的分散，得到分散液B；
S1-3：在分散液B中倒入浓度为1.7-2.3g/ml的AgNO3缓缓滴加到制备罐中，之后用溶解的还原剂浓度为3.5-4.2g/ml的NaBr和4.0-5.8g/mlNH2OH慢慢滴加到制备罐中，与AgNO3发生还原反应生成银颗粒,再加入溶解有过Ag2O的溶液，持续消耗过量的还原剂NaBr和NH2OH，再加入浓度为15-16g/ml的过硫酸钠使吡咯单体氧化生成PPY（聚吡咯）,PPY和银颗粒附着硅表面，得到纳米Si-PPY-Ag复合材料；
S2：用滴管逐滴将2.0-2.5mg/L的NMP(N-甲基吡咯烷酮)滴入球研磨机中，同时纳米混合料溶于NMP中，通过低速研磨直至形成黑色粘稠糊状物质；
S3：取聚酰亚胺薄膜裁切成矩形，聚酰亚胺薄膜的规格根据面电极材料的规格，用真空水泵将其吸在平整的聚乙烯板上，蘸取少量丙酮擦拭聚酰亚胺薄膜表面，除去油脂等杂质，然后将S2中的黑色粘稠糊状物质兑入ECA形成流体状，通过流延在聚酰亚胺薄膜、PEDOT：PSS薄膜材料或ZnO-Al聚酰亚胺薄膜上，然后利用金属薄片旋涂，表面旋涂材料层后甲基化处理使其钝化薄膜表面，同时每次流延覆盖约为0.08-0.20 mm的材料层，流延次数在2-6次，成型厚度在0.20-0.45mm的薄膜型面电极材料；
S6：将流延均匀的薄膜型面电极材料放入真空干燥箱，温度设定为95-102℃，真空干燥9-11h，待冷却后取出。
实施例4中通过聚吡咯替代聚噻吩作为导电粘合剂，其受热性质更加稳定，对空穴抑制效果更佳。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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