制造衬底的方法和设备技术

公开了用于制造太阳能电池衬底(1)的方法，其中金属粒子(3)沉积在衬底(2)的表面上。金属粒子(3)通过液体火焰喷涂方法以使得所述粒子的平均直径为30nm至150nm这样的方式来产生，并且控制沉积方法以使得粒子(3)之间的平均距离(距离)不超过粒子(3)的平均直径的四(4)倍。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可用于制造高效太阳能电池、特别是用于制造敏化太阳能电池的太阳能电池衬底。所述太阳能电池衬底由玻璃制造并且包含在玻璃衬底之中或之上的金属粒子。所述金属粒子优选为银、金或铜粒子。本专利技术还涉及用于制造这类太阳能电池衬底的设备。
技术介绍
薄膜太阳能电池在低成本光电器件中起到重要的作用，但与基于晶片的电池相比是以降低效率为代价的。然而，通过利用次波长金属纳米粒子的光学性质，可以改善薄膜太阳能电池(也称为光伏(PV)电池)的效率。次波长金属粒子支持称为表面等离子体的表面模式。等离子体是载流子的密度波。局域化的表面等离子体共振与产生等离子体的粒子附近的空间区域中的场振幅的优异改善有关。局部场的提高可以导致改善的光学性质。因而，表面等离子体致使金属粒子强烈地将光散射到下面的衬底之中，由此提高阳光吸收到太阳能电池中。适合的金属包括金、银和铜。通过使用慢蒸发法、热蒸发法和光催化沉积在基于玻璃和硅的太阳能电池衬底的表面上产生了表面等离子体。然而，这些生产方法均不能以这样的速度来产生表面等离子体，即，使得所述生产能够被整合到当前薄膜太阳能电池生产线中，其中衬底在所述生产线中以l_20m/分钟的速度移动。因而，需要一种用于制造包含次波长金属粒子的太阳能电池衬底的方法。
技术实现思路
完成专利FI98832 (Liekki Oy, 1997年3月16日)描述了一种利用液体火焰喷涂(liquid flame spraying, LFS)方法来制备贵金属粒子如钼、银和金粒子的方法。在LFS方法中，使金属盐溶解在合适的溶剂如水或醇中并且将液体进料到液体火焰喷枪中。在所述枪中，液体首先雾化成细微的小滴并且将所述小滴基本上快速地进料到热反应器中，通常进料到火焰中。液体和金属在火焰中蒸发。然后蒸发的金属经由熟知的气体-粒子路线形成纳米粒子。粒子的尺寸取决于例如质量进料速率，并且平均粒度通常为10至200nm。本专利技术的基本特征在于通过控制与衬底进料速率可比的进入到液体火焰喷涂设备中的质量进料速率，能够将次波长金属粒子沉积到衬底上，使得平均粒子直径为30nm至150nm、优选SOnm至120nm并且在衬底表面上的次波长粒子之间的平均距离等于或小于平均粒子直径的4倍。在优选的实施方案中，这通过利用气流来使液体火焰喷涂设备中产生的粒子流急冷(quench)来实现,所述气流使粒子流冷却下来并宽化。附图说明 下文中，将参照所附原理图更为详细地描述本专利技术，在附图中图I为通过本专利技术制造的衬底的示意图；和图2为本专利技术方法的示意图。为清楚起见，附图仅仅示出对于理解本专利技术而言所必需的细节。附图中已经省略了对于理解本专利技术来说不必要的和对本领域任一技术人员而言显见的结构和细节以着重强调本专利技术的特性。具体实施例方式对于高效太阳能电池来说，最重要的是最大部分的阳光吸收在发生光电转化的电池层上。通过利用由次波长金属粒子产生的等离子体共振可以改善所述吸收。等离子体共振粒子优选沉积在薄膜太阳能电池制造所需的衬底上。有利的是，在例如制造透明导电氧化物(TCO)层的过程中沉积这类金属粒子，这是因为太阳能电池需要至少一个这样的TCO层用于电流流动。通常，这样的TCO层通过溅射或通过热解工艺来产生。在热解工艺中，在550-700°C下以l_20m/分钟在玻璃衬底上制造TCO膜。 图I示出由本专利技术制造的衬底I的示意图。平坦的玻璃衬底2的厚度为2mm-6mm。平均直径为约IOOnm的银粒子3沉积在玻璃衬底2上。银粒子之间的距离(标记为“距离”)优选小于所述平均直径的四(4)倍(即，400nm)，更优选小于所述平均直径的2. 5倍(即，250nm)。采用这样的短平均距离，等离子体共振频率移向较高波长(红移)并且太阳能电池的太阳辐射吸收得以异常地提高。银粒子可以是团聚的(标记为“团聚”)，优选作为链状团聚体。在所述团聚体中，单独的金属粒子通过基本上弱的力如通过范德华力保持在一起。在最佳实施方案中，这类团聚体通过使液体火焰喷涂工艺的粒子流急冷形成。图2示出了根据本专利技术的方法的一个实施方案的示意图。在完成专利FI98832中描述的液体火焰喷涂设备100用来制造所需的银粒子3，其中将44g硝酸银(AgNO3)溶解在IOOcm3水(H2O)中。溶液的流量为15cm3/分钟。通过导管7以IOOdm3/分钟的流量供应氢气(H2)并且通过导管8以50dm3/分钟的流量供应氧气(O2)。将氢气流进料到双流体雾化器10中，在雾化器10中气流使液体流雾化成小滴11。小滴11的平均直径优选小于10微米。小滴11，包括它们所含有的银金属在内，基本上在通过点燃氢气/氧气混合物而产生的火焰20中蒸发。至少部分的金属蒸气成核并且另外金属在核上冷凝，从而形成纳米级金属粒子3。通过导管5以200dm3/分钟的流量将氮气(N2)进料到液体火焰喷涂设备100中。将氮气进一步导向气体喷嘴40，从喷嘴40逸出的氮气有效地使金属粒子流急冷，从而使粒子3的进一步生长停止。本专利技术的一个基本特征为控制硝酸银的质量流动、喷嘴40的位置和氮气的质量流动，并且以此方式可以将粒子3的平均直径设置为30-150nm、优选80_120nm的值。金属粒子3沉积在衬底2上，从而形成太阳能电池衬底I。至少一部分的粒子3可以作为团聚体沉积。当使用玻璃作为衬底2时，衬底2的温度优选为530°C至700°C。在不同的温度下，金属粒子沉积在衬底2上或至少部分地沉积在衬底2中。这具有调节所需的等离子体共振频率的作用。在玻璃衬底2为基本上4mm厚的平玻璃板、所述板的外部尺寸为1400mmX IlOOmm并且衬底2在玻璃涂布线上以5m/分钟的速度移动的一个实施方案中，当利用图2的三(3)液体火焰喷涂设备来进行涂布时，银粒子可以沉积在衬底2上，其中所述三(3)液体火焰喷涂设备以50m/分钟的速度在基本上垂直于玻璃涂布线的方向上横跨衬底2。所述横跨优选通过使所述设备重复地往返扫过玻璃涂布线的宽度来实现。通过调节液体火焰喷涂设备的移动速度(traversing speed),可以控制粒子(3)之间的平均距离(距离)。通过 以不同方式组合以上给出的结合本专利技术的不同实施方案而公开的方式，可以产生根据本专利技术的精神的多个实施方案。因此，上述实例不应解释为限制本专利技术，相反本专利技术的实施方案可以在权利要求中给出的本专利技术特征的范围内自由地进行改变。权利要求1.一种用于制造太阳能电池衬底⑴的方法，其中金属粒子⑶沉积在衬底⑵的表面上，所述方法包括 a.通过液体火焰喷涂方法产生金属粒子(3)； b.将所述粒子的平均直径调节为30nm至150nm;以及 c.控制沉积过程以使得所述粒子(3)之间的平均距离(距离)不超过所述粒子(3)的平均直径四⑷倍。2.根据权利要求I的方法，包括通过气体流使由所述液体火焰喷涂方法产生的所述金属粒子(3)流急冷，以调节所述粒子(3)的平均直径。3.根据权利要求I或2的方法，包括控制用以由所述液体火焰喷涂方法产生所述金属粒子(3)的前体的质量进料速率，以调节所述粒子(3)的平均直径。4.根据权利要求1-3的方法，其中所述金属粒子(3)的平均直径为SOnm至120nm。5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述金属粒子(3)包括银、金或铜。6.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托米·瓦伊尼奥，亚尔莫·斯卡尔普，
申请(专利权)人：BENEQ有限公司，
类型：发明
国别省市：