一种太阳能电池光回归反射对电极及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种太阳能电池光回归反射对电极及其制备方法。

背景技术：

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。当太阳光照射到光敏层上时，其中有小部分的光被表面反射掉，另外有一小部分的光则被光敏层吸收，而大部分的光被透过。显然，被透过的光如果不加以利用，这部分的光就会造成浪费。

目前，为了提高太阳能电池的效率，采用金属膜放置于对电极的背面是一种简易而有效的办法。通过在对电极的背面增加一层金属反射膜把从光阳极透过的没有被充分利用的光再次反射回光阳极，达到二次利用光的目的。通过金属膜对光的反射将进一步增加光在电池光阳极中的传播路径，增加其对光的吸收，从而提高太阳电池的光电转换效率。然而，上述方法仍然有限，这主要是因为它具有以下两点不足之处：(1)金属反射膜的光损较大，反射效率不可能很高；(2)金属反射膜尽管具有较高的反射率，但其反射原理是镜面反射，到达金属反射膜表面的入射光(除了垂直入射光以外)经过镜面反射后光路发生变化，重新回到太阳能电池中的效率不高。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、紧凑，经济实用，可最大限度提高太阳电池的光电转换效率，稳定性好，适用于工业化生产的太阳能电池光回归反射对电极及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种太阳能电池光回归反射对电极，该对电极包括基板、由下而上依次设置在基板上的第一反射层、第二反射层、透明树脂层、胶黏剂层以及太阳能电池对电极层，其中，所述的第二反射层的厚度大于第一反射层的厚度，并且所述的第二反射层中均匀布设有玻璃微珠，该玻璃微珠的下部包埋在第二反射层中，上部包埋在透明树脂层中。

所述的第一反射层与第二反射层均为金属反射层，并且所述的第一反射层的厚度≤3μm，所述的第二反射层的厚度为10-50μm。

所述的玻璃微珠为粒径为20-150μm的球形玻璃微珠，该球形玻璃微珠的折射率≥1.8。

所述的玻璃微珠的粒径为第二反射层的厚度的2-3倍。

所述的透明树脂层为厚度为50-100μm的丙烯酸酯树脂层或聚乙烯醇缩丁醛树脂层。

所述的胶黏剂层中的胶黏剂为压敏型胶黏剂，并且所述的胶黏剂层的厚度为3-5μm。

所述的基板为玻璃基板、塑料基板或金属基板。

一种太阳能电池光回归反射对电极的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)基板清洗：取一基板，将基板表面用清洗剂、水清洗干净，并干燥；

(2)涂布第一反射层：采用印刷技术，将反射层材料均匀涂布在基板的表面上，形成第一反射层，通过控制印刷网板目数，使第一反射层的厚度＜3μm，并加热使之完全固化；

(3)涂布第二反射层：采用印刷技术，将反射层材料均匀涂布在第一反射层的表面上，形成第二反射层，通过控制印刷网板目数和印刷次数，使第二反射层的厚度为10-50μm，并加热使之初步固化；

(4)玻璃微珠包埋：过筛选择合适粒径的玻璃微珠，吸附于第二反射层的表面上，通过滚动挤压法，将吸附在第二反射层上的玻璃微珠挤压植入第二反射层里，形成半包埋结构，加热使之完全固化；

(5)涂布透明树脂层：将树脂溶入溶剂中，调整树脂和溶剂的配比，使混合溶液达到预定的粘度，然后将混合溶液均匀涂布在第二反射层的表面上，待溶剂挥发后，形成厚度均匀的透明树脂层；

(6)涂布胶黏剂层：分别在透明树脂层的表面和太阳能电池的对电极表面均匀涂布胶黏剂；

(7)层压结合：采用低压层压法将涂布有胶黏剂的太阳能电池的对电极表面与透明树脂层的表面牢牢地粘接在一起即可。

步骤(2)中所述的第一反射层材料为银的浆料形式；涂布方法为印刷，反射层厚度为1-3μm，反射层完全固化的加热温度和时间视基板和浆料而定，若是玻璃或金属基底和高温银浆料，加热温度为400-500℃，时间30min；若是塑料基底和低温银浆料，加热温度为150℃以下，时间30min。

优选地，塑料基板与低温银浆料组合，玻璃基板或金属基板与高温银浆料组合。

步骤(3)中所述的第二反射层材料为银的浆料形式；涂布方法为印刷，反射层厚度为10-50μm，反射层初步固化状态为溶剂部分挥发，湿膜成型，但触变可变形的状态。反射层初步固化温度和时间与浆料有关，如果是低温银浆料，加热温度不高100℃，时间不超过5min；如果是高温银浆料，加热温度不高于150℃，加热时间不超过10min。反射层完全固化温度和时间则视基板和浆料而定，若是玻璃基板和高温银浆料，加热温度为400-500℃，时间30min；若是塑料基板和低温银浆料，加热温度为150℃以下，时间30min。

优选地，塑料基板与低温银浆料组合，玻璃基板与高温银浆料组合。

步骤(4)中所述的玻璃微珠为高折射率球形，优选折射率为2.0以上的玻璃微珠；玻璃微珠的粒径大于第二反射层的厚度，优选的厚度为玻璃微珠的粒径为第二反射层的厚度的2-3倍。由于玻璃微珠的粒径比第二反射层的厚度大，因此，玻璃微珠一部分植入第二反射层，余下部分裸露出外部，另外，由于第一反射层已完全固化，因此，玻璃微珠不会穿透第一反射层。优选的，玻璃微珠和反射层之间的关系为部分包埋的关系。

步骤(5)中所述的树脂为丙烯酸酯树脂或聚乙烯醇缩丁醛树脂，树脂的固含量为10-50wt％；所述的溶剂包括松油醇、乙醇、丙醇、乙二醇、环己酮、乙酸乙酯或二氯甲烷中的一种或多种。

所述的透明树脂层的厚度优选为：控制其表面高于玻璃微珠的表面约5-10μm。

步骤(6)中，所述的胶黏剂为压敏型的胶黏剂，优选为不干胶；所述的胶黏剂层的厚度为3-5μm，并且为透明的。所述的太阳能电池为染料敏化太阳能电池或其它类型的全固态太阳能电池，所述的其它类型的全固态太阳能电池优选钙钛矿太阳能电池。所述的染料敏化太阳能电池或钙钛矿太阳能电池为透明或半透明。

步骤(7)中所述的低压层压法的条件为：控制压力为1-2Kg/cm²，时间为10-20min。

本发明中，所述的玻璃微珠是一类新型的硅酸盐材料，直径一般为几毫米到几微米，它不仅具有高折射率、高透光率和高反射率，而且具有优良的耐化学腐蚀性和耐侯性。由于玻璃微珠具有高的折射率，因此它具有特有的光回归反射性质。

在此需要说明的是，光回归反射原理是指光在玻璃微珠上反射，其反射方式与漫反射和镜面反射有明显的不同，其反射路径是反射光线从靠近入射光线的反方向，向光源返回的反射，而且当入射光线的入射角在较大范围内变化时，仍能保持原有的方向和性质。理论上，这种回归反射效率可达到100％。

本发明制得的太阳能电池光回归反射对电极在进行性能测试时，主要是将集成光回归反射对电极的太阳能电池置于AM1.5的照明下，测试其光电转换效率。

本发明的太阳能电池光回归反射对电极，主要是通过在已知太阳能电池的对电极的背面上增加一层含有玻璃微珠的反光层，作为光的回归反射结构，把从太阳能电池透过的没有被充分利用的光，按照原路返回再次反射回太阳能电池，达到最大限度的二次利用光的目的。理论上，这种回归反射效率可达到100％。因此，光在电池中的传播路径将成倍增加，吸收光来源不仅来自入射光，也来自几乎等量的反射光，从而大大增加了其对光的吸收，并最大限度地提高太阳能电池的光电转换效率。另外，回归反射的光不受入射光的光强和角度的影响，因此尽管是十分微弱的并且来自各个不同角度的光也能得到高效的反光效果。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)玻璃微珠的反射效率高，光损较小，且具有优异的耐化学腐蚀性和耐侯性，使用寿命长；

2)入射光和回归反射光的路径几乎相同，太阳能电池对光的吸收不仅来自入射光，也来自几乎等量的回归反射光，光的吸收成倍增加，最大限度地提高太阳电池的光电转换效率；

3)回归反射的光不受入射光的光强和角度的影响，尽管是十分微弱的并且来自各个不同角度的光也能得到高效的反光效果；

4)材料成本低廉，反射层的制作可以通过丝网印刷进行，工艺简单，不仅适用于实验室研究，也适用于工业化生产，经济实用，稳定性好，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明太阳能电池光回归反射对电极的整体结构示意图；

图2为本发明太阳能电池光回归反射对电极制备工艺流程图；

图中标记说明：

1—基板、2—第一反射层、3—第二反射层、4—玻璃微珠、5—透明树脂层、6—胶黏剂层、7—太阳能电池对电极层、I—涂布第一反射层、II—涂布第二反射层、III—玻璃微珠包埋、IV—涂布透明树脂层、V—涂布胶黏剂层、VI—层压结合。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例染料敏化太阳能电池光回归反射对电极，该对电极包括基板1、由下而上依次设置在基板1上的第一反射层2、第二反射层3、透明树脂层5、胶黏剂层6以及太阳能电池对电极层7，其中，第二反射层3的厚度大于第一反射层2的厚度，并且第二反射层3中均匀布设有玻璃微珠4，该玻璃微珠4的下部包埋在第二反射层3中，上部包埋在透明树脂层5中。

如图2所示，本实施例染料敏化太阳能电池光回归反射对电极制备方法包括以下步骤：

1)基板1清洗

取一不锈钢基板1，长2厘米，宽1.5厘米，并将基板1表面用清洗剂、水清洗干净，并干燥。

2)涂布第一反射层2

采用丝网印刷技术，将高温银反射层浆料均匀地涂布在干净的不锈钢基板1表面上形成第一反射层2，丝网网板目数为250目，第一反射层2的厚度为3微米。400℃加热30分钟，使之完全固化。

3)涂布第二反射层3

采用丝网印刷技术，将高温银反射层浆料均匀地涂布在第一反射层2上形成第二反射层3，丝网网板目数为100目，重复印刷2次，第二反射层3的厚度控制在20微米。100℃加热10分钟，使之初步固化。

4)玻璃微珠4包埋

首先过筛选择50微米左右的玻璃微珠4，然后在第二反射层3的表面上，通过滚动挤压法，将吸附在第二反射层3上的玻璃微珠4挤压植入第二反射层3里形成半包埋结构。最后，400℃加热30分钟，部分包埋的玻璃微珠4反射层完全固化。

5)涂布透明树脂层5

首先将透明丙烯酸树脂溶入乙醇中，树脂和溶剂的重量配比为2：8，使混合溶液达到一定的粘度，然后将这种溶液倒在玻璃微珠4反射层表面，将其均匀地涂到反射层表面上，50℃加热30分钟，待溶剂挥发掉后便形成一个厚度均匀的玻璃微珠4透明薄膜。透明丙烯酸树脂层的厚度为50微米。

6)涂布胶黏剂层6

分别在上述固化后的透明丙烯酸树脂的表面和太阳能电池对电极层7表面施加不干胶。不干胶的厚度约3微米。

7)层压结合

首先取一已知染料敏化太阳能电池，其尺寸为长2厘米，宽1.5厘米，对电极为透明铂电极，基底为FTO导电玻璃，然后采用低压层压方法将染料敏化太阳能电池的对电极面和玻璃微珠4光回归反射层牢牢地结合在一起。层压压力为1Kg/cm²，层压时间为10分钟。

8)性能测试

在AM1.5的照明下，测试光回归反射对电极的染料敏化太阳能电池的光电转换效率。结果见表1。

实施例2：

染料敏化太阳能电池光回归反射对电极的制作：

1)基板1清洗

取一玻璃基板1，长2厘米，宽1.5厘米，并将基板1表面用清洗剂、水清洗干净，并干燥。

2)涂布第一反射层2

采用丝网印刷技术，将高温银反射层浆料均匀地涂布在干净的玻璃基板1表面上形成第一反射层2，丝网网板目数为250目，第一反射层2的厚度为2.5微米。500℃加热60分钟，使之完全固化。

3)涂布第二反射层3

采用丝网印刷技术，将高温银反射层浆料均匀地涂布在第一反射层2上形成第二反射层3，丝网网板目数为150目，重复印刷5次，第二反射层3的厚度控制在50微米。150℃加热15分钟，使之初步固化。

4)玻璃微珠4包埋

首先过筛选择100微米左右的玻璃微珠4，然后在第二反射层3的表面上，通过滚动挤压法，将吸附在第二反射层3上的玻璃微珠4挤压植入第二反射层3里形成半包埋结构。最后，450℃加热60分钟，部分包埋的玻璃微珠4反射层完全固化。

5)涂布透明树脂层5

首先将透明聚乙烯醇缩丁醛树脂溶入松油醇中，树脂和溶剂的重量配比为3：7，使混合溶液达到一定的粘度，然后将这种溶液倒在玻璃微珠4反射层表面，将其均匀地涂到反射层表面上，50℃加热10分钟，待溶剂挥发掉后便形成一个厚度均匀的玻璃微珠透明薄膜。透明聚乙烯醇缩丁醛树脂的厚度为100微米。

6)涂布胶黏剂层6

首先取一已知染料敏化太阳能电池，长2厘米，宽1.5厘米，对电极为透明铂电极，基底为FTO导电玻璃，分别在上述固化后的透明聚乙烯醇缩丁醛树脂的表面和染料敏化太阳能电池的对电极表面施加不干胶。不干胶的厚度约2微米。

7)层压结合

然后采用低压层压方法将染料敏化太阳能电池的对电极面和玻璃微珠4光回归反射层牢牢地结合在一起。层压压力为1.5Kg/cm²，层压时间为15分钟。

8)性能测试

在AM1.5的照明下，测试光回归反射对电极的太阳能电池的光电转换效率。结果见表1。

实施例3：

染料敏化太阳能电池光回归反射对电极的制作：

1)基板1清洗

取一塑料基板1，长2厘米，宽1.5厘米，并将基板1表面用清洗剂、水清洗干净，并干燥。

2)涂布第一反射层2

采用丝网印刷技术，将低温银反射层浆料均匀地涂布在干净的玻璃基板1表面上形成第一反射层2，丝网网板目数为250目，第一反射层2的厚度为3微米。150℃加热30分钟，使之完全固化。

3)涂布第二反射层3

采用丝网印刷技术，将低温银反射层浆料均匀地涂布在第一反射层2上形成第二反射层3，丝网网板目数为100目，重复印刷5次，第二反射层3的厚度控制在100微米。50℃加热5分钟，使之初步固化。

4)玻璃微珠4包埋

首先过筛选择150微米左右的玻璃微珠4，然后在第二反射层3的表面上，通过滚动挤压法，将吸附在第二反射层3上的玻璃微珠4挤压植入第二反射层3里形成半包埋结构。最后，150℃加热60分钟，部分包埋的玻璃微珠4反射层完全固化。

5)涂布透明树脂层5

首先将透明聚乙烯醇缩丁醛树脂溶入乙醇中，树脂和溶剂的重量配比为3：7，使混合溶液达到一定的粘度，然后将这种溶液倒在玻璃微珠4反射层表面，将其均匀地涂到反射层表面上，50℃加热20分钟，待溶剂挥发掉后便形成一个厚度均匀的玻璃微珠透明薄膜。透明聚乙烯醇缩丁醛树脂的厚度为100微米。

6)涂布胶黏剂层6

首先取一已知染料敏化太阳能电池，长2厘米，宽1.5厘米，对电极为透明铂电极，基底为FTO导电玻璃，分别在上述固化后的透明聚乙烯醇缩丁醛树脂的表面和染料敏化太阳能电池的对电极表面施加不干胶。不干胶的厚度约1微米。

7)层压结合

然后采用低压层压方法将染料敏化太阳能电池的对电极面和玻璃微珠光回归反射层牢牢地结合在一起。层压压力为2Kg/cm²，层压时间为5分钟。

8)性能测试

在AM1.5的照明下，测试光回归反射对电极的太阳能电池的光电转换效率。结果见表1。

实施例4：

钙钛矿太阳能电池光回归反射对电极的制作：

1)基板1清洗

取一钛基板1，长1.5厘米，宽2.5厘米，厚度2mm，并将基板1表面用清洗剂、水清洗干净，并干燥。

2)涂布第一反射层2

采用丝网印刷技术，将高温银反射层浆料均匀地涂布在干净的钛基板1表面上形成第一反射层2，丝网网板目数为250目，第一反射层2的厚度为2.5微米。500℃加热30分钟，使之完全固化。

3)涂布第二反射层3

采用丝网印刷技术，将高温银反射层浆料均匀地涂布在第一反射层2上形成第二反射层3，丝网网板目数为150目，重复印刷3次，第二反射层3的厚度控制在30微米。100℃加热5分钟，使之初步固化。

4)玻璃微珠4包埋

首先过筛选择50微米左右的玻璃微珠4，然后在第二反射层3的表面上，通过滚动挤压法，将吸附在第二反射层3上的玻璃微珠4挤压植入第二反射层3里形成半包埋结构。最后，450℃加热30分钟，部分包埋的玻璃微珠4反射层完全固化。

5)涂布透明树脂层5

首先将透明丙烯酸树脂溶入乙醇中，树脂和溶剂的重量配比为3：7，使混合溶液达到一定的粘度，然后将这种溶液倒在玻璃微珠4反射层表面，将其均匀地涂到反射层表面上，50℃加热20分钟，待溶剂挥发掉后便形成一个厚度均匀的玻璃微珠透明薄膜。透明丙烯酸树脂层的厚度为100微米。

6)涂布胶黏剂层6

分别在上述固化后的透明丙烯酸树脂的表面和太阳能电池对电极层7表面施加不干胶。不干胶的厚度约2微米。

7)层压结合

首先取一已知钙钛矿太阳能电池，其尺寸为长2.5厘米，宽1.5厘米，对电极为半透明金电极，然后采用低压层压方法将钙钛矿太阳能电池的对电极面和玻璃微珠光回归反射层牢牢地结合在一起。层压压力为1Kg/cm²，层压时间为5分钟。

8)性能测试

在AM1.5的照明下，测试光回归反射对电极的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。结果见表1。

表1太阳能电池效率

实施例5：

本实施例太阳能电池光回归反射对电极包括基板1、由下而上依次设置在基板1上的第一反射层2、第二反射层3、透明树脂层5、胶黏剂层6以及太阳能电池对电极层7，其中，第二反射层3的厚度大于第一反射层2的厚度，并且第二反射层3中均匀布设有玻璃微珠4，该玻璃微珠4的下部包埋在第二反射层3中，上部包埋在透明树脂层5中。

其中，第一反射层2与第二反射层3均为金属反射层，并且第一反射层2的厚度为1μm，第二反射层3的厚度为10μm。

玻璃微珠4为粒径为20μm的球形玻璃微珠4，该球形玻璃微珠4的折射率≥1.8。

透明树脂层5为厚度为50μm的丙烯酸酯树脂层。胶黏剂层6中的胶黏剂为压敏型胶黏剂，并且胶黏剂层6的厚度为3μm。基板1为玻璃基板。

本实施例太阳能电池光回归反射对电极的制备方法具体包括以下步骤：

(1)基板1清洗：取一基板1，将基板1表面用清洗剂、水清洗干净，并干燥；

(2)涂布第一反射层2：采用印刷技术，将反射层材料均匀涂布在基板1的表面上，形成第一反射层2，通过控制印刷网板目数，使第一反射层2的厚度为1μm，并加热使之完全固化；

(3)涂布第二反射层3：采用印刷技术，将反射层材料均匀涂布在第一反射层2的表面上，形成第二反射层3，通过控制印刷网板目数和印刷次数，使第二反射层3的厚度为10μm，并加热使之初步固化；

(4)玻璃微珠4包埋：过筛选择合适粒径的玻璃微珠4，吸附于第二反射层3的表面上，通过滚动挤压法，将吸附在第二反射层3上的玻璃微珠4挤压植入第二反射层3里，形成半包埋结构，加热使之完全固化；

(5)涂布透明树脂层5：将树脂溶入溶剂中，调整树脂和溶剂的配比，使混合溶液达到预定的粘度，然后将混合溶液均匀涂布在第二反射层3的表面上，待溶剂挥发后，形成厚度均匀的透明树脂层5；

(6)涂布胶黏剂层6：分别在透明树脂层5的表面和太阳能电池的对电极表面均匀涂布胶黏剂；

(7)层压结合：采用低压层压法将涂布有胶黏剂的太阳能电池的对电极表面与透明树脂层5的表面牢牢地粘接在一起即可。

步骤(5)中树脂为丙烯酸酯树脂，固含量为10wt％；溶剂由松油醇、乙醇、环己酮及乙酸乙酯按体积比为2:1:2:1混合而成。

步骤(7)中低压层压法的条件为：控制压力为1Kg/cm²，时间为20min。

实施例6：

本实施例太阳能电池光回归反射对电极包括基板1、由下而上依次设置在基板1上的第一反射层2、第二反射层3、透明树脂层5、胶黏剂层6以及太阳能电池对电极层7，其中，第二反射层3的厚度大于第一反射层2的厚度，并且第二反射层3中均匀布设有玻璃微珠4，该玻璃微珠4的下部包埋在第二反射层3中，上部包埋在透明树脂层5中。

其中，第一反射层2与第二反射层3均为金属反射层，并且第一反射层2的厚度为1.5μm，第二反射层3的厚度为30μm。

玻璃微珠4为粒径为75μm的球形玻璃微珠4，该球形玻璃微珠4的折射率≥1.8。

透明树脂层5为厚度为100μm的聚乙烯醇缩丁醛树脂层。胶黏剂层6中的胶黏剂为压敏型胶黏剂，并且胶黏剂层6的厚度为5μm。基板1为塑料基板。

本实施例太阳能电池光回归反射对电极的制备方法具体包括以下步骤：

(1)基板1清洗：取一基板1，将基板1表面用清洗剂、水清洗干净，并干燥；

(2)涂布第一反射层2：采用印刷技术，将反射层材料均匀涂布在基板1的表面上，形成第一反射层2，通过控制印刷网板目数，使第一反射层2的厚度为1.5μm，并加热使之完全固化；

(3)涂布第二反射层3：采用印刷技术，将反射层材料均匀涂布在第一反射层2的表面上，形成第二反射层3，通过控制印刷网板目数和印刷次数，使第二反射层3的厚度为30μm，并加热使之初步固化；

(4)玻璃微珠4包埋：过筛选择合适粒径的玻璃微珠4，吸附于第二反射层3的表面上，通过滚动挤压法，将吸附在第二反射层3上的玻璃微珠4挤压植入第二反射层3里，形成半包埋结构，加热使之完全固化；

(5)涂布透明树脂层5：将树脂溶入溶剂中，调整树脂和溶剂的配比，使混合溶液达到预定的粘度，然后将混合溶液均匀涂布在第二反射层3的表面上，待溶剂挥发后，形成厚度均匀的透明树脂层5；

(6)涂布胶黏剂层6：分别在透明树脂层5的表面和太阳能电池的对电极表面均匀涂布胶黏剂；

(7)层压结合：采用低压层压法将涂布有胶黏剂的太阳能电池的对电极表面与透明树脂层5的表面牢牢地粘接在一起即可。

步骤(5)中树脂为聚乙烯醇缩丁醛树脂，固含量为50wt％；溶剂由松油醇、乙二醇、二氯甲烷按体积比为2:1:1混合而成。

步骤(7)中低压层压法的条件为：控制压力为2Kg/cm²，时间为10min。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。