本發(fā)明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種含有納米鉆石烯保護膜的太陽能電池板的制備方法。

背景技術：

目前隨著化石燃料日趨減少以及化石燃料對環(huán)境的污染，開發(fā)新能源和可再生清潔能源是二十一世紀世界經濟發(fā)展中最具有決定性影響的五項技術領域之一，其中太陽能最受矚目，充分開發(fā)利用太陽能是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策，目前太陽能已經成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。目前太陽能的利用有光熱轉化和光電轉換兩種，其中光電轉換是將太陽能轉變成電能，即為太陽能發(fā)電，太陽能發(fā)電是目前太陽能利用最主要的應用方式。太陽能發(fā)電是利用光伏原理通過太陽能電池板從而將太陽能轉換成電能，太陽能發(fā)電獨具許多優(yōu)點，例如安全可靠，無噪音，無污染，能量隨處可得，不受區(qū)域限制，無需消耗燃料，對環(huán)境無污染，無機械轉動部分，故障率低，維護簡單，可以無人值守，建設周期短，規(guī)模大小隨意，無需架設輸電線，可以方便與地面建筑物結合等優(yōu)點，這與其它常規(guī)發(fā)電方式例如火力發(fā)電、核發(fā)電、水力發(fā)電等所不可比擬的，根據(jù)世界光伏發(fā)電規(guī)劃顯示，到2030年，光伏發(fā)電在世界總發(fā)電量中將占到5%～20%。

太陽能既是一次性能源，又是可再生資源，它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無污染，它為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會及人類進入了一個節(jié)約能源減少污染的時代。太陽能電池板是太陽能發(fā)電裝置中最主要的一項裝置，它是直接將太陽能吸收并轉變電能的裝置，目前規(guī)模化的太陽能電池板主要是利用單晶硅制備的。太陽能發(fā)電要求太陽光輻射量大，輻射時間長，目前世界上太陽能光伏發(fā)電園區(qū)的地址通常都設在靠近沙漠地區(qū)，主要就是這些區(qū)域太陽光輻射量大，輻射時間長，但是沙漠區(qū)域經常有沙塵暴，頻繁的沙塵暴會對硅片造成磨損侵蝕甚至于損壞，沒有保護層的太陽能電池板會受到外界環(huán)境中灰塵沙塵的磨損，從而降低了電池的傳輸效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種含有納米鉆石烯保護膜的太陽能電池板的制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下：

一種含有納米鉆石烯保護膜的太陽能電池板的制備方法，包括前處理和表面耐磨處理步驟：

1）前處理

1.1）噴淋清洗：噴淋清洗分兩次進行，每次清洗時間為10min，清洗水溫為30℃，目的是主要將硅片上的硅粉等雜質去除，將硅片表面清洗干凈；

1.2）超聲清洗：將硅片放入硅片籃中后放入超聲波清洗儀中繼續(xù)清洗5min，超聲頻率為45khz～60khz，水溫為45℃；

1.3）apm清洗：將超聲清洗后的硅片放入apm清洗液中并超聲清洗，清洗液溫度為60℃～80℃，清洗時間為10min，超聲波為45khz～60khz；該步驟的目的主要用于去除硅片表面的顆粒、部分有機物及金屬雜質；

1.4）沖洗：將apm清洗后的硅片放入清洗槽中進行清洗，清洗槽中注入去離子水，清洗分兩步進行，先熱清洗再冷清洗，熱清洗、冷清洗的同時并超聲清洗，超聲頻率為45khz～60khz，熱清洗、冷清洗時間均為3～5min，熱清洗溫度為40℃～50℃，冷清洗溫度為常溫；

1.5）hpm清洗：將沖洗干凈的硅片放入hpm清洗液中并超聲清洗，超聲頻率為45khz～60khz，清洗液溫度為65℃～80℃，清洗時間為10min；該步驟的目的主要用于去除硅片表面的鈉、鐵、鎂等金屬雜質；

1.6）沖洗：將hpm清洗干凈后的硅片放入清洗槽中清洗并超聲清洗，超聲頻率為45khz～60khz，水溫為常溫，時間為5min；

1.7）烘干待用；

1）硅片表面耐磨處理

將烘干后的硅片放入噴涂機中噴涂，在硅片表面噴涂含有納米鉆石烯的耐磨涂層，噴涂兩次，第一次噴涂、干燥、燒結后再進行第二次噴涂、干燥、燒結，噴涂工藝參數(shù)為：噴涂壓力為0.2～0.3mpa，噴嘴直徑1.8mm，噴嘴與基體間距離200～250mm，噴涂速率6～8m·min^-1。噴涂的原理是：通過增壓泵壓縮空氣形成高速氣流，通過噴槍的噴嘴將涂層液霧化成細小顆粒，直接噴涂到基體表面上形成涂層。

所述硅片為尺寸為6.5英寸、厚度為200μm的單晶硅片。

步驟1.3）中，apm清洗液呈堿性，主要成分為氨水，雙氧水以及水，三者的體積比為1：(1～2)：(5～7)。

步驟1.5）中，hpm清洗液呈酸性，主要成分為hcl，h2o2以及水，三者的體積比為(1～2)：1：(6～8)。

步驟1.7）中，烘干工藝為將清洗過的硅片放入烘干區(qū)域內，烘干區(qū)域內吹熱風，將硅片烘干待用。

步驟2.1）中，噴涂的涂層厚度為10～20μm。

步驟2）中，干燥工藝為：將噴涂好的基體放入電熱恒溫烘箱中干燥，干燥溫度為80～100℃，干燥時間為5～10min；

步驟2）中，兩次噴涂后的燒結工藝均采用階梯型燒結工藝：常溫升溫至80℃保溫2h，升溫到120℃保溫4h，升溫到280℃保溫6h，升溫到360℃保溫10～12min，整個燒結工藝中升溫速率均為2℃/min，優(yōu)選第一次噴涂燒結最高溫保溫10min，第二次噴涂燒結最高溫保溫12min，其余參數(shù)同第一次噴涂燒結工藝。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明得到的太陽能電池板可提高硅片的硬度、耐磨性和穩(wěn)定性，可應用于較為惡劣的環(huán)境；同時納米鉆石烯涂層添加后對太陽能電池板對透光率影響不大，不會影響采光效率。

說明書附圖

圖1本發(fā)明中燒結工藝示意圖；

圖2為不同含有納米鉆石烯涂層的硅片硬度變化圖；

圖3為不同納米鉆石烯涂層厚度對透光率的影響。

具體實施方式

下面以具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。

實施例1

一種含有納米鉆石烯保護膜的太陽能電池板的制備方法，包括前處理和表面耐磨處理步驟：

1）前處理

1.1）噴淋清洗：噴淋清洗分兩次進行，每次清洗時間為10min，清洗水溫為30℃；

1.2）超聲清洗：將硅片放入硅片籃中后放入超聲波清洗儀中繼續(xù)清洗5min，超聲頻率為45khz，水溫為45℃；所述硅片為尺寸為6.5英寸、厚度為200μm的單晶硅片；

1.3）apm清洗：將超聲清洗后的硅片放入apm清洗液中并超聲清洗，清洗液溫度為60℃～80℃，清洗時間為10min，超聲波為45khz；該步驟的目的主要用于去除硅片表面的顆粒、部分有機物及金屬雜質；步驟1.3）中，apm清洗液呈堿性，主要成分為氨水，雙氧水以及水，三者的體積比為1：1：5。

1.4）沖洗：將apm清洗后的硅片放入清洗槽中進行清洗，清洗槽中注入去離子水，清洗分兩步進行，先熱清洗再冷清洗，熱清洗、冷清洗的同時并超聲清洗，超聲頻率為45khz，熱清洗、冷清洗時間均為3min，熱清洗溫度為40℃，冷清洗溫度為常溫；

1.5）hpm清洗：將沖洗干凈的硅片放入hpm清洗液中并超聲清洗，超聲頻率為45khz，清洗液溫度為65℃，清洗時間為10min；該步驟的目的主要用于去除硅片表面的鈉、鐵、鎂等金屬雜質；步驟1.5）中，hpm清洗液呈酸性，主要成分為hcl，h2o2以及水，三者的體積比為1：1：6。

1.6）沖洗：將hpm清洗干凈后的硅片放入清洗槽中清洗并超聲清洗，超聲頻率為45khz，水溫為常溫，時間為5min；

1.7）烘干待用；步驟1.7）中，烘干工藝為將清洗過的硅片放入烘干區(qū)域內，烘干區(qū)域內吹熱風，將硅片烘干待用。

2）硅片表面耐磨處理

將烘干后的硅片放入噴涂機中噴涂，在硅片表面噴涂含有納米鉆石烯的耐磨涂層，噴涂兩次，噴涂的涂層厚度為10μm，第一次噴涂、干燥、燒結后再進行第二次噴涂、干燥、燒結，噴涂工藝參數(shù)為：噴涂壓力為0.2mpa，噴嘴直徑1.8mm，噴嘴與基體間距離200mm，噴涂速率6m·min^-1。噴涂的原理是：通過增壓泵壓縮空氣形成高速氣流，通過噴槍的噴嘴將涂層液霧化成細小顆粒，直接噴涂到基體表面上形成涂層。

步驟2）中，干燥工藝為：將噴涂好的基體放入電熱恒溫烘箱中干燥，干燥溫度為80℃，干燥時間為5min；兩次噴涂后的燒結工藝均采用階梯型燒結工藝：常溫升溫至80℃，保溫2h，升溫到120℃，保溫4h，升溫到280℃，保溫6h，升溫到360℃，保溫10～12min，整個燒結工藝中升溫速率為2℃/min，第一次噴涂燒結最高溫保溫10min，第二次噴涂燒結最高溫保溫12min。

實施例2

一種含有納米鉆石烯保護膜的太陽能電池板的制備方法，包括前處理和表面耐磨處理步驟：

1）前處理

1.1）噴淋清洗：噴淋清洗分兩次進行，每次清洗時間為10min，清洗水溫為30℃；

1.2）超聲清洗：將硅片放入硅片籃中后放入超聲波清洗儀中繼續(xù)清洗5min，超聲頻率為60khz，水溫為45℃；所述硅片為尺寸為6.5英寸、厚度為200μm的單晶硅片；

1.3）apm清洗：將超聲清洗后的硅片放入apm清洗液中并超聲清洗，清洗液溫度為80℃，清洗時間為10min，超聲波為60khz；該步驟的目的主要用于去除硅片表面的顆粒、部分有機物及金屬雜質；步驟1.3）中，apm清洗液呈堿性，主要成分為氨水，雙氧水以及水，三者的體積比為1：2：7。

1.4）沖洗：將apm清洗后的硅片放入清洗槽中進行清洗，清洗槽中注入去離子水，清洗分兩步進行，先熱清洗再冷清洗，熱清洗、冷清洗的同時并超聲清洗，超聲頻率為60khz，熱清洗、冷清洗時間均為5min，熱清洗溫度為50℃，冷清洗溫度為常溫；

1.5）hpm清洗：將沖洗干凈的硅片放入hpm清洗液中并超聲清洗，超聲頻率為60khz，清洗液溫度為80℃，清洗時間為10min；該步驟的目的主要用于去除硅片表面的鈉、鐵、鎂等金屬雜質；步驟1.5）中，hpm清洗液呈酸性，主要成分為hcl，h2o2以及水，三者的體積比為2：1：8。

1.6）沖洗：將hpm清洗干凈后的硅片放入清洗槽中清洗并超聲清洗，超聲頻率為60khz，水溫為常溫，時間為5min；

1.7）烘干待用；步驟1.7）中，烘干工藝為將清洗過的硅片放入烘干區(qū)域內，烘干區(qū)域內吹熱風，將硅片烘干待用。

2）硅片表面耐磨處理

將烘干后的硅片放入噴涂機中噴涂，在硅片表面噴涂含有納米鉆石烯的耐磨涂層，噴涂兩次，第一次噴涂、干燥、燒結后再進行第二次噴涂、干燥、燒結，噴涂工藝參數(shù)為：噴涂壓力為0.3mpa，噴嘴直徑1.8mm，噴嘴與基體間距離250mm，噴涂速率8m·min^-1。噴涂的原理是：通過增壓泵壓縮空氣形成高速氣流，通過噴槍的噴嘴將涂層液霧化成細小顆粒，直接噴涂到基體表面上形成涂層。步驟2）中，噴涂的涂層厚度為20μm；干燥工藝為：將噴涂好的基體放入電熱恒溫烘箱中干燥，干燥溫度為100℃，干燥時間為10min；

步驟2）中，燒結工藝采用階梯型燒結工藝：常溫升溫至80℃，保溫2h，升溫到120℃，保溫4h，升溫到280℃，保溫6h，升溫到360℃，保溫10～12min，整個燒結工藝中升溫速率為2℃/min，第一次噴涂燒結最高溫保溫10min，第二次噴涂燒結最高溫保溫12min。

需要注意的是，在整個制備流程中不能直接用手接觸硅片，需佩戴橡膠手套，否則在硅片上留下指紋印。

性能檢測

為證明本發(fā)明效果，分別制備了不同納米鉆石烯涂層厚度的太陽能電池板，并對其性能進行了以下研究。

1、硬度測試：

采用型號為hxd-1000型數(shù)字式顯微硬度計對硅片進行硬度測試，為維氏硬度，硬度值計算公式如下：

，

其中f：試驗力，n，載荷重量為200g；

d：壓痕對角線長度，mm。

載荷重量為200g，即為f=2n，加載時間為15s。

2、耐磨性測試：

在型號為xgy-03摩擦磨損表面形貌測試儀上進行，測試原理為：將硅片固定在轉盤上，轉盤轉速可調整，分為30、60、90、120、150、180rpm六檔，以直徑為6mm的陶瓷球為滑子，載荷質量為100-400g。載荷支撐臂兩邊分別貼有應變片，當轉盤旋轉時，陶瓷球與硅片之間的摩擦力使應變片發(fā)生形變，形變量轉變成電信號傳到計算機處理，根據(jù)以下公式計算：，

其中y為電信號電壓值(mv)，r為滑子半徑(mm)，r為偏心距(mm)，m為載荷質量(g)。

3、化學穩(wěn)定性測試

將硅片分別置于大氣、酒精、nacl溶液、naoh溶液、h2so4溶液中進行耐腐蝕測試。

4、透過率測試

用紫外可見近紅外分光光度計進行測試，其原理是發(fā)出一定光強度的光通過介質后，檢測波長的光的強度，由此可知道該波長透過此介質的光有百分之幾，透過率采用0.7mm厚的玻璃作為基底材料進行測試的。

圖2為不同含有納米鉆石烯涂層的硅片硬度變化圖，從圖2中我們可以明顯地看出隨著納米鉆石烯涂層厚度δ的增加，整個硅片的硬度是逐漸升高的，當納米鉆石烯涂層的厚度分別為5μm、10μm、15μm、20μm時，其強度分別是無納米鉆石烯涂層的硅片的硬度的1.5倍、2.5倍、3.75倍、4.8倍，因此含有納米鉆石烯的涂層可以作為硅片的外保護膜。

表1摩擦磨損實驗結果表

。

由表1可以明顯地看出，隨著保護膜（納米鉆石烯涂層）厚度δ的增加，在相同載荷的條件下，旋轉圈數(shù)隨著納米鉆石烯涂層厚度δ的增加而增加，摩擦系數(shù)隨著納米鉆石烯涂層厚度δ的增加而降低，當納米鉆石烯涂層的厚度達到20μm時，其摩擦系數(shù)約為無納米鉆石烯涂層的一半，且隨著納米鉆石烯涂層厚度δ達到10μm后，硅片表面狀況在旋轉后無破損現(xiàn)象，說明具有一定厚度的納米鉆石烯涂層的硅片具有較強的耐磨性，可應用于較為惡劣的環(huán)境。

表2納米鉆石烯涂層的穩(wěn)定性表

。

從表2中可以明顯地看出，含有納米鉆石烯涂層的硅片耐腐蝕性強，具有很強的化學穩(wěn)定性，能夠有效防止其它腐蝕性氣體或溶液對它造成破壞，對硅片的保護作用明顯。

圖3為不同納米鉆石烯涂層厚度對透光率的影響，a：0μm；b：5μm；c：10μm；d：15μm；e：20μm。從圖3中我們可以明顯地看出，不同納米鉆石烯涂層厚度其透光率是不同的，在可見光波長范圍內，納米鉆石烯涂層的厚度在10μm以內時，透光率是隨著納米鉆石烯涂層厚度的增加而增加的，可達到90%左右，隨著納米鉆石烯涂層厚度的進一步增大，透光率有一定幅度地下降，但是仍然維持在較高的透射率水平，因此，納米鉆石烯涂層對透光性影響不大。