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高分子型单晶硅表面织构化助剂的合成及多组分协同制绒效应研究认领

作者：

王婕

学位授予单位：

陕西科技大学

摘要：

碳达峰、碳中和推动新能源革命和能源结构多元化进程,以光伏为中心的非化石能源占据主体地位,光伏产业推动经济社会绿色低碳转型发展。硅基光伏电池是太阳能电池主要技术。晶硅绒面是决定反射率和性能的关键因素。在单晶硅太阳能电池的制备过程中,制绒是其核心工艺,在硅片表面形成类“金字塔”结构的绒面,形成陷光效应,增加光照射在硅表面的反射次数,提高光的吸收率,降低硅片表面反射率,从而提升单晶硅太阳能电池的转换效率。通常采用碱溶液对晶体硅在（100）和（111）晶面上的各向异性腐蚀特性,产生金字塔,利用各类助剂调控碱与硅的反应速率,控制微纳结构,服务后续工艺并提升电池整体性能。制绒助剂是行业提质增效必需化学品,迫切需要高效、绿色的制绒添加剂来调控硅片表面金字塔结构,传统使用的制绒剂有异丙醇、硅酸钠、四甲基氢氧化铵等。随着制绒发展,传统制绒剂存在显著缺点,异丙醇沸点低,体系浓度不稳定,有机物质成本高,对环境污染大等诸多问题。需要寻求绿色、稳定的制绒添加剂。本论文采用含有多羟基、磺酸基等官能团的物质调控分子与硅的吸附作用及合成水溶性大分子制绒助剂,实现硅表面织构化精细调控。本文通过RAFT/MADIX法（黄原酸酯调控的可逆加成断裂链转移聚合法）制备水溶性聚合物SUST-1。在体系中引入绒面辅助剂及绒面调节剂,调控绒面尺寸,优化硅片表面织构化结构。L~o-E系列在波长306 nm-1080 nm范围内得到的平均加权反射率维持在10-11%。L~o-E引发剂用量为0.20%时反射率可降至10.39%,减重率维持在2.14%,绒面结构均匀且覆盖率高,金字塔尺寸维持在1-2μm之间,高约1.7μm。通过乌式粘度计测出,Lo-E系列样品的K值在35-55范围内,且随着LO-E系列样品合成时间延长,K值呈现降低的趋势。通过溶液共聚合成改性SUST-2系列样品,通过对单晶硅片进行单组分制绒筛选出具有制绒效果的LN样品,为改善绒面的覆盖率,在此基础上,引入木质素磺酸钠和海藻酸钠对硅片进行辅助刻蚀。筛选出三组分复配LN系列样品在波长306 nm-1080 nm范围内得到的平均加权反射率在10-11%,得到的金字塔密度更高,尺寸更小,根据粒径分析绒面尺寸在0.2-0.8 μm。采用乌式粘度计测出,几例LN样品的K值在95-105范围内,且随着LN系列样品合成时间延长,K值呈现递增的趋势。为消除切割线痕,选择聚乙烯亚胺作为促进剂,因其具有极性基团氨基和疏水基团乙烯基结构,其分子链中的氨基具有很好的活性,能与不同的基团作用,因而在硅片的表面能与Si-H键结合形成稳定的成核中心。但其促进效果剧烈,需对聚乙烯亚胺进行改性。KH560和氯辛烷的加入使得促进剂的强促进作用得到抑制,改性后的成品制绒绒面均一性提高,当LP的加入量提高至0.01%时,加入1.0g氯辛烷,3.0g KH560,1.0g四丁基溴化铵时得到的样品LP-G促进效果最佳,在该条件下的绒面尺寸大多维持在1-2μm,正反面反射率分别降低至10.70%,10.63%,减重增加到2.91%。

摘要译文

关键词：

水溶性高分子; 单晶硅制绒; 溶液共聚; 聚乙烯亚胺

学位年度：

2024

学位类型：

硕士

学科专业：

化学

导师：

殷政

中图分类号：

TQ127.2[硅及其无机化合物];TM914.4[太阳能电池⑨]

学科分类号：

081702[化学工艺];080709[储能科学与工程];080809[新能源发电与电能存储]

D O I：

10.27290/d.cnki.gxbqc.2024.000289