用于提高太陽能電池效率的無機納米材料的研究進展*

李建生，劉炳光，董學通

（1.天津職業(yè)大學生物與環(huán)境工程學院，天津 300410；2.天津順御科技有限公司）

用于提高太陽能電池效率的無機納米材料的研究進展*

李建生1，劉炳光1，董學通2

（1.天津職業(yè)大學生物與環(huán)境工程學院，天津 300410；2.天津順御科技有限公司）

分別介紹了太陽能電池中應用的無機納米減反射材料、無機納米自清潔材料和無機納米光轉(zhuǎn)換材料及其工作原理、制備方法、技術(shù)關(guān)鍵和改進方向。綜述了提高太陽能電池效率的無機納米多功能材料專利技術(shù)進展。無機納米多功能材料將替代現(xiàn)有納米減反射材料和納米自清潔材料，將是太陽能電池的下一個技術(shù)突破。

納米材料；太陽能電池；減反射；自清潔；光轉(zhuǎn)換

太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利和高效等特點，已成為世界各國大力發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，晶體硅太陽能電池占全球光伏發(fā)電市場約90％的份額。中國大陸太陽能電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的56％，位居全球第一。單晶硅太陽能電池的實驗室光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從20世紀50年代末的10％提高到目前的25％，多晶硅太陽能電池的實驗室光電轉(zhuǎn)換效率也達到20.4％。目前商業(yè)化的單晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率達到19％，多晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率達到17.5％［1］。光伏發(fā)電成本決定著太陽能電池大規(guī)模應用推廣的速度，降低光伏發(fā)電成本的關(guān)鍵是提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

影響晶體硅太陽能電池效率的主要因素是光學損失和電學損失兩個方面。光學損失主要是光反射、光遮擋損失和電池材料本身的光譜效應特性。電學損失包括載流子損失和歐姆損失。從改進晶體硅材料入手提高光電轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)難度極大，往往改進措施的實施成本過高和缺乏經(jīng)濟性。應用納米材料提高太陽光利用率是提高晶體硅太陽能電池效率和降低發(fā)電成本最簡便有效的措施。筆者結(jié)合承擔的晶體硅太陽能電池材料產(chǎn)業(yè)化開發(fā)項目，對國內(nèi)外應用無機納米材料提高太陽能電池效率的研究進展進行綜述。

1 太陽能電池中的無機納米減反射材料

晶體硅太陽能電池組件一般由涂覆減反射膜的玻璃蓋板、晶體硅電池片、電池背板和EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）膠膜粘壓起來裝入固定邊框構(gòu)成。目前太陽能電池玻璃蓋板可見光透過率為91.6％，玻璃單表面反射率約4％。若在太陽能玻璃表面涂覆一層100～150nm厚度的減反射膜，可增加可見光透過率2.5％～3.5％，提高光電轉(zhuǎn)換效率1.0％～3.0％。

1.1 減反射膜組成和增透原理

入射光照射到玻璃表面會發(fā)生反射、透射和吸收現(xiàn)象，當玻璃表面涂覆的減反射膜厚度為入射光波長的1/4時，可以使入射光產(chǎn)生的各級反射相互干涉完全抵消，減少入射光的表面反射，從而增大入射光的透射。

商業(yè)化減反射涂料是納米SiO2、TiO2、MgF2、Al2O3、SnO2、ZrO2、稀土氧化物或其混合物的水溶膠，將其輥涂在太陽能玻璃表面，經(jīng)150～180℃烘干固化，再經(jīng)700℃左右鋼化燒結(jié)，在太陽能玻璃表面形成減反射膜。

從減反射膜材料的反射率考慮，納米MgF2是理想的減反射材料，但其在玻璃鋼化溫度下可分解產(chǎn)生揮發(fā)性的氟化物從而限制其應用；納米Al2O3、SnO2和ZrO2減反射性能一般，其水溶膠在貯存時易發(fā)生凝聚現(xiàn)象；納米TiO2反射率高，單獨不適合作為減反射材料；納米稀土氧化物成本較高，單獨也不適合作為減反射材料；從材料反射率和經(jīng)濟性綜合考慮，納米SiO2是最實用的減反射材料［2-4］。

1.2 納米SiO2減反射粒子溶膠生產(chǎn)方法

納米SiO2粒子有球狀、針狀、線狀、網(wǎng)狀和團狀多種結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的納米SiO2粒子成膜后在透光率、附著力、硬度、耐磨性和耐候性方面相差很大。納米SiO2粒子結(jié)構(gòu)主要取決于其生產(chǎn)方法，主要有以下4種生產(chǎn)方法。

1）硅酸鹽離子交換法：用陽離子交換樹脂交換除去硅酸鹽水溶液中的金屬離子，生成硅酸溶液，后處理得到堿性納米SiO2水溶膠。后處理條件決定納米SiO2粒子尺寸大小，通常得到平均粒徑為20nm的SiO2粒子。

2）硅粉溶解法：將硅粉緩慢溶于熱的氫氧化納水溶液中，生成硅酸和放出氫氣，后處理得到堿性或中性納米SiO2粒子水溶膠。反應條件決定納米SiO2粒子尺寸大小，控制反應條件可以得到單分散和大尺寸納米SiO2粒子。

3）硅酸酯水解法：在微量無機酸或堿催化劑存在下，將硅酸乙酯或硅酸甲酯在水性溶劑中水解縮合生成納米SiO2粒子溶膠。納米SiO2粒子結(jié)構(gòu)和尺寸取決于溶劑、催化劑、溫度和濃度等制備工藝條件。

4）納米SiO2粉體分散法：在表面活性劑和穩(wěn)定劑存在下，采用高速剪切分散、膠體磨分散或超聲波分散方式，將納米SiO2粉體分散在水性溶劑中，形成中性納米SiO2分散液。

1.3 納米SiO2減反射粒子溶膠的摻雜改性

太陽能玻璃減反射膜不僅要求膜層具有高增透性，而且要求膜層硬度大、耐磨和耐候性好，能在復雜環(huán)境中服務25a以上。研究發(fā)現(xiàn)，硅酸酯酸性水解法制備的納米SiO2粒子是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，平均粒徑為10nm，膜層致密和附著力強；硅酸酯堿性水解法制備的納米SiO2粒子是線狀結(jié)構(gòu)，平均粒徑為40nm，膜層疏松，但透光率高；硅酸鹽離子交換法制備的納米SiO2粒子是球狀結(jié)構(gòu)，粒徑可后處理調(diào)控。將不同方法制備的納米SiO2粒子按一定比例混合，可改善其綜合性能。所以，太陽能玻璃減反射涂料商品一般是由不同結(jié)構(gòu)和不同尺寸的納米SiO2粒子混合或摻雜其他高硬度納米氧化物粒子組成。研究發(fā)現(xiàn)，納米SiO2粒子溶膠中摻雜納米Al2O3可以提高減反射膜層的硬度和耐磨性能；摻雜納米ZrO2可以提高減反射膜層的硬度和耐鹽霧性能；摻雜納米TiO2可以提高減反射膜層的硬度和耐水性能；摻雜納米SnO2可以提高減反射膜層的抗靜電性能；摻雜二甲基二乙氧基硅可以改變減反射膜層的親水性，減少其對環(huán)境中水分的吸附；摻雜磷酸鋁和磷酸硅可以提高減反射膜層的耐候性［5-6］。

1.4 納米SiO2減反射粒子溶膠制備技術(shù)難點和改進方向

制備納米SiO2減反射粒子的技術(shù)難點是其必須具備特定結(jié)構(gòu)和粒徑分布，要求成膜比較致密，兼顧其高增透性能和抗老化性能。

中國納米SiO2材料的開發(fā)、生產(chǎn)和應用結(jié)合還不夠協(xié)調(diào)，無機鹽企業(yè)生產(chǎn)了大量低端納米SiO2粉體材料，但不適合作為太陽能玻璃減反射粒子溶膠的制備。目前美國公司和日本公司生產(chǎn)了不同結(jié)構(gòu)和不同尺寸的納米SiO2粒子單分散液供用戶選用。中國企業(yè)開發(fā)的納米SiO2粒子結(jié)構(gòu)不明確，通常采用生產(chǎn)方法來表征SiO2粒子結(jié)構(gòu)，SiO2粒徑分布很寬，缺少商品化的單分散SiO2粒子供應。開發(fā)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的單分散納米SiO2水溶膠和配方技術(shù)是下一步研究改進方向。

2 太陽能電池中的無機納米自清潔材料

晶體硅太陽能電池在戶外和沙漠安裝使用中，太陽能電池玻璃蓋板逐漸被灰塵或工業(yè)污染物覆蓋，降低光電轉(zhuǎn)換效率10％～40％。人工清潔太陽能電池蓋板表面灰塵和污染物的成本很高，若在太陽能玻璃表面涂覆一層無機納米自清潔膜，可保持太陽能電池效率長時間不衰減，大大減少太陽能電池人工清潔次數(shù)。

2.1 自清潔膜組成和自清潔機理

太陽能玻璃表面易被污染的主要原因是玻璃表面為微觀粗糙的絕緣體，容易吸附空氣中的灰塵和有機污染物，摩擦等原因可使玻璃表面帶有正電荷，表面電荷不能快速消除就更容易靜電吸附空氣中通常帶負電荷的灰塵。太陽能玻璃自清潔可采用以下5種機理和方式。

1）超親水自清潔機理：在太陽能玻璃表面涂覆超親水膜，水能夠迅速潤濕和吸附在膜表面，將膜表面附著的灰塵和有機污染物隔離開來，容易被自然風或雨水沖刷除去。常用超親水自清潔膜成分是納米SiO2、納米TiO2、磷酸鹽或硼酸鹽，缺點是不太適合干旱缺水地區(qū)采用。

2）超疏水自清潔機理：在太陽能玻璃表面涂覆有機超疏水膜，由于膜層表面能低，灰塵和有機污染物與膜表面的結(jié)合力弱，就容易被自然風或雨水沖刷除去。常用超疏水自清潔膜組分是有機氟和有機硅高分子，缺點是有機超疏水膜層耐磨性和耐紫外光性能差。

3）靜電排斥自清潔機理：在太陽能玻璃表面涂覆帶負電荷的無機膜，因為灰塵通常也帶負電荷，在靜電排斥力作用下灰塵不易在膜表面附著。常用靜電排斥自清潔膜組分是納米SiO2、納米SnO2和具有半導體性質(zhì)的過渡金屬化合物，缺點是帶正電荷的微塵和有機污染物仍能附著。

4）光催化分解自清潔機理：在太陽能玻璃表面涂覆含光催化劑無機膜，膜表面附著的有機污染物在太陽光照射下光催化分解為二氧化碳和小分子有機物除去；此外，光照射下膜層產(chǎn)生超親水性，附著的污染物也容易被雨水沖刷除去。常用光催化分解自清潔膜組分是納米TiO2、摻雜納米TiO2、納米ZnO、納米ZnFe2O4和具有半導體性質(zhì)的過渡金屬化合物，缺點是只有長時間光照射才能產(chǎn)生超親水效果。

5）復合作用自清潔機理：在太陽能玻璃表面涂覆含摻雜納米TiO2光催化劑、具有半導體性質(zhì)的抗靜電劑和帶負電荷的SiO2膜，依靠納米TiO2光催化分解有機污染物和產(chǎn)生超親水性，依靠抗靜電劑快速耗散膜層靜電，依靠自身所帶負電荷靜電排斥灰塵附著，復合作用促進灰塵和有機污染物被自然風或雨水沖刷除去實現(xiàn)自清潔。

2.2 納米TiO2自清潔粒子溶膠生產(chǎn)方法

納米TiO2粒子有銳鈦礦、板鈦礦和金紅石3種晶體結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的納米TiO2粒子成膜后的光催化性能和透光率相差很大，銳鈦礦結(jié)構(gòu)具有良好的光催化活性和透光性能。納米TiO2粒子結(jié)構(gòu)主要取決于其生產(chǎn)方法和后處理，主要有以下3種生產(chǎn)方法［7-9］。

1）鈦酸酯水解法：鈦酸丁酯在水性溶劑中酸性水解生成納米TiO2溶膠，在乙酰丙酮、過氧化氫或二乙醇胺存在下可提高溶膠的穩(wěn)定性。該法制備的納米TiO2粒子直徑小，但光催化活性低、反射率高、易凝聚。早期文獻中一般采用鈦酸酯水解法制備納米TiO2粒子和作為自清潔組分。

2）無機鈦鹽水解法：硫酸氧鈦、硫酸鈦或四氯化鈦等無機鈦鹽的水溶液堿性水解生成偏鈦酸沉淀，偏鈦酸沉淀被有機酸或絡合劑膠溶生成納米TiO2粒子水溶膠。該法制備的納米TiO2粒子為銳鈦型，具有良好的光催化活性，透光率高，貯存穩(wěn)定性好。實驗證明，利用鈦鹽水解法可低成本制得穩(wěn)定的低反射納米TiO2粒子水溶膠，具有產(chǎn)業(yè)化應用前景。

3）納米TiO2粉體分散法：在表面活性劑和穩(wěn)定劑存在下，采用高速剪切分散、膠體磨分散或超聲波分散方式，將納米TiO2粉體分散在水性溶劑中，形成中性納米TiO2粒子分散液。該法制備的納米TiO2粒子光催化活性高，但納米TiO2粒子自身的附著力不好，制備工藝比較復雜和成本過高。

2.3 納米TiO2自清潔粒子溶膠摻雜改性

通常的納米TiO2粒子溶膠穩(wěn)定性不理想，未經(jīng)過高溫處理的納米TiO2膜層的光催化性能和附著力也不佳，復合或摻雜改性可提高其綜合性能。此外，通常的納米TiO2粒子只有在紫外光照射下才具有光催化活性和超親水性，而太陽光譜中紫外光僅占2％～4％，需要長時間照射才能產(chǎn)生自清潔效果。稀土金屬或過渡金屬摻雜的納米TiO2粒子在可見光照射下就具有光催化活性和超親水性。摻雜納米TiO2自清潔粒子溶膠生產(chǎn)方法主要包括以下4種［10-11］。

1）復合分散法：將納米TiO2粒子溶膠與納米SiO2粒子混合，形成納米TiO2/SiO2復合粒子溶膠。復合改性后的二氧化鈦具有比表面積大和吸附能力強的特點，提高了納米TiO2粒子附著力和光催化自清潔效果。

2）共沉淀法：向無機鈦鹽與稀土金屬鹽或過渡金屬鹽的混合水溶液中加入緩沖溶液，再滴加稀堿溶液，使納米TiO2粒子和稀土金屬或過渡金屬氫氧化物粒子同時沉淀出來，將共沉淀物干燥，使摻雜元素能夠進入二氧化鈦晶格中。

3）溶膠-凝膠法：向納米TiO2粒子溶膠中加入稀土金屬或過渡金屬氫氧化物粒子，調(diào)節(jié)溶膠酸度使其凝膠，將凝膠高溫灼燒一定時間，促使摻雜元素完全進入二氧化鈦晶格中，然后將其重新分散在水性溶劑中形成溶膠。

4）水熱法：向納米TiO2粒子溶膠中加入稀土金屬或過渡金屬氫氧化物粒子，在壓力釜中水熱處理一定時間，使摻雜元素在TiO2粒子晶格上生長，同時提高納米TiO2粒子結(jié)晶度。該法避免了高溫反應時納米TiO2粒子的凝聚，常溫下同樣能夠提高納米TiO2粒子催化活性。

2.4 納米TiO2自清潔粒子溶膠生產(chǎn)技術(shù)難點和改進方向

盡管納米TiO2自清潔膜研究論文和專利很多，但在太陽能玻璃上的生產(chǎn)應用開發(fā)報道卻很少。納米TiO2自清潔粒子溶膠的生產(chǎn)技術(shù)難點是其光催化活性、透光性和附著力等性能指標之間存在矛盾。中國商品化的納米TiO2自清潔粒子溶膠雖然具有一定自清潔性能，但成膜后降低了太陽能玻璃透光率。日本進口的納米TiO2自清潔粒子溶膠含有機粘合劑，在紫外光照射下分解，降低了膜層附著力和服務期限。實踐證明，稀土摻雜納米TiO2粒子溶膠與納米SiO2粒子溶膠復合，能夠解決納米TiO2粒子溶膠產(chǎn)業(yè)化應用中光催化活性、透光性和附著力之間的矛盾，是未來發(fā)展方向。

3 太陽能電池中的無機納米光轉(zhuǎn)換材料

晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率不理想的重要原因之一是其光譜響應特性與太陽光譜分布的不匹配。晶體硅太陽能電池可響應的有效波長為380～1 100nm，光譜響應曲線的最靈敏區(qū)在600～980nm，而太陽光譜構(gòu)成為280～2 500nm，輻照度曲線的峰值在500～600nm。若在太陽能玻璃上涂覆光轉(zhuǎn)換膜，把太陽光譜中280～450nm的近紫外光轉(zhuǎn)換為晶體硅太陽能電池響應靈敏的可見光，將大大提高晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

3.1 光轉(zhuǎn)換膜組成和光轉(zhuǎn)換原理

太陽光在到達電池硅片之前先進入光轉(zhuǎn)換層，太陽光中一部分波長較短的光子被光轉(zhuǎn)換材料吸收，再發(fā)射出波長較長的光子，使入射光譜從電池光譜響應性不好的短波長區(qū)域向光譜響應性較好的長波長區(qū)域移動，從而提高太陽能電池對高能光子的響應性。

光轉(zhuǎn)換膜主要成分是稀土光致熒光材料，鋱（Tb）、銪（Eu）、鐿（Yb）、鏑（Dy）、釤（Sm）等稀土離子在紫外光照射下發(fā)出可見的熒光，并具有高的熒光量子效率，已成功應用于農(nóng)用轉(zhuǎn)光塑料薄膜生產(chǎn)中［12-14］。半導體照明技術(shù)的迅速發(fā)展推動了稀土摻雜熒光粉技術(shù)開發(fā)，已有許多紫外光激發(fā)的商品化稀土熒光粉，它們原理上也可以作為太陽能電池光轉(zhuǎn)換材料。

3.2 納米稀土光轉(zhuǎn)換粒子溶膠生產(chǎn)方法

溶膠-凝膠法是用金屬的有機或無機化合物經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠過程而固化，再經(jīng)熱處理成膜的方法，在制備光轉(zhuǎn)換薄膜方面具有巨大優(yōu)越性。采用溶膠-凝膠工藝制備光轉(zhuǎn)換膜必須首先制備穩(wěn)定的納米稀土光轉(zhuǎn)換溶膠。納米稀土光轉(zhuǎn)換溶膠的獲得一般有以下3種途徑［15-16］。

1）無機途徑：將納米稀土化合物分散在溶劑中形成穩(wěn)定的納米稀土粒子溶膠。該法制備的溶膠粒子在玻璃上的附著力較差，在制備多組分氧化物膜時很難找到對幾種氧化物都有良好的溶解度的溶劑。

2）有機途徑：采用稀土金屬醇鹽或金屬有機配合物水解縮聚形成納米稀土粒子溶膠，缺點是稀土金屬醇鹽的價格昂貴且不易得到。

3）無機/有機混合途徑：原料中同時包含了無機鹽和金屬醇鹽，通過醇鹽的水解和縮聚得到溶膠。

3.3 納米稀土光轉(zhuǎn)換粒子溶膠的改性

單一的納米稀土粒子在近紫外光照射下產(chǎn)生的熒光強度很弱，為提高轉(zhuǎn)換效率增大稀土粒子濃度后成膜性能變差，即近紫外光的光轉(zhuǎn)換性能不好。將兩種納米稀土粒子溶膠復合或?qū)⒓{米稀土粒子分散在納米二氧化硅基質(zhì)中，經(jīng)過水熱法處理或高溫處理形成復合發(fā)光材料，稀土摻雜離子可作為激活中心提高熒光強度，提高近紫外光的光轉(zhuǎn)換性能。

3.4 納米稀土光轉(zhuǎn)換粒子溶膠的技術(shù)難點和改進方向

大量的理論研究和實驗結(jié)果都顯示光轉(zhuǎn)換能夠提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。稀土離子雖然具有高的熒光量子效率，且可以實現(xiàn)吸收譜與發(fā)射譜的分離，但其非常低的紫外光吸收系數(shù)影響實際應用效果，需要引入有高吸收特性的配體或與納米基質(zhì)結(jié)合來改善吸收。稀土元素摻雜通常要求在1 000℃高溫下長時間灼燒活化，而太陽能玻璃鋼化處理條件為700℃左右溫度下加熱3～5min。所以，納米稀土光轉(zhuǎn)換粒子溶膠生產(chǎn)技術(shù)難點是篩選出性能穩(wěn)定的稀土離子和配體或摻雜元素組合，能夠在較低的熱處理溫度下活化。技術(shù)改進方向是將商品化稀土熒光粉開發(fā)的技術(shù)成果轉(zhuǎn)移到太陽能電池上來。

4 太陽能電池中的無機納米多功能材料專利技術(shù)進展

為提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率，實際應用中往往需要在太陽能玻璃上涂覆自清潔膜、減反射膜和光轉(zhuǎn)換膜等多層膜，但各功能膜層存在相互滲透和相互影響，多層膜涂覆工藝復雜和生產(chǎn)成本高，開發(fā)太陽能電池納米多功能材料勢在必行。文獻中對太陽能電池納米多功能膜采用的納米材料少有報道，技術(shù)信息主要出現(xiàn)在專利文獻中，近年來中國自清潔、減反射和光轉(zhuǎn)換多功能材料專利技術(shù)進展迅速。

4.1 無機納米自清潔減反射雙功能材料專利技術(shù)進展

針對灰塵對太陽能電池玻璃蓋板的污染，美國3M創(chuàng)新公司專利公開一種減反射防污涂料［17-18］，其主要成分是不同尺寸的納米二氧化硅混合水溶膠。由于納米二氧化硅表面帶負電荷和具有良好的親水性，涂料在玻璃表面涂覆形成的減反射膜不僅具有良好的增透作用，而且具有一定的防灰塵污染功能。日本TRADESERVICECORP公司專利公開一種全無機水性涂料［19］，主要成分是納米二氧化硅、磷酸鹽和硼酸，它具有良好親水性和易清潔性能，應用于玻璃表面時也具有一定的增透功能。韓國LG公司專利公開用長鏈有機氟改性納米二氧化硅，提高減反射膜的防污和自清潔性能［20］。

針對工業(yè)有機污染物對太陽能電池玻璃蓋板的污染，韓國CHEMWELLTECH公司專利公開一種光催化增透膜［21］，采用摻雜WO2、ZnO、SnO2組分的納米TiO2光催化劑。彩虹集團公司專利公開一種太陽能電池用增透及自清潔復合薄膜的制備方法［22］，將納米二氧化硅和二氧化鈦復合溶膠噴涂在太陽能玻璃上，鋼化處理形成自清潔減反射膜。

針對灰塵和工業(yè)有機物復合污染，中山市旌旗納米材料科技有限公司專利公開一種自清潔陶瓷化納米玻璃減反射涂料制造方法［23］，由無定形多孔二氧化硅和二氧化鈦、二氧化鋯、二氧化錫、氧化鈰、氧化釔復合后鍍在光伏玻璃表面。天津市職業(yè)大學專利公開一種太陽能玻璃自清潔減反射涂料及其生產(chǎn)方法［24］，主要組成是納米二氧化硅、TiO2光催化劑、磷酸錫銻、磷酸鈦和磷酸硅，依靠靜電排斥灰塵附著，依靠TiO2光催化分解有機工業(yè)污染物，因減反射涂料含有磷酸錫銻半導體組分，減反射膜表面電阻為108Ω，具有良好的抗靜電功能。

4.2 無機納米光轉(zhuǎn)換減反射雙功能材料專利技術(shù)進展

浙江大學專利公開一種具有光轉(zhuǎn)化作用的減反射薄膜的制備方法［25］，將稀土銪離子摻雜到納米二氧化硅溶膠中，旋涂在玻璃表面形成減反射膜，經(jīng)過高溫處理后，減反射膜在393nm光源激發(fā)下，在570～600nm有明顯尖銳的特征峰，透光率提高0.5％～4.0％。西北大學專利公開一種光波轉(zhuǎn)換-減反射雙功能溶膠材料及其薄膜的制備方法［26］，將稀土鋱或銪離子摻雜到納米二氧化硅或二氧化鈦溶膠中，提拉法涂敷在玻璃表面成膜，經(jīng)過550℃退火處理后得到雙功能復合薄膜，使光電轉(zhuǎn)換效率提高2.5％～7.4％。天津順御科技公司專利公開一種太陽能玻璃光轉(zhuǎn)換減反射雙功能涂料及其生產(chǎn)方法［27］，在減反射涂料中加入潛伏型光轉(zhuǎn)換組分，膜層經(jīng)過鋼化處理可生成二氧化硅包敷的硅酸鹽型熒光材料和鋯酸鹽型熒光材料，在實現(xiàn)可見光減反射的同時將近紫外光轉(zhuǎn)換為可見光，使太陽光譜中的紫外光通過光轉(zhuǎn)換加以利用。華東理工大學專利公開一種具有發(fā)光功能的晶硅太陽能電池減反射膜［28］，采用三層膜工藝，最外層是鈰鋱摻雜的納米二氧化硅，具有自清潔、減反射和近紫外光轉(zhuǎn)換多重功能。天津順御科技公司專利公開一種太陽能玻璃自清潔高增透涂料及其生產(chǎn)方法［29］，由減反射組分、自清潔組分、潛伏型光轉(zhuǎn)換組分、鍍膜調(diào)節(jié)劑和溶劑水組成，將其涂敷在太陽能玻璃表面，經(jīng)過鋼化處理可生成二氧化硅包敷的磷酸鹽型熒光材料，同時具備自清潔、減反射和近紫外光轉(zhuǎn)換三重功能。

5 結(jié)論和展望

目前無機納米減反射材料和無機納米自清潔材料已在晶體硅太陽能電池中商業(yè)化應用，但應用無機納米光轉(zhuǎn)換材料和無機納米多功能材料提高太陽能電池效率的研究仍處于實驗室研究階段。國際上晶體硅太陽能電池的研究開發(fā)日新月異，中國在納米材料和晶體硅太陽能電池開發(fā)領(lǐng)域處在國際前列，國家、地方和企業(yè)對相關(guān)課題開發(fā)的資助力度較大，產(chǎn)學研合作協(xié)同創(chuàng)新的格局逐步形成。無機納米多功能材料可替代現(xiàn)有納米減反射材料和納米自清潔材料。無機納米多功能材料能顯著提高晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率，將是太陽能電池的下一個技術(shù)突破。

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工新材料新技術(shù)開發(fā)與應用，已發(fā)表研究論文50多篇，獲得發(fā)明專利授權(quán)15項。

聯(lián)系方式：lijiansheng2001@tom.com

Research progress in inorganic nano-materialsused in improving solar cellefficiency

Li Jiansheng1，Liu Bingguang1，Dong Xuetong2
（1.SchoolofBiologicaland EnvironmentalEngineering，Tianjin Vocational Institute,
Tianjin 300410，China；2.Tianjin Shunyu Technology Co.，Ltd.）

Inorganic nano-materials having anti-reflection function，self-cleaning function，and luminescence conversion function used in solar cell and theirworking principles,preparationmethods，technique keys，and improving directionswere introduced separately.The progressofpatentsofmultifunctional inorganic nano-materials in improving the solar cellefficiency was summarized.Itwas suggested thatmultifunctional inorganic nano-materials will replace existing anti-reflection and self-cleaning nano-materials.Itwillbe the next technicalbreakthrough ofsolar cell.

nano-material；solar cell；anti-reflection；self-cleaning；luminescence conversion

TB34；TQ115

A

1006-4990（2014）09-0001-06

天津市科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新資金項目（12ZXCXGX29600）。

2014-04-08

李建生（1964—），男，碩士，教授級高工，研究方向為化