[发明专利]光伏电池板、相应制造方法和实施该方法的设备

说明书

技术领域

本发明涉及光伏电池板、相应制造方法和实施该方法的设备。

背景技术

在过去十年中，对于涉及目前主要能源(石油、天然气、煤、铀)的环境问题的意识和对它们逐渐枯竭的认识推动了替代能源的研究和开发。

其中，光伏发电似乎对于产生电动势的干扰最小，并且目前已经通过开发硅的性能来进行应用。

光伏电池板的工作是基于当由于入射在材料上的足够能量的光子的吸收而使材料(通常为半导体材料)的价带中的电子转移至导带时所发生的同向(homonymous)效应。

特别地，另一方面，当光通量撞击半导体材料的晶格时，一定数目的电子被提升到导带，而对应的相同数目的空穴转移至价带。这样，可以形成电荷载流子并且其可用于产生电流。

因此，通过将通过原子结构吸引电子的材料(带负电荷)放置为与旨在排斥电子的材料(带正电荷)相接触，从而分别获得n型结构(具有过量电子)和p型结构(具有过量空穴)来制造光伏电池板。

在前述两种材料中，一般情况下必须停止导电，但是必须易于通过经光子辐射为价电子施加能量而激活导电(半导体特性)。

当电子接收到足够量的能量时，其开始在半导体材料中移动，使得其所占的位置留空(电子空穴)，该位置将被相邻电子填充，从而产生类似于带正电荷的移动粒子的行为。

由于具有不同亲电性的两种材料的接触，因此电子往往会在优选方向上移动产生电流(相应的空穴在相反方向上移动)，其可被导体收集并有利地使用。

只有电子-空穴对到达两个半导体之间的结时，其才最终解离并产生电流。

一般地，根据现有技术的光伏发电结构包括(以图1中所示的顺序)：

-第一保护层1；

-用于收集电子的导电层(负极)2；

-负的半导体层3(n)；

-正的半导体层4(p)；

-用于收集电子空穴的导电层(正极)5；

-第二保护层6。

因此，图1所示的光伏电池板具有玻璃的第一保护层1，而导电层2则通过金属网2’嵌入透明导电层2”中制成。

P和n半导体层3和4分别通过用元素周期表的III族和V族元素分别“掺杂”硅来常规制成。

由于光子必须到达半导体，因此保护层和相邻导电层中的至少之一必须透光。

常规光伏电池使用掺杂有例如硼或磷的硅来制造两个有源中间层(半导体)并且使用常规金属导体制造最外层。两个导电层之一由金属线网形成以使得硅可被照射到。

在常规制造方法中，通过将合适的纯锭切片，然后通过在高温炉中扩散掺杂并且组装用于形成电池的不同层而获得硅箔(晶片)。

所述方法成本高昂且耗费劳力并且仅在环境和策略原因方面合理，基于该原因或由于缺乏其它能源而获得制度激励。

为了优化硅的使用和使制造方法更加成本合理，已经开发了其中各组件通过薄膜沉积(纳米nm级或微米μm级)获得的各种技术。

由此获得的硅是无定形的，其具有比晶片的结晶硅更短的寿命和更低的产率，但是成本降低弥补了这一缺点。

已经提出了使用“共轭结构”聚合物的解决方案并且在一些情况下应用了该解决方案，所述“共轭结构”聚合物为其中碳原子链C包含至少部分规则构型的共价双键(σ，π)。

在这些聚合物中，根据最认可的模型，形成π键的电子在分子周围的电子云中离域，并且可易于被激发至导带产生对(电子-空穴)。

特定化学组合物和/或合适的掺杂元素的存在使聚合物具有能产生光伏半导体对的电子施主的特性(如在聚(2-甲氧基，5-(2′-乙基-己氧基)-1，4-苯乙炔)(MEH-PPV)的情况中)或电子受主的特性(如在[6，6]-苯基-C61-丁酸甲基酯(PCBM)的情况中)。

由导电聚合物制造的光伏电池的实例记载在技术文献和/或专利现有技术中。

例如，已知电池包括下列层：

ITO/PBI/P3HT/Au，(ITO：氧化铟锡；背面电极是薄金膜)；

PEDOT:PSS/MEH-PPV/PCBM/Al(PEDOT:PSS导电聚合物聚乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐，背面电极由铝制成)。

导体之一必须是透明的，以允许半导体膜被照射。

目前，使用ITO(ITO：氧化铟锡)。

合适的电子收集系统必须与之相关联，通常是具有细线的小网格线网。

将所有这些密闭在保护层之间以避免氧化。通常使用有机或金属材料。

但是这些聚合物不能耐受常用于一般塑料材料的高温变形过程，它们具有相对低的能量产率和相对短的寿命(总是与硅相比)。