[发明专利]制造用于光生伏打器件的盖板的方法

说明书

本发明涉及一种制造用于光生伏打器件的凸纹纹理化的盖板的方法。

该方法基于在室温下为液体的树脂，当使所述树脂与模具接触时使所述树脂硬化为凸纹纹理化的盖板。所得凸纹纹理化的盖板可直接用作光生伏打器件的盖板或者通过使用合适的粘合剂而施加到透明基底的一个表面。含有一个或多个凸纹纹理化的盖板的透明基底可用作光生伏打器件的盖板或可用在光生伏打器件的盖板顶上。

太阳能电池(光生伏打电池或光生伏打器件)常用于将光能转换成电能。该效应已知为光生伏打效应。太阳能电池含有活性层，该活性层由光吸收性材料构成，该光吸收材料在暴露于光时产生载流子。在光生伏打器件中常用的活性层为硅。然而，可遇到各种材料，例如砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)或二硒化铜铟镓(CIGS)。使在活性层中产生的电荷分离到传输电的导电触件。由于活性层的薄且脆的性质，通常通过透明盖板(通常为玻璃)防止活性层受到外部影响。该盖板位于光源与活性层的光接收侧之间。大多数情况下，单个太阳能电池不能产生用于希望目的的足够电力，因此多个电池连接在一起形成较大类型的光生伏打器件。将电池组件用于制造太阳能模块，又可将太阳能模块连接到光生伏打阵列中。单独的电池可用于对小器件如计算器或电子表供电。模块或光生伏打阵列例如安装在房屋的屋顶上或离网型(off-grid)应用如船、交通信号或航天器。

由现有技术已知，活性层、盖板和其他部件反射入射到光生伏打器件的光的一部分。特别地，活性层的高折射率引起大的反射损失，在硅的情况下，反射损失可超过入射光的30％。由于不能将反射光转换成电能，因此这些反射损失引起光生伏打器件效率的大的降低。

由现有技术已知，可通过将凸纹纹理施加到盖板而降低光生伏打器件的反射损失。凸纹纹理降低了盖板的反射损失(称为“抗反射”)和由盖板保护的部件如活性层或电极的反射损失。后一效果通常称为“俘获”。由于需要足够的强度来保证长期的户外耐用性，所述凸纹纹理的尺寸总是在毫米范围。更小的结构体较容易受到损伤，而更大的结构体需要过多的材料并因而导致高产品成本。可以使用不同的凸纹纹理，例如金字塔纹理的阵列(WO03/046617)、V形槽(G.A.Landis，21^st IEEE photovoltaic specialist conference，1304-1307(1990))、圆形凹陷(P.Sánchez-Friera，IEEE 4^th World Conference on photovoltaic energy conversion，2156-2159(2006))或将由通过n边形(其中n等于4或更大)表面连接的底面(base)和顶点构成的结构体(WO2009059998)施加到盖板以降低所述板的反射损失并提高光的透射。

模型研究显示，金字塔凸纹纹理化的盖板可将光生伏打器件的效率提高至多6％(U.Blieske等，3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion，188-191(2003))。然而，实践中，结果小于6％，通常仅获得3％的改善。该低性能可归因于制造方法。通常将凸纹纹理经由热轧而施加到玻璃或聚合物盖板(WO2005111670，WO03/046617)。这是用于以快速制造方法形成毫米尺寸的结构体的典型技术。利用该技术，通过加热而软化要纹理化的材料。通过与硬(通常为金属)模具机械接触而使软化的材料纹理化。为了固定纹理，将材料冷却到室温，在室温下，该材料硬化。产生的问题是聚合物和玻璃都具有变形回到其未被纹理化的平面形状的趋势。该弛豫是由聚合物和玻璃的粘弹性特性引起的。结果，盖板上的凸纹纹理的形状与其理想形状变形。通过不完美纹理化的盖板实现的光生伏打器件的性能提高当然要低于由完美纹理化的盖板实现的性能提高。此外，该加工技术需要较高温度以软化要纹理化的材料。为了保证均匀加热，将材料和模具都加热。对于大多数聚合物，需要150摄氏度左右的温度，而对于大多数玻璃，需要1000摄氏度左右的温度。材料的加热和随后冷却是极其耗能的。加热/冷却周期还应非常小心的进行而避免盖板的损伤、变形或断裂。这种加工技术的另一缺点是需要较高压力以保证凸纹纹理的几何形状尽可能最理想。高压引起模具的严重磨损。