[发明专利]在金属衬底上制备太阳能电池的层叠系统及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在金属衬底上制备太阳能电池的层叠系统，以及制备所述层叠系统的方法。 

背景技术

由于对未来能源的需求以及对环保能源的期望，近十多年来，光伏发电系统获得了发展势头，且目前正获得商业开发并日益普及。尽管传统的太阳能电池或光伏设备市场提倡具有高制造成本的基于p-n结硅晶片类太阳能电池的电池，但是进来的研究努力却致力于提供低成本连续制造工艺以为光伏发电系统提供便宜的太阳能电池。 

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于便宜的太阳能电池的连续制造的层叠系统。本发明的另一个目的在于提供一种制造这种层叠系统的方法。 

本发明 

在本发明的第一方面中，提供一种用于制备太阳能电池的层叠系统，包括： 

-金属衬底，具有用于光散射的浮凸聚合物涂层； 

-太阳能电池背电极，遵循浮凸聚合物涂层的形状，且具有高光反射率； 

-一个或多个光伏活性层，其能够有效地将光转换为电； 

-透明的顶电极； 

-其中，该聚合物涂层包括可结晶聚合物。 

由于金属衬底对于氧和水汽而言是不渗透的，因此活性材料更少暴露到氧和水汽。金属衬底是用于太阳能电池的结构衬底，还赋予额外的强度。优选地，金属衬底是具有固有腐蚀保护的金属，例如不锈钢，或者是具有抵抗腐蚀的额外保护的金属，例如电镀低碳钢。这种额外保护的另一优点是可以改善衬底和聚合物涂层之间的粘合。聚合物涂层将活性太阳能电池与钢衬底电隔离。以此 方式，聚合物涂层上的个体太阳能电池可以串联连接。这提升了组件的电压。此外，聚合物涂层为钢衬底提供额外的腐蚀保护。聚合物涂层需是浮凸的，例如以提供全息图或周期光栅。该全息图或光栅提供具有彩虹效应的层。在信用卡上看到的全息图是彩虹全息图的一个示例。在本发明中这些全息图或光栅的效果是它增加了入射到表面上的光的散射。所散射的光增大了朝向表面的光的角度，并增大了穿过太阳能电池的光伏活性层的光路。这改善了光伏活性层中的光吸收，并提升了太阳能电池的性能。太阳能电池包括活性太阳能电池背电极，其遵循浮凸聚合物涂层的形状且具有高光反射率。需要具有高反射率的层以增强入射光的反射。背电极遵循浮凸聚合物涂层的形状是必要的，以受益于浮凸从而对光进行散射。术语“遵循...的形状”旨在意味着在应用背电极之后源于浮凸的表面纹理仍存在。如果背电极将部分地或完全填充浮凸图案，则浮凸的散射增强功能(部分地)丧失。光伏活性层或多层，或系列的层，吸收落到系统上的光且生成对于产生电力而言必要的电子和空穴。光穿过这些光伏活性层(或多个层)行进地越长，被光伏活性层吸收的光就越多。结果将产生更多电子和空穴，因而太阳能电池的效率得到改善。与具有高光反射率的太阳能电池背电极组合的浮凸聚合物层确保了光穿过光伏活性层所采取的路径得以延长。注意，聚合物层的任何表面纹理将在一定程度上具有类似的效果，因为表面粗糙度也散射光，特别是当具有高反射率活性太阳能电池背电极时，但未受控制的表面粗糙度可能产生不完美的层，因为层不能遵循粗糙度。这降低了太阳能电池的性能，如果不完美层引起电短路缺口的话甚至能导致彻底的故障。浮凸聚合物层的优点在于能够为此目的而控制和优化光散射。最后，提供透明顶电极使得能够传输电子。还可以存在额外的层，例如保护顶层、聚合物层与衬底之间或聚合物层与活性背电极之间的粘合层。也可以在透明顶电极上设置金属指和/或总线条以改善电子传输。 

在本发明的一个优选实施例中，浮凸聚合物涂层具有粘合层，如氧化铬层或铝层。该层的目的在于改善聚合物涂层上太阳能电池层的粘合。 

在本发明的另一个优选实施例中，背电极优选具有0.1至0.6μm之间的厚度，优选地，其中背电极具有高反射率。背电极可以是薄金属层，例如银或铝层。金属，特别是银和铝，具有高反射系数，因此大部分进入的光被其反射。然而，例如，对于基于有机小分子的光伏活性薄层或者与空穴传导和激子阻挡 层组合的聚合物或混合类活性施主-受主层系统的PV电池，可以使用非金属性电极层。层厚度由其作为背电极的功能所掌控，导致最小厚度为0.1μm。最大厚度由遵循浮凸聚合物层的形状的能力所掌控。当厚度超过0.6μm时，浮凸聚合物的光散射效果降低。