一种可提高太阳光能利用率的组合太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及一种可提高太阳光能利用率的组合太阳能电池，包括电池本体，电池本体结构包含微结构聚合物异质结及纳米晶离散岛阵列异质结；所述电池本体最外层为导电玻璃，在所述导电玻璃里面从上向下依次为：能级调节层，电解质，染料敏化层，纳米晶半导体层，金属电极层；所述导电玻璃分为正电极与负电极；太阳光经过所述正电极，穿过异质结界面变为负电极；本发明专利技术的优点是，本发明专利技术结构简单，制备电池耗能较少，能源回收周期短；生产过程中无毒无污染，体积超薄、重量轻，特别是具有力学上的柔软性，能够在不占有空间资源和破坏原有被覆盖物表面特征的前提下，表贴于各种物体表面，值得大规模推广及使用。

【技术实现步骤摘要】
一种可提高太阳光能利用率的组合太阳能电池
本专利技术涉及薄膜太阳能电池领域，尤其涉及一种可提高太阳光能利用率的组合太阳能电池。
技术介绍
目前获得不同程度应用的各类太阳能电池主要包括：硅系太阳能电池(如单晶硅、多晶硅、非晶硅等薄膜太阳能电池)、多元无机化合物电池(以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池)、纳米晶太阳能电池(NPC)，和有机聚合物太阳能电池等。太阳能电池的基本工作原理是p-n结光生伏打(photovoltaic)效应，为提高太阳能电池的光电转换效率，国际上的研究工作主要集中在材料物理、太阳能电池新型结构等方面。无机类太阳能电池。以硅系材料为代表，其最大优势是可达较高的光电能转换效率(单晶硅类可达19％以上，非单晶硅类可达10％以上)。但各类无机类太阳能电池的制造工艺都不能回避溅射、蒸镀、CVD、高纯度硅晶体生长制备、掺杂等薄膜工艺和物理或化学加工手段，虽制造工艺较成熟，但设备繁多、工艺复杂、代价高昂，电池制造面积受限，且存在环境污染风险；另外，可供应硅系太阳电池的头尾硅料愈来愈少，原材料价格越来越高，致使制造成本高居不下，产品也只能在政府支持的示范项目中得以应用，要获得民间或工业上广泛而自发的应用还存在一定的困难。多元无机化合物薄膜电池。为了寻找硅系电池的替代品，其它材料的太阳能电池，如包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒等。尽管该类电池具有高于非晶硅薄膜太阳能电池的光电转换效率，成本也较单晶硅电池低，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染。因此，从材料来源看，这类太阳能电池将来也不可能占据主导地位，还不是硅系太阳能电池理想替代品。纳米晶太阳能电池。随着瑞士洛桑大学Michael教授对半导体纳米晶体(如TiO2)受光子冲击产生光生电流以来，无机太阳能电池的制造有可能避免如掺杂和物理化学气相沉积等复杂工艺工艺，大幅度简化工艺、降低制造成本(硅系太阳能电池的10％-20％)，无环境污染风险，寿命能达到20年以上，且转换效率可达14％以上。当然，该材料的光电转换过程也有其特殊性，如试验中发现光电效能将随面积的增加而急剧下降(如14％/0.22cm2，5.9％/300cm2)，据材料领域内相关专家分析，产生这种现象的原因可能是当电解质层为激发态染料分子提供自由电荷时，随着面积的增大其内部自由离子互斥作用也将加剧，激发态分子的部分电能被转换为热能释放出去，因此降低影响敏化层中的电子补充，致使光电效能下降。目前，国际上通过间隔腔体结构形成电池内部并联形式，有效地减少了电热转换，成功的提高了转化效率(提高3～5％)，但腔体障壁将会造成异质结有效面积的极大浪费，另外考虑到腔体需要一定的机械强度，电池整体也将无法实现超薄、超轻等优势特性。因此，NPC随着连续光子反应面积的增加而大幅度降低光电转换效率的缺陷，也阻碍了其大面积批量生产和民间应用推广。聚合物太阳能电池。近十数年来，以聚合物代替无机材料是太阳能电池的一个新研究方向，并认为其将具有极大的效能价格比优势。通过制备电子施主型(donor)与电子受主型聚合物半导体(acceptor)，可以获得类似硅系列半导体p-n结一样的界面(施主与受主聚合物形成所谓异质结(hetero-junction))。PSC的优势为：低成本，原材料合成、聚合物涂铺或沉积工艺简单，可以连续、大面积、成卷生产(Roll-to-Roll)成可卷展的形成，体积超薄、重量轻，特别是具有力学柔性，能够在不占有空间资源和破坏原有被覆盖物表面特征的前提下，表贴于各种物面(如，各类交通工具、建筑、服装、媒体广告、甚至于跨幅数百米的太空太阳帆)，获得全方位的太阳能资源。据国外资料估算，PSC的生产成本仅为等面积硅系太阳能电池的10％以下。但与无机材料相比，由于电子在聚合物中的越迁能级较高，光诱导电荷的密度较低，导致其光电能转换效率低下。目前，PSC在实验室条件下获得的最佳能量转换效率仅为6％以下。但据加州大学洛杉矾分校(UCLA)称，PSC的转换效率预计最终可达15％～20％，使用期限可达15～20年。另据国外测算，当PSC的能量转换效率达到8％以上后，将可取代现有的无机太阳能电池而获得广泛的民用。在材料物理范畴之外，太阳能电池的结构同样对其光电转换效能起着至关重要的作用。改变结构的目标就是要提高异质结的实际界面面积，增加光诱导电荷密度，提高电池的光电效能。已有的结构包括：表面蚀刻粗化。采用集成电路制造工艺中的光刻、刻蚀技术，在硅晶薄膜的表面实现织构化、发射区钝化、分区掺杂、刻槽埋栅电极等工艺措施(如德国夫朗霍费莱堡太阳能系统研究所)，在一定程度上增加了硅系p-n结的实际界面面积，使得电池转化效率有所提高(提高2～3％)。该技术由于附加工艺的成本太高，进一步增加了制造成本，所以难以获得广泛应用。类似的表面工艺只适合于硅、石英等硬制材料，对于聚合物等柔性材料不具备技术上的可行性。其当然也可在聚合物上形成不规则微结构以增加界面的实际接触面积，但同时会引发不希望的材料改性。多层光锁电池结构。针对硅系太阳能电池对光高反射率的特点，在普通的硅系电池上再制作出一层具有漏光空洞阵列的双面电池，两层电池之间填充高透光有机材料。该结构具有三个光电转换面，并且通过漏光空洞进入底层电池的光在上下两层电池之间不断反射，进行光电转换。如德国夫琅和费光电实验室开发的原型电池，在同等面积上的光电转换效率提高了6～8％。该结构在证明结构对光电效能的影响下，具有不可推广实用的缺陷，即制造工艺极为复杂(需增加双面曝光、双面刻蚀、双面离子注入、键合等工艺)，成倍昂贵，不具备规模生产能力；电池结构非常脆弱，极易损坏，难以形成产品推向市场。PSC双层异质结结构。采用PSC异质结叠层的方式，虽然该结构能够成倍提高异质结的实际界面面积，在同等受光面积的前提下提高光电效能。如奥地利林茨聚合物光电实验室提出的双层PSC结构，其转换效率从3％提高到4.3％。但是，该种电池结构势必使得厚度成倍增加，重量加大，丧失力学柔性，而转换效能还是赶不上无机材料。另外，两层异质结之间必须存在金属电极薄膜，会产生反射、散射等降低光通量的现象。过于薄的金属电极也会降低光诱导载流子的聚集能力，从而降低光电效能。因此，简单通过异质结叠层的方式来会对光电转换效能的提高有一定的帮助，但也会牺牲PSC轻、薄、柔性等的优势特性。PSC扭曲异质结结构。为保持PSC的力学柔性，又能够提高其光电效能，日本先进技术发展实验室通过化学溶解作用将平面异质结结构扭曲成微波浪形，提高了异质结的实际界面面积，增加光诱导电荷密度，其光电转换效率从2.5％提高到了3.5％。该制造方法非常简单，制造成本也不会有大的提高。但是，该方法需要大量化学试济对异质结的处理，存在化学废液的处理负担和环境污染的风险。另外，制造出的异质结结构属于随机无序状态，难以保证批量电池生产候的光电效能稳定性。固然，材料的改进和结构的变化对提高太阳能电池光电效能都有显著作用，同时也带来不利于规模化生产和民间自发使用市场形成的负面影响。只有二者结合，才会在保证原有优势特点的基础，进一步提高太阳能电池的整体性能。我国目前在太阳能电池的研究开发上与国际水平差距较大，制造技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可提高太阳光能利用率的组合太阳能电池，包括电池本体(8)，其特征在于，电池本体(8)结构包含微结构聚合物异质结(91)及纳米晶离散岛阵列异质结(93)；所述电池本体(8)最外层为导电玻璃(2)，在所述导电玻璃(2)里面从上向下依次为：能级调节层(3)，电解质(4)，染料敏化层(5)，纳米晶半导体层(6)，金属电极层(7)；所述导电玻璃(2)分为正电极与负电极；太阳光(1)从所述正电极，穿过异质结界面(9)变为负电极；所述金属电极层(7)与异质结界面(9)之间为粗化界面(92)，入射光(11)穿过异质结界面(9)经粗化界面(92)形成反射光(12)，反射光(12)经过异质结界面(9)形成多次反射光(13)。

【技术特征摘要】
1.一种可提高太阳光能利用率的组合太阳能电池，包括电池本体(8)，其特征在于，电池本体(8)结构包含微结构聚合物异质结(91)及纳米晶离散岛阵列异质结(93)；所述电池本体(8)最外层为导电玻璃(2)，在所述导电玻璃(2)里面从上向下依次为：能级调节层(3)，电解质(4)，染料敏化层(5)，纳米晶半导体层(6)，金属电极层(7)；所述导电玻璃(2)分为正电极与负电极；太阳光(1)从所述正电极，穿过异质结界面(9)变为负电极；所述金属电极层(7)与异质结界面(9)之间为粗化界面(92)，入射光(11)穿过异质结界面(9)经粗化界面(92)形成反射光(12)，反射光(12)经过异质结界面(9)形成多次反射光(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，
申请(专利权)人：陈伟，
类型：发明
国别省市：陕西,61