光伏电池的膜及相关的制造方法、光伏电池和光伏模块技术

本发明专利技术涉及光伏电池的膜及相关的制造方法、光伏电池和光伏模块。用于光伏电池的膜包括至少一种金属氧化物和至少一种添加剂，所述金属氧化物具有有最低能级的导带，所述添加剂选自由碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、半导体材料和n‑型掺杂材料所组成的组，所述半导体材料具有最高占据分子轨道，所述分子轨道具有的能级的绝对值低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值，所述n‑型掺杂材料具有低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值的电离能。

Membrane of photovoltaic cell and related manufacturing method, photovoltaic cell and photovoltaic module

【技术实现步骤摘要】
光伏电池的膜及相关的制造方法、光伏电池和光伏模块
本专利技术涉及用于光伏电池的膜和用于生产用于光伏电池膜的方法。本专利技术进一步涉及包括所述膜的光伏电池以及包括至少一个包括所述膜的光伏电池的光伏模块。
技术介绍
光伏电池是一种当暴露于光(光子)时，会因所用的半导体材料的特性获得光伏效应来产生电的电子元件。术语“半导体”是指这样的材料，其具有绝缘体的电特性，但是其中电子能够对电流具有贡献，虽然弱但是不可忽略。换言之，半导体的导电性是中等的，介于金属的导电性和绝缘体的导电性之间。量子物理学中通过基于电子能带结构的近似法描述半导体的性质。基于电子能带结构的近似法提供了半导体中的电子仅在被称为“能带”的连续间隔(更具体是在容许带)内具有能量值，这些“能带”被称为带隙或禁带的其它“带”隔开。两个容许能带具有特定作用：最后一个完全占据的带，被称为“价带”；以及后续的容许带，被称为“导带”。在半导体中，与绝缘体一样，价带和导带被带隙(通常简称为“隙”)隔开。该带隙的宽度限定了必须提供给电子以使其从基态转变为激发态的最小能量。例如以光能的形式来提供该能量。半导体分为两类，即，p型半导体，也被称为电子供体；以及n型半导体，也被称为电子受体。电子能带结构近似法并不适用于有机半导体的情况，即半导体具有在碳原子和氢原子之间的共价键、碳原子和氮原子之间的共价键或碳原子和氧原子之间的共价键的组中的至少一种键；然而，通过类比，分子轨道显示出相同的性质，其中，HO轨道对应于价带，并且LU轨道对应于导带。HO轨道(“较高占据轨道”的缩写)也被称为HOMO轨道(最高占据分子轨道)，是指由至少一个电子所占据的最高能量分子轨道。LU轨道(“较低未占据轨道”的缩写)也被称为LUMO轨道(最低未占据分子轨道)，并且是指未被任一电子占据的最低能量分子轨道。表征光伏电池性能的一个方式是计算转换效率。光伏电池的“转换效率”是指光伏电池输出量的最大电能与光伏电池接受的光能之间的比。转换效率能够表征以电的形式注入电网的原始捕获的光能的部分。通过沉积若干层来得到光伏电池，其中一层确保电子的传输。该层为电子传输层或ETL。电子传输层是基于金属氧化物的。二氧化钛(TiO2)和氧化锌(ZnO)通常用于形成电子传输层，这是因为它们在工业光伏电池生产中具有有利的特性，诸如低成本、易合成、无毒、高稳定性以及它们的光学和电学性质。然而，在使光伏电池发挥其电子功能之前，需要使用紫外线照射包括金属氧化物的电子传输层一定时间。光伏电池只有已经暴露在光中一段时间(称为“光活化时间”或“活化时间”)之后，才能发挥完全的功能。LilliedalM等人在“‘Theeffectofpostprocessingtreatmentsoninflectionpointsincurrent-voltagecurvesofroll-to-rollprocessedpolymerphotovoltaics’,Sol.EnergyMat.&Solarcells94(2010):2018-2031”中报道了30分钟左右的光活化时间。测试的光伏电池包括由氧化锌纳米颗粒的溶液得到的电子传输层。在黑暗中储存数周后，将光伏电池暴露在紫外线辐射中，并测量电池的电效率。已经发现，光伏电池仅在30分钟的时段内便达到了其最佳转换效率。光伏电池不能立即提供其最大电功率以及该等待时间是用户不方便的根源。此外，当在光伏电池的开发和后期监测期间进行电测量时，活化时间的存在也不利于测量生产率。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是获得能够在显著更短时间内，具体地可为小于1分钟，获得最大电能的光伏电池，而且在工业化规模下能简单且容易地制造。为此，提供一种包括至少一种金属氧化物和至少一种添加剂的用于光伏电池的膜。所述金属氧化物具有有最低能级的导带。所述添加剂选自由碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、半导体材料和n-型掺杂材料所组成的组。所述半导体材料具有最高占据分子轨道，所述分子轨道具有的能级的绝对值低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值。所述n-型掺杂材料具有低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值的电离能。还提供一种包括至少一种金属氧化物和至少一种添加剂的用于光伏电池的膜。所述金属氧化物具有有最低能级的导带。所述添加剂选自由碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、n-型半导体材料所组成的组。所述材料具有最高占据分子轨道，所述分子轨道具有的能级的绝对值低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值。由于该膜，所述光伏电池具有显著更短的光活化时间，对于特定的膜组成可小于1分钟。相对于在电子传输层不包括任何添加剂的那些光伏电池，包含这种膜的光伏电池在保持初始性能的同时，不需任何光活化时间或以更短的光活化时间运行。在具体实施方式中，所述膜单独地或以任何技术上可能的组合包括一个或多个下述特征：-所述膜包括至少一种金属氧化物和至少一种添加剂，所述金属氧化物具有有最低能级的导带，所述添加剂选自由碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、n-型半导体材料和n-型掺杂材料所组成的组，所述n-型半导体材料具有最高占据分子轨道，所述分子轨道具有的能级的绝对值低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值，且所述n-型掺杂材料具有低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值的电离能；-所述膜由至少一种金属氧化物和至少一种添加剂组成，所述金属氧化物具有有最低能级的导带，所述添加剂选自由碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、n-型半导体材料和n-型掺杂材料所组成的组，所述n-型半导体材料具有最高占据分子轨道，所述分子轨道具有的能级的绝对值低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值，且所述n-型掺杂材料具有低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值的电离能；-所述膜由至少一种金属氧化物和至少一种添加剂组成，所述金属氧化物具有有最低能级的导带，所述添加剂选自由碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物和n-型半导体材料所组成的组，所述材料具有最高占据分子轨道，所述分子轨道具有的能级的绝对值低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值；-各金属氧化物选自氧化锌、二氧化钛、二氧化锡、及其衍生物和混合物；-添加剂含量和金属氧化物含量之间的比例小于或等于10.0％，优选小于或等于5.0％，更优选小于或等于1.0％，所述添加剂含量定义为各添加剂的量之和以及所述金属氧化物含量定义为各金属氧化物的量之和；-所述添加剂含量和所述金属氧化物含量之间的比例大于或等于0.01％，优选大于或等于0.025％；-各添加剂是n-型掺杂剂，所述n-型掺杂剂使具有所述掺杂剂的掺杂材料与未掺杂的材料相比的电子传输容量增加大于或等于1.1的因数；-各添加剂是n-型掺杂剂，所述n-型掺杂剂使具有所述掺杂剂的掺杂材料与未掺杂的材料相比的光活化时间降低大于或等于1.1的因数；-各添加剂是碱金属氧化物或碱土金属氧化物，有利地选自由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于光伏电池(8)的膜(24)，包括：/n至少一种金属氧化物，所述金属氧化物具有有最低能级的导带，和/n至少一种添加剂，所述添加剂选自由以下各项组成的组中：/n碱金属氢氧化物，/n碱土金属氢氧化物，/n半导体材料，所述材料具有最高占据分子轨道，所述分子轨道具有的能级的绝对值低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值，和/nn-型掺杂材料，所述材料具有低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值的电离能。/n

【技术特征摘要】
20180613 FR 18551781.用于光伏电池(8)的膜(24)，包括：
至少一种金属氧化物，所述金属氧化物具有有最低能级的导带，和
至少一种添加剂，所述添加剂选自由以下各项组成的组中：
碱金属氢氧化物，
碱土金属氢氧化物，
半导体材料，所述材料具有最高占据分子轨道，所述分子轨道具有的能级的绝对值低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值，和
n-型掺杂材料，所述材料具有低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值的电离能。


2.根据权利要求1所述的膜(24)，其中所述膜(24)由以下各项组成：
至少一种金属氧化物，所述金属氧化物具有有最低能级的导带，和
至少一种添加剂，所述添加剂选自由以下各项组成的组中：
碱金属氢氧化物，
碱土金属氢氧化物，
n-型半导体材料，所述材料具有最高占据分子轨道，所述分子轨道具有的能级的绝对值低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值，和
n-型掺杂材料，所述材料具有低于所述金属氧化物的导带的最低能级的绝对值的电离能。


3.根据权利要求1所述的膜(24)，其中各金属氧化物选自氧化锌、二氧化钛、二氧化锡、及其衍生物和混合物。


4.根据权利要求1所述的膜(24)，其中添加剂含量和金属氧化物含量之间的比例小于或等于10.0％，所述添加剂含量定义为各添加剂的量之和以及所述金属氧化物含量定义为各金属氧化物的量之和。


5.根据权利要求4所述的膜(24)，其中所述添加剂含量和所述金属氧化物含量之间的比例小于或等于1.0％。


6.根据权利要求4所述的膜(24)，其中所述添加剂含量和所述金属氧化物含量之间的比例大于或等于0.01。


7.根据权利要求4所述的膜(24)，其中所述添加剂含量和所述金属氧化物含量之间的比例大于或等于0.025％。


8.根据权利要求1～7中任一项所述的膜(24)，其中各添加剂是n-型掺杂剂，所述n-型掺杂剂使具有所述掺杂剂的掺杂材料与未掺杂的材料相比的电子传输容量增加大于或等于1.1的因数。


9.根据权利要求1～7中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤依兴·翁格赛斯依，
申请(专利权)人：阿尔莫，波尔多大学，波尔多理工学院，国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR