用于光生伏打装置的基材制造方法及图纸

本发明专利技术描述了用于光生伏打电池的光散射基材，覆材和／或层。所述结构可以在薄膜光生伏打电池中用于体积散射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光生伏打装置的基材本申请要求2008年3月25日提交的美国专利临时申请第61/039,398号的优先 权。
技术介绍
专利
实施方式一般涉及光生伏打电池，更具体涉及用于光生伏打电池的光散射基材 禾口覆材(superstate)。
技术介绍
对于薄膜硅光生伏打太阳能电池，光优选有效地结合入硅层，然后被俘获在该 层中，提供足够进行光吸收的路径长度。特别优选大于硅厚度的光路长度。结合了无定形硅和微晶硅的常规串联电池通常包括在其上设置有透明电极的 基材，无定形硅的顶部电池，微晶硅的底部电池，以及背面接触或对电极。光通常从沉 积基材一侧入射，使得基材在此电池结构中作为覆材。无定形硅主要在低于700纳米(nm)的光谱可见光部分吸收，而微晶硅的吸收与 大块晶体硅类似，随着向延伸至大约1200纳米的过程，吸光率逐渐降低。这两种材料都 能够由具有提高的散射和/或改进的透射的表面获益。透明电极(也称为透明导电氧化物，TCO)通常是氟掺杂的SnO2膜(FTO)或者 铝掺杂的或硼掺杂的ZnO(分别为AZO或BZO)膜，厚度约为1微米，对其进行织构化， 用来将光散射入无定形Si和微晶Si。散射的主要测量方式称为“雾度”，定义为散射到 进入电池的光束2.5度以外的光与向前透射过电池的全部的光之比。由于散射表面对波长 的依赖性，在300-1200纳米的很宽的太阳光谱范围内，雾度通常不是恒定的值。另外， 如上文所述，对单次通过硅的均勻薄层而吸收的光，对长波长光的俘获要比对短波长光 的俘获更重要。在一些常规的光生伏打应用中，在550纳米波长处测得，雾度约为10-15%。但 是，所述散射分布函数(distribution fonction)并不是仅由这一个参数支配的，相对于窄角 散射，大角散射能够更有效地提高在硅内的路径长度。对于不同种类的分布函数的文献 表明，改进的大角散射对电池的性能具有显著的影响。可以通过各种技术对TCO表面进行织构化。例如，对于FT0，可以通过用来沉 积膜的化学气相沉积法(CVD)的参数来控制织构。对于AZO或BZ0，通常在沉积之后 采用等离子体处理或者湿法蚀刻形成所需的形貌。在过去，雾度通常写作单个数字的形式。长波长响应对微晶硅是特别重要的。 更近些时候，报道了随波长变化的雾度值。因为散射与波长和散射体的尺寸直接相关， 所以可以通过改变织构化的表面上的特征的尺寸来改良波长响应。可以在单个织构中将 大的特征尺寸和小的特征尺寸结合起来，同时在长波长和短波长提供散射。这样的结构 还将光俘获的功能性与改进的透光性相结合。另一方面，对于无定形Si，较短的波长是有益的。织构化的TCO技术可能包括以下的一种或多种缺点1)织构的粗糙结构会降低 沉积的硅的质量，造成电短路，从而降低太阳能电池的总体性能；2)织构的最优化同时 受到沉积或蚀刻工艺可以形成的织构以及与较厚的TCO层相关的透光性降低的限制；以 及3)对于ZnO的情况，为了制造织构而采用等离子体处理或湿法蚀刻会增加成本。另一种满足薄膜硅太阳能电池的光俘获需求的方法是在沉积氮化硅之前，对硅 下方的基材进行织构化，而不是对沉积的膜进行织构化。在一些常规的薄膜硅太阳能电 池中，采用通孔代替TCO，用以与接触基材的Si的底部形成接触。一些常规的薄膜硅太 阳能电池中的织构化由沉积在平面玻璃基材上的粘结剂基质中的SiO2颗粒组成。此类织 构化通常使用溶胶-凝胶法完成，其中颗粒悬浮在液体中，牵拉基材通过液体， 然后进 行烧结。珠粒保持球形，通过烧结的凝胶保持在原位。织构化的玻璃基材法可能包括以下的一种或多种缺点1)需要溶胶-凝胶化学 方法和相关的工艺以提供玻璃微球体与基材的结合；2)所述工艺在玻璃基材的两个侧面 上形成织构化的表面；3)与氧化硅微球体和溶胶-凝胶材料相关的额外成本；以及4)硅 膜中膜粘着性和/或形成裂纹的问题。人们已经开发了许多另外的方法，在TCO沉积之前制造织构化的表面。这些方 法包括喷砂，聚苯乙烯微球体沉积和蚀刻，以及化学蚀刻。这些涉及织构化的表面的方 法可能在可以形成的表面织构种类方面受到限制。对于Si厚度约小于100微米的大块晶体Si太阳能电池，光俘获也是有利的。在 此厚度之下，厚度不足，无法在单次通过或两次通过(具有反射性背面接触件)的情况下 有效地吸收所有的太阳辐射。因此，已经开发出了具有大规模几何结构的覆盖玻璃，用 来提高光俘获。例如，在覆盖玻璃和硅之间设置EVA(乙基-乙酸乙烯酯)包封材料。 这些覆盖玻璃的一个例子是购自圣戈本玻璃公司(Saint-GobainGlass)的Albarino 类产 品。通常采用辊压法形成该大规模结构。优选使用具有光散射性质的基材，所述光散射性质要足以提供光俘获，特别是 较长波长的光俘获。另外，优选基材是平面型的，例如可以在不导致有害的电子效应的 前提下随后进行膜沉积。
技术实现思路
如本文所述的基材解决了上述用于光生伏打应用的常规基材的一个或多个缺点ο一个实施方式是一种光生伏打装置，该装置包括基材，与基材相邻的导电材 料，以及与所述导电材料相邻的活性光生伏打介质，所述基材包含无机基质，以及设置 在所述无机基质中的具有光散射性质的区域。另一个实施方式是一种光生伏打装置，该装置包括基材，一个层，导电材料， 以及与所述导电材料相邻的活性光生伏打介质，所述层包含无机基质以及设置在所述无 机基质中的具有光散射性质的区域，在所述导电材料中，所述层与所述基材物理接触， 所述层设置在所述基材和所述导电材料之间。在以下的详细描述中提出了本专利技术的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言由所述内容而容易理解，或通过示出的描述和其权利要求书以 及附图中所述实施本专利技术而被认可。应理解前面的一般性描述和以下的详细描述都只是对本专利技术的示例，用来提供 理解本专利技术的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本专利技术的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成 说明书的一部分。附示说明了本专利技术的一个或多个实施方式，并与说明书一起用来 说明本专利技术的原理和操作。附图说明结合附图，通过以下详述更好地理解本专利技术。 图1是根据一个实施方式的光生伏打装置的特征的示意图。图2是根据一个实施方式的光生伏打装置的特征的示意图。图3是根据一个实施方式的光生伏打装置的特征的示意图。图4a，图4b，图4c和图4d显示了根据一些实施方式的散射基材。图5是根据一些实施方式示例性的颗粒形状、分布和尺寸的扫描电子显微照片 (SEM)。图6是根据一些实施方式示例性的颗粒形状、分布和尺寸的扫描电子显微照片 (SEM)。图7是根据一些实施方式示例性的颗粒形状、分布和尺寸的扫描电子显微照片 (SEM)。图8是直径为500纳米的颗粒的空气透射率随颗粒密度的变化关系图。图9是对于直径500纳米的颗粒，被积函数(Si吸光率，太阳光谱和波长的乘 积)_波长的关系图。图10是对于5e6的最优化的颗粒密度，透射率_反射率图。图11是对于5e6的最优化的颗粒密度，相应的角强度图。图12是根据一个实施方式，使用光敏性玻璃得到的基材的透射率_波长图。图13是根据一个实施方式的Fota-Lite 基材的角强度图。图14是根据一个实施方式，总透射率-波长图。图15是根据一个实施方式，漫透射率-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光生伏打装置，其包括：　　一种基材，其包含无机基质以及设置在所述无机基质中的具有光散射性质的区域；　　与基材相邻的导电材料；以及　　与所述导电材料相邻的活性光生伏打介质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-3-25 61/039,3981.一种光生伏打装置，其包括一种基材，其包含无机基质以及设置在所述无机基质中的具有光散射性质的区域；与基材相邻的导电材料；以及与所述导电材料相邻的活性光生伏打介质。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导电材料是透明导电膜。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述透明导电膜具有织构化的表面。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述活性光生伏打介质与所述透明导电膜 物理接触。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括对电极，所述对电极与所 述活性光生伏打介质物理接触，设置在所述活性光生伏打介质的相反表面上，作为导电 材料。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一个层，所述层包含无 机基质以及设置在所述无机基质中的具有光散射性质的区域，所述层与所述基材物理接 触，位于所述基材和导电材料之间。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基材包括分散在无机基质整个体积内 的大量区域。8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基材包括分散在无机基质一部分体积 内的大量区域。9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基质包含选自以下的材料玻璃、 玻璃陶瓷以及它们的组合。10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述区域包含以下的一种或多种颗 粒、团体、球体、沉淀物、晶体、枝状晶体、相分离元素、相分离化合物、空气泡、空 气线条、空穴或它们的组合。11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述区域包含选自以下的材料玻 璃、玻璃陶瓷、陶瓷、金属氧化物、混合金属氧化物、以及它们的组合。12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活性光生伏...

【专利技术属性】
技术研发人员：NF博雷利，DW哈尔，GE科恩基，AM马约利，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US