半透明太阳能电池制造技术

半透明太阳能电池具有透明衬底和作为阳极的第一半透明电极。透明活性层基本上是有机材料层，其形成在所述阳极的顶部上。在该活性层的顶部，形成第二半透明电极。该第二半透明电极是阴极。在变化形式中，第一半透明电极是阴极而第二半透明电极是阳极。选择阳极和阴极相对于透明衬底的顺序的灵活性允许提高加工技术，且因此允许增加可利用材料的量从而提高半透明太阳能电池的功率转化效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半透明太阳能电池相关申请本申请要求2008年3月14日提交的美国实用申请号12/049,252的权益，通过引 用将其全部内容并入本文。
技术介绍
1.领域本公开总体上涉及太阳能电池。2.总体背景据认为由有机材料和聚合物制造的太阳能电池有希望替代它们的无机相应物。 自从它们的首次报导以来，聚合物/富勒烯体异质结(BHJ)太阳能电池，更通常被称作 塑料太阳能电池，吸引了许多积极关注。概述半透明太阳能电池具有透明衬底和作为阳极的第一半透明电极。在所述阳极的 顶部上形成基本上为有机材料层的透明活性层。在该活性层的顶部，形成第二半透明电 极。该第二半透明电极是阴极。在变化形式中，第一半透明电极是阴极而第二半透明电 极是阳极。选择阳极和阴极相对于透明衬底的顺序方面的灵活性允许提高加工技术，且 因此允许增加可利用材料的量从而提高半透明太阳能电池的功率转化效率。半透明太阳能电池因它们的原料和它们的制造从而具有低的成本。从原料的观 点看，聚合物来源于具有极大丰富性和可利用性的有机元素。从制造的观点看，太阳能 电池利用溶液处理，因此得到较容易的制造方法，与它们的硅相应物或其它无机相应物 相比该方法需要较少的能量输入。附图说明参照下面的结合附图的描述，本专利技术的上述特征和目的将变得更明显，在所述 附图中相同的参考数字表示相同的要素，其中图1是半透明太阳能电池的示例性实施方案。图2是半透明太阳能电池的示例性实施方案。图3是根据本专利技术的半透明太阳能电池制造方法的工艺流程图。图4是根据本专利技术的半透明太阳能电池制造方法的工艺流程图。图5是根据本专利技术的半透明太阳能电池制造方法的工艺流程图。图6是根据本专利技术的半透明太阳能电池制造方法的工艺流程图。图7是根据本专利技术的半透明太阳能电池制造方法的工艺流程图。图8是根据本专利技术的半透明太阳能电池制造方法的工艺流程图。图9是显示根据本专利技术在不同温度下退火后，各个太阳能电池性能的表格。图10是显示根据本专利技术聚合物太阳能电池通过热退火改善的性能的坐标图。图11是根据本专利技术的多器件级联结构太阳能电池的示意图。详细说明用于塑料太阳能电池的聚合物活性层通常为约50-200nm厚。因为聚合物活性 层的最大吸收波长通常为约650nm，这种小厚度导致低效率的吸收。例如，在SOnm厚 的聚(3-己基噻吩)-苯基C6「丁酸甲酯(P3HT:PCBM)膜(即最常用的活性层) 中的最大吸收在峰值吸收波长下表现为小于40%。在吸收范围内的其它波长下，甚至更 高百分数的光发生透射而没有被吸收。塑料太阳能电池的活性层在可见光范围内是半透性或半透明的。活性层的这种 半透性或半透明性能可用来有利于半透明塑料太阳能电池的制造。为使塑料太阳能电池 半透明，必须使底接触部和顶接触部半透明。在活性层中未被吸收的光子应传输通过该 电池，而无任何明显的强度降低。本专利技术利用了本文描述的下列方法热退火热退火是这样的方法，其中通过将顶部上沉积有各种层的衬底置于热 板上，将该热板在一定温度下维持一定时间段，来对所述衬底提供热能(热)。该温度称 作退火温度，该时间称作退火时间。热退火还可以通过以非接触方式提供热能来进行， 其中衬底不与热板(或热源)接触，例如将衬底置于受控温度下的烘箱中并持续一定时间 段。溶剂退火溶剂退火是这样的方法，其中让通过溶液处理沉积在衬底顶部上 的有机层以受控制的慢速率凝固以提高有机聚合物膜中的自组织，所述衬底具有底接触 部。这通过将有机聚合物溶解在高沸点溶剂例如二氯苯或三氯苯中用以通过溶液处理沉 积有机聚合物膜来实现。因为溶剂的高沸点，该膜在沉积后通常是湿的，然后让其以受 控方式变干以减慢该膜由液相转变为固相所耗费的时间。期望的凝固时间为2-20分钟。 较长的凝固时间允许膜中的聚合物链以高度有序的结晶相排列，这可以导致膜中的光电 转换效率增加。加入添加剂以提高载流子迁移率加入添加剂是在聚合物太阳能电池用于改善 形态和提高载流子迁移率的技术。一个实例是将微量弱溶剂(例如烷烃二硫醇或硝基苯) 加入到用于制备聚合物溶液的主溶剂(dominant solvent)(例如氯苯或二氯苯)中。在一些 聚合物体系中已获得了改善的聚合物聚结性和结晶性且因此具有提高的载流子迁移率。 另一个实例是将电解液和盐加入到聚合物共混溶液中，这也显示改善聚合物太阳能电池 中的光电流。热蒸发热蒸发是沉积薄膜材料的常见技术，其为物理气相沉积(PVD)方法中 的一种。在热蒸发中，于10_5-10_7托范围内的真空中加热材料直到其熔化和开始蒸发。 蒸气然后冷凝在暴露于该蒸气的衬底上，使其保持在较冷的温度以形成薄膜。通过将材 料置于由高电阻材料例如钨制成的坩埚(或舟皿)中并且使高电流穿过该舟皿来对它们进 行加热。器件结构和制造图1中所示的太阳能电池器件结构包含活性层120，该活性层吸收阳光并将其转 变成电。活性层120在两个接触部110和130之间，所述两个接触部均是半透性或半透 明的并且构建在透明衬底140上。半透明太阳能电池可从两侧吸收阳光，即从顶部和底 部。该器件还可以包括金属网150以提供高的表面电导率和提高电荷收集效率。按照电池的极性，可能存在两种构造(i)正规器件结构，和(ii)反型器件结 构。在正规结构中，如图1中所示，底接触部是阳极130，其收集空穴，而顶接触部是阴 极110，其在能量转换过程期间收集电子。如图2中所示，在反型电池构造中极性是逆反 的，底接触部是阴极230而顶接触部是阳极210。活性层活性层120典型地是ρ型施主聚合物和η型受主材料的体异质结(BHJ)。在施 主聚合物中，光子被吸收并且在光吸收时产生激子。所产生的激子迁移到施主-受主界 面，它们在此处分离成自由电子和空穴，然后它们被传输通过BHJ膜中施主和受主的3 维(3D)互穿网络并且在接触部被收集。许多聚合物可用作BHJ膜中的施主，所述聚合物 例如Ρ3ΗΤ，聚(MDMO-PPV)， 或聚O-甲氧基-5_(2’ -乙基-己氧基)_1，4-苯撑乙烯撑)(MEH-PPV)。其它低带 隙聚合物也可用于活性层。通过对该聚合物进行选择，可就特定应用调节颜色和透明度。受主材料的最常 见备选物是PCBM或-苯基C71-丁酸甲基酯(C7tl-PCBM)t5其它材料例如单壁碳纳 米管(CNT)和其它η型聚合物也可用作受主材料。活性层可通过由有机溶剂中的聚合物 溶液进行旋涂获得。该膜还可通过若干其它溶液处理技术获得，例如棒涂、喷墨印制、 刮板涂覆、喷涂、丝网印制等。通过使用这些技术，可用聚合物溶液容易地且不增加工 艺费用地覆盖大面积的衬底。此外，可使用柔性衬底替代玻璃，从而产生半透明的柔性 塑料太阳能电池。为改善塑料太阳能电池的光电转换效率，BHJ膜可以进行特定处理。例如，在 P3HT:PCBM系统中，可使用所谓的“溶剂退火”方法和热退火方法两者。在“溶剂退 火”方法中，活性层120的缓慢凝固速率允许使P3HT聚合物链组织成高度有序的结晶 态，这改善了聚合物内的光吸收，提高了电荷载流子迁移率，改善了激子产生和分离效 率，并且产生高度平衡的电荷载流子转移。因为这些作用，可显著提高塑料太阳能电池 的效率。还使用热退火来部分恢复聚合物结晶性以及改善太阳能电池性能。其它可能的 方法可以包括溶剂混合，其中使本文档来自技高网...

【技术保护点】
半透明太阳能电池，该电池包含：　　透明衬底；　　在该衬底顶部上的半透明阳极，该半透明阳极基本上是有机材料，该阳极具有体积和嵌入该体积内的金属网；　　透明活性层，该透明活性层基本上是有机材料；和　　半透明阴极，其中所述活性层在所述半透明阳极和所述半透明阴极之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：V施洛特里亚，李刚，
申请(专利权)人：朔荣有机光电科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]