串列式光伏电池制造技术

该公开内容特征为包括第一和第二电极；第一和第二电极之间的第一和第二光敏层和第一和第二光敏层之间的复合材料的系统。第一光敏层位于第一电极和复合材料之间。第二光敏层位于第二电极和复合材料之间。复合材料包括第一空穴阻挡层和第一空穴载流子层。第一空穴阻挡层包括n型半导体材料和聚胺，该聚胺的至少一些分子是交联的。系统成形为光伏系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】串列式光伏电池相关申请的交叉引用依照35U.S.C.§119(e)，本申请要求于2011年5月9日提交的U.S.临时申请序列号为61/483,825的优先权，将其内容引入本文作为参考。
本公开内容涉及串列式光伏电池以及相关的系统、方法和组件。背景对于发展光伏技术存在日益增长的兴趣，主要由于对于减少化石燃料基能源消费和依赖性的需求。光伏技术也被许多人视为环境友好的能源技术。然而，对于待成为商业可行能源技术的光伏技术而言，光伏系统(使用一个或多个光伏电池以将光转换为电能的系统)的材料和制造成本应在某些合理的时间范围下是可收回的。但是，在某些情况下，与实际设计的光伏系统相关的电池性能和/或材料成本已限制了它们的实用性和用途。概述该公开内容基于以下预料不到的发现：包括n型半导体材料(例如取代的富勒烯)和交联聚胺的互连层可用以形成具有大量子电池(例如10个或更多个子电池)的串列式光伏电池，同时最小化两个邻近子电池之间的电压损耗。因此，由此形成的串列式光伏电池电压输出通常等于子电池中产生的总电压。一方面，该公开内容特征为包括第一和第二电极；第一和第二电极之间的第一和第二光敏层和第一和第二光敏层之间的复合材料的系统。第一光敏层位于第一电极和复合材料之间。第二光敏层位于第二电极和复合材料之间。复合材料包括第一空穴阻挡层和第一空穴载流子层。第一空穴阻挡层包括n型半导体材料和聚胺，聚胺的至少一些分子是交联的。系统成形为光伏系统。另一方面，该公开内容特征为包括第一和第二电极；第一和第二电极之间的第一和第二光敏层和第一和第二光敏层之间的复合材料的系统。复合材料包括包含n型半导体材料和聚胺的第一层。系统成形为光伏系统。又一方面，该公开内容特征为方法，包括将含n型半导体材料、聚胺和交联剂的组合物放置于基底上以形成通过基底支撑的层；和加热层以交联聚胺的至少一些分子，从而形成第一空穴阻挡层。实施方案可包括一个或多个以下特征。在一些实施方案中，n型半导体材料可包括富勒烯例如取代的富勒烯(例如C61-PCBM或C71-PCBM)。在一些实施方案中，聚胺可为聚乙烯亚胺或其共聚物。在一些实施方案中，聚胺的至少一些分子可通过交联剂例如含环氧基化合物(例如甘油丙氧基三缩水甘油基醚或甘油二缩水甘油基醚)交联。在一些实施方案中，第一空穴阻挡层可具有约20nm-约200nm(例如约30nm-约60nm)的厚度。在一些实施方案中，第一空穴阻挡层可具有约3.5eV-约4.5eV的功函数。在一些实施方案中，第一空穴载流子层可包括p型半导体材料。例如，p型半导体材料可包括聚合物或金属氧化物。聚合物可选自聚噻吩(例如聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)或聚(噻吩并[3,4-b]噻吩))、聚苯胺、聚咔唑、聚乙烯基咔唑、聚苯撑、聚苯乙烯撑、聚硅烷、聚亚噻吩基乙烯撑、聚异硫萘及其共聚物。金属氧化物可包括选自氧化镍、氧化钒、氧化钨、氧化钼、氧化铜、氧化锶铜和氧化锶钛的氧化物。在一些实施方案中，p型半导体材料可包括分散于聚合物中的金属氧化物。在一些实施方案中，第一空穴载流子层可具有约4.8eV-约6.5eV的功函数。在一些实施方案中，系统可进一步包括第一电极和第一光敏层之间的第二空穴阻挡层。在该实施方案中，第一光敏层可位于第二空穴阻挡层和第一空穴载流子层之间。在一些实施方案中，第二空穴阻挡层可由与用以制成第一空穴阻挡层的材料不同的材料制成。例如，第二空穴阻挡层可包括LiF、金属氧化物或胺。在一些实施方案中，系统可进一步包括第二电极和第二光敏层之间的第二空穴载流子层。在该实施方案中，第二光敏层可位于第一空穴阻挡层和第二空穴载流子层之间。例如，第二空穴载流子层可包括选自聚噻吩、聚苯胺、聚咔唑、聚乙烯基咔唑、聚苯撑、聚苯乙烯撑、聚硅烷、聚亚噻吩基乙烯撑、聚异硫萘及其共聚物或混合物的聚合物。在一些实施方案中，系统可成形为串列式光伏系统。在一些实施方案中，方法可进一步包括在将组合物施用于基底之前，将第一电极、第一光敏层和第一空穴载流子层相继放置于基底上。在该实施方案中，方法可进一步包括将第二光敏层和第二电极相继放置于第一空穴阻挡层上。方法可进一步包括在放置第一光敏层之前将第二空穴阻挡层放置于第一电极上和/或在放置第二电极之前将第二空穴载流子层放置于第二光敏层上。在一些实施方案中，以上各个放置步骤经由基于液体的涂覆工艺进行。由说明书、附图和由权利要求书将使本公开内容中主题的其它特征、目标和优点显而易见。附图说明图1为本公开内容所述串列式光伏电池实施方案的剖视图。图2为含串联电连接的多个光伏电池的系统示意图。图3为含并联电连接的多个光伏电池的系统示意图。图4A和4B为显示了实施例4所述串列式光伏电池在光照射(soaking)条件下稳定性的图。图5A和5B为显示了实施例4所述串列式光伏电池在湿热老化条件下稳定性的图。多个附图中相同参考符号指示相同元件。详述图1显示了示例性串列式光伏电池100，其具有基底110、电极120、可选的空穴阻挡层130、光敏层140、复合材料150、光敏层160、可选的空穴载流子层170、电极180、基底190、电极120和180之间的电连接和经由电极120和180电连接至光伏电池100的外部负载。复合材料150包括两个层，即空穴载流子层152和空穴阻挡层156。光伏电池100包括两个子电池。第一子电池包括电极120、可选的空穴阻挡层130、光伏层140和复合材料150。第二子电池包括复合层150、光敏层160、可选的空穴载流子层170和电极180。第一和第二子电池经由电极120和180电连接并共用复合层150(其可被视为第一和第二子电池之间的共用电极)以致它们串联电连接。通常，在使用期间，光可撞击第一子电池电极120的表面并穿过电极120和可选的空穴阻挡层130。然后光可与光敏层140相互作用。剩余光可进一步穿过复合材料150并与第二子电池的光敏层160相互作用。光和光敏层120和160之间的相互作用可造成在各光敏层中电子从电子给体材料(例如聚(3-己基噻吩)(P3HT))转移至电子受体材料(例如C61-苯基-丁酸甲酯(C61-PCBM))。然后，在光敏层140和160中的电子受体材料可分别将电子转移至电极120和复合材料150。在光敏层140和160中的电子给体材料可分别将空穴转移至复合材料150和电极180。因此，从第一子电池产生的空穴可与从第二子电池产生的电子在复合材料150中再结合(例如在层152和156的接触面处)。在使用期间，电极120和180电连接至外部负载以致电子自电极120穿过外部负载至电极180。参见图1，复合材料150可包括空穴阻挡层156和空穴载流子层152。空穴阻挡层156通常由在用于光伏电池100中的厚度下将电子传输至空穴载流子层152并充分阻挡空穴传输至空穴载流子层152的材料形成。空穴阻挡层156通常包括n型半导体材料和聚胺。适当的n型半导体材料的实例包括富勒烯例如未取代的富勒烯或取代的富勒烯。未取代的富勒烯的实例包括C60、C70、C76、C78、C82、C84、和C92。取代的富勒烯的实例包括用苯基-丁酸甲酯(PCBM，例如苯基-C61-丁酸甲酯(C61-PCBM)或苯基-C71-丁酸甲酯(C71-PCBM)本文档来自技高网...

【技术保护点】
系统，包含：第一和第二电极；所述第一和第二电极之间的第一和第二光敏层；和所述第一和第二光敏层之间的复合材料，所述第一光敏层位于所述第一电极和所述复合材料之间而所述第二光敏层位于所述第二电极和所述复合材料之间；其中，所述复合材料包含第一空穴阻挡层和第一空穴载流子层；所述第一空穴阻挡层包含n型半导体材料和聚胺，所述聚胺的至少一些分子是交联的；和所述系统成形为光伏系统。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.09 US 61/483,8251.用于制造成形为串列式光伏系统的系统的方法，包括：将包含n型半导体材料、聚胺和交联剂的组合物放置于基底上以形成通过基底支撑的层；加热所述层以交联所述聚胺的至少一些分子，从而形成第一空穴阻挡层；进一步包括在将组合物施用于基底之前，将第一电极、第一光敏层和第一空穴载流子层相继放置于基底上；和进一步包括将第二光敏层和第二电极相继放置于所述第一空穴阻挡层上；其中各个放置步骤经由基于液体的涂覆工艺进行，和其中适用于沉积组合物的溶剂不溶解第一空穴阻挡层的成分。2.权利要求1的方法，其中所述n型半导体材料包含富勒烯。3.权利要求2的方法，其中所述富勒烯为取代的富勒烯。4.权利要求3的方法，其中所述取代的富勒烯为C61-PCBM或C71-PCBM。5.权利要求1的方法，其中所述聚胺为聚乙烯亚胺或其共聚物。6.权利要求1的方法，其中所述聚胺的至少一些分子通过交联剂交联。7.权利要求6的方法，其中所述交联剂包含含环氧基的化合物。8.权利要求1的方法，其中所述交联剂包含甘油丙氧基三缩水甘油基醚或甘油二缩水甘油基醚。9.权利要求1的方法，其中所述第一空穴阻挡层具有20nm-200nm的厚度。10.权利要求1的方法，其中所述第一空穴阻挡层具有30nm-60nm的厚度。11.权利要求1的方法，其中所述第一空穴阻挡层具有3.5eV-4.5eV的功函数。12.权利要求1的方法，其中所述第一空穴载流子层包含p型半导体材料。13.权利要求12的方法，其中所述p型半导体材料包含聚合物。14.权利要求13的方法，其中所述聚合物选自聚噻吩、聚苯胺、聚咔唑、聚乙烯基咔唑、聚苯撑、聚苯乙烯撑、聚硅烷、聚亚噻吩基乙烯撑、聚异硫萘及其共聚物。15.权利要求14的方法，其中所述聚合物包含聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)或聚(噻吩并[3,4-b]噻吩)。16.权利要求12的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·巴拉萨布拉马尼安，K·G·齐迪巴布，R·D·埃克特，R·乔迪亚纳，N·卡塔姆利，M·李，D·P·沃勒，
申请(专利权)人：默克专利股份有限公司，
类型：
国别省市：