專利名稱：薄膜光伏器件的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及光伏器件和/或光伏電池。更具體地，本發明涉及薄膜光伏電池 和制造此類電池的方法。
背景技術：
各種光伏器件(和/或光伏電池)已經被開發用于將太陽光轉化為電能(如太陽 能電池)。在已知光伏器件中，每種都具有某些優點和缺點。現在需要提供替代性的光伏器 件和/或光伏電池以及制造光伏器件和/或光伏電池的替代性方法。
發明內容
本發明一般涉及薄膜光伏電池和制造薄膜光伏電池的方法。在一些示例中，光伏 電池可以為太陽能電池。制造薄膜光伏電池的實例方法可包括提供基板、在基板上形成壓 印表面(imprinted surface)和在所述壓印表面上沉積一層或多層薄膜光伏層。制造薄膜光伏電池的另一實例方法可包括提供可壓印基板、壓印所述基板以在所 述基板上限定粗糙表面、在所述粗糙表面上沉積一層或多層薄膜光伏層和在所述薄膜光伏 層上設置填充層從而形成基本上平坦的外表面。薄膜光伏電池實例可包括具有壓印表面的基板層。在所述壓印表面上可以設置一 層或多層薄膜光伏層。在一些示例中，可在薄膜光伏層上設置填充層。所述填充層可具有 基本上平坦的外表面。一些實施方案的上述概述并非用于描述本發明公開的每一實施方案或每一實施 方式。下面的附圖和具體實施方式
更具體地例證某些說明性實施方案。
通過下述本發明多個實施方案的詳細描述并與附圖結合考慮，可以更全面理解本 發明，其中圖1是用于光伏電池中的示例基板的透視圖；圖2是光伏電池實例的示意性橫截面側視圖；圖3是用于光伏電池中的示例基板在壓印前的示意性橫截面側視圖；圖4是圖3中的基板通過示例印章或模板壓印后的示意性橫截面側視圖；圖5是圖3-4的基板的示意性橫截面側視圖，其中在所述基板上形成有粗糙的表 面；和圖6是用于光伏電池中的另一示例基板的示意性橫截面側視圖。盡管本發明可具有各種改變和替換形式，但是其細節部分已經在附圖中通過舉例 示出，并將詳細描述。但是，應該理解地是，其目的不是將本發明限制成所描述的具體實施 方案。與此相反，本發明旨在覆蓋所有落入本發明的構思和范圍內的變體、等同物和替換形 式。
具體實施例方式對于下述定義的術語，除非權利要求中或說明書中其它部分另有不同定義，這些定義應該都適用。本文中假定所有數值均被術語“約，，修飾，無論是否明確說明。所述術語“約，，通 常指本領域技術人員會考慮等同于列舉數值的數字范圍(也即，具有相同的功能或結果)。 在許多情況下，術語“約”可包括四舍五入成最接近的有效數字的數值。通過端點列舉的數字范圍包括在此范圍內的所有數值(如1-5包括1、1.5、2、 2. 75,3,3. 80、4 和 5)。如在本說明書和所附權利要求中使用的，單數形式“某(a) ”、“某個(an) ”和“該、 所述(the)”包括復數對象，除非內容中明確相反指出。如在本說明書和所附權利要求中所 用的，術語“或”通常以其包括“和/或”的含義使用，除非內容中明確另外指出。應參考附圖閱讀下面的描述，其中不同附圖中相似要素采用相同標記。附圖，其不 需要按比例繪制，描述示例性的實施方案，不是旨在限制本發明的范圍。各種光伏器件(和/或光伏電池)已經被開發用于將太陽光轉化為電能。一些實 例光伏器件包括晶體硅層。第二和第三代光伏器件通常利用沉積或以其它方式提供在基板 上的光伏材料薄膜。薄膜光伏器件可按照沉積的光伏材料進行分類。例如無機薄膜光伏器 件可包括無定形硅、微晶硅、Cds、CdTe, Cu2S、銅銦聯硒化物(CIS)、銅銦鎵聯硒化物(CIGS) 等的薄膜。類似的，有機薄膜光伏器件可包括一種聚合物或多種聚合物、本體異質結(bulk hetero junction)、有序異質結(ordered hetero junction)、富勒烯、聚合物/富勒烯混合 物、光合成材料等的薄膜。這些僅僅為實例。在光伏器件的設計和生產中效率可以很重要。與效率可能相關的一個因素是膜厚 度。通常，更厚的膜能吸收更多的光。這可合意地提高電池的效率。但是，更厚的薄膜由于 高內電阻和/或增加的重組合經常丟失更多的電荷，降低了效率。較薄的膜可具有更小的 內電阻和/或更少的重組合，但是典型地吸收光的效率不如較厚的膜。本發明中公開的光伏器件和/或光伏電池經設計以具有更高的效率，這是通過如 增加膜的光吸收能力同時降低內電阻和/或重組合來實現的。同樣地，本發明中公開的用 于制造光伏器件和/或光伏電池的方法目的在于制造更高效率的光伏器件。圖1是用于制造光伏電池10的示例性基板12的透視圖。基板12可包括頂部部 分14，其被壓印或以其他方式改變從而限定“粗糙”表面16。對于本發明，“粗糙”表面可理 解為相對于平坦表面具有增加的表面面積，且可包括一個或多個突起和/或壓痕(帶質地 的、不規則的)，具有表面特征和/或不規則性，或另外具有粗糙的非平坦表面。粗糙表面 16的表面特征的形狀、圖案、和/或排列可變化較大且包括基本上任何增加基板12的頂部 部分14的有效表面積的合適排列。如圖1所示，粗糙表面16可限定在頂部部分14中形成的大量突起18和大量壓痕 20。在至少部分實施方案中，在其中形成突起18和壓痕20前，頂部部分14可以基本上是 平坦的。取決于用于形成粗糙表面16的方法，突起18或壓痕20可對應于“正常”或未改變 的平坦的頂部部分14。或者，突起18和壓痕20都可以不對應于所述平坦的頂部部分14。出于很多原因，在基板12中形成粗糙表面16都可以是合意的。例如，通過增加頂部部分14的表面面積(例如，通過“粗糙化”頂部部分14)，相對于未改變的平坦頂部部分 14，更大量的表面面積可用于沉積薄膜光伏材料。因此，與具有基本上平坦表面的基板相 比，更大表面面積的薄膜光伏材料可設置在具有粗糙表面16的基板12上。通過增加可用 于在基板12上沉積薄膜光伏材料的表面面積(從而增加其上沉積的薄膜光伏層的面積)， 所述薄膜光伏器件可吸收更大量的光。這可以合意地增加薄膜光伏器件的相應層的效率和 /或電池10的效率。換而言之，在粗糙表面16上沉積的所述薄膜光伏層可產生類似或模擬 更厚膜的光吸收能力(由于其增加的表面面積和相應增加的光吸收能力)同時保持足夠的 薄以便減少或以其他方式最小化所述膜的內電阻和/或重組合。圖2是電池10部分的側視圖，其顯示沉積在基板12上的薄膜光伏材料和/或光伏層(一層或多層)22。此處可看出所述光伏層(一層或多層)22可包括電子傳導層24、 活性層26和空穴傳導層28。取決于用于電池10的光伏材料的類型，層24/26/28可變化。 例如，電子傳導層24可以為金屬性的和/或半導體材料如TiO2或ZnO。可選的，電子傳導 層24可以為導電聚合物如經摻雜以具有導電性和/或提高其導電性的聚合物。在至少部 分實施方案中，電子傳導層24可包括η型導體和/或形成或以其他方式與電池10的陽極 (負極)相鄰。取決于使用的光伏電池的類型，活性層26的組成可差異很大。例如，活性層26可 包括晶體硅、無定形硅、微晶硅、CdS、CdTe, Cu2S、透明導電氧化物、銅銦聯硒化物(CIS)、銅 銦鎵聯硒化物(CIGS)等等、一種聚合物或多種聚合物、本體異質結、有序異質結、富勒烯、 聚合物/富勒烯混合物、光合成材料或它們的組合及其類似物的薄膜或層，或其它任何合 適的活性層26。在部分實施方案中，活性層26可包括一個量子點或許多量子點。量子點典型是 很小的半導體，具有納米級的尺寸。由于它們尺寸小，所以量子點可顯現量子行為，其與否 則所述材料的更大樣品會預期的不同。在一些情況中，量子點可以認為是由II-VI、III-V 或IV-VI族材料組成的晶體。可使用任意合適的技術形成所述使用的量子點。形成量子 點的具體材料對的實例包括，但不限于，MgO, MgS、MgSe, MgTe, CaO、CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS > SrSe > SrTe > BaO> BaS > BaSe > BaTe > ZnO> ZnS > ZnSe > ZnTe > CdO> CdS > CdSe > CdTe > HgO> HgS、HgSe、HgTe、Al2O3、Al2S3、Al2Se3、Al2Te3、Ga2O3、Ga2S3、Ga2Se3、Ga2Te3、In2O3、In2S3、In2Se3、 In2Te3, SiO2, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe、PbO、PbO2, PbS、PbSe、PbTe、A1N、A1P、AlAs、AlSb、 GaN、Gap、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs 和 InSb。活性層26的大小或厚度也可改變。在至少部分實施方案中，活性層26可具有微 米級的厚度(如約0.1至約10微米)。在其它實施方案中，活性層26可以為納米級(如約 0. 1至約10納米)。在另外的實施方案中，活性層26可在微米級和納米級之間或在所述給 定范圍之外。可以理解地是活性層26的相對厚度可決定用于形成基板12上的粗糙表面16 的方法。例如，對于“較薄”活性層26 (如納米級)，可使用納米壓印技術，但是對于“較厚” 活性層26 (如微米級)，可使用微壓印技術。空穴傳導層28可以經構造以一旦活性層26已經吸收光子并且發射電子到電子傳 導層24之后就還原活性層26。在至少部分實施方案中，空穴傳導層28可包括ρ-型導體和 /或形成或以其他方式與電池10的陰極(正極)相鄰。在一些實例中，空穴傳導層28可以 為導電聚合物，但不是必須的。所述導電聚合物可以例如是或另外包括官能化的聚噻吩。
合適的導電聚合物的說明性而非限制性的實例具有 作為重復單元，其中R不存在或為烷基且m為約6至約12的整數。所述術語“烷 基”指具有指定碳原子數的直鏈或支鏈單價烴基。“烷基”實例包括，但不限于，甲基、乙基、 正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、正己基、3-甲基戊基及其類似物。合適的導電聚合物的另一個說明性而非限制性的實例具有 作為重復單元，其中R不存在或為烷基。合適的導電聚合物的另一個說明性而非限制性的實例具有 作為重復單元，其中R不存在或為烷基。合適的導電聚合物的另一個說明性而非限制性的實例具有 作為重復單元，其中R不存在或為烷基。針對薄膜光伏層22考慮了許多變化，包括使用或包含基本上任何合適的薄膜光 伏材料。圖2中也舉例說明了填充層30，其可設置于光伏層(一層或多層)22上。填充層 30可具有基本上平坦的外表面，從而其可幫助填充或以其他方式有效地平整電池10的頂 表面。如果需要，可在填充層30上設置背板或層31。填充層30可以由許多不同的材料制成。在至少部分實施方案中，填充層30可包 括乙烯醋酸乙烯酯。但是，基本上可使用任意合適的材料。通常，可能合意的是填充層30 對于目標光基本上是透明的。在一些情況中，如果需要，填充層30可具有折射率，相對于其 周圍的層的折射率，其有助于在層界面上減少光反射損失。圖3-6圖解示出用于制造電池10的至少一些示例性方法。圖3示出了基板12。 在此示例性實施方案中，基板12包括第一層32和設置于第一層32上的第二層34。在一些情況中，第一層32可以為玻璃，且第二層34可包括可以使用例如任何合適技術而“粗糙化的”或壓印的材料或表面。例如，第二層34可包括可壓印聚合物例如聚酰亞胺。如果需 要，也可以使用其它合適的材料，包括其它聚合物。第二層34可對應于上述的頂部部分14。 如果需要，基板12也可包括一個或多個另外的層。這些層可以是或可以不是可壓印的或壓 印的。也考慮了缺少第一層32且僅包括可壓印的第二層34的其他基板，如圖6所示。制造電池10的示例方法可包括提供基板12和在基板12上形成粗糙表面16。形 成粗糙表面16可包括任何各種不同的方法。例如，可通過熱壓花、軟平版印刷、微接觸壓 印、紫外平版印刷壓印等，或若需要使用任何其它合適的方法，來形成粗糙表面16。在一個 實例中，圖4示出了與基板12的頂部部分14接觸的印章(如，聚二甲基硅氧烷印章)或模 板36。印章36可壓入頂部部分14中且壓印基板12從而形成粗糙表面16 (如，在移開后)。 為了本發明的目的，壓印可理解為改變頂部部分14的表面特征并形成粗糙表面16的方法。 壓印可以或可以不包括加熱。在圖4中，為了便于形成粗糙表面16，頂部部分14(例如第二層34)可以以液態、部分液 態或軟化態設置在第一層32上。這可以幫助印章36更容易壓入基板12并形成粗糙表面16。壓 印步驟后，基板12可交聯或以其他方式固化從而形成固體粗糙表面16，如圖5所示。或者，第二 層34可以基本固態提供且壓印步驟可包括加熱以利于粗糙表面16的形成。在一些情況中，粗糙 表面16可通過移除部分材料形成，例如通過磨、蝕刻或任何其它合適的技術，如果需要的話。一 旦形成粗糙表面16，基板12可準備好用于沉積薄膜光伏層(一層或多層)22，如圖2所示。圖6示出了示例性實施方案，其中基板12自身而非基板上的第二層34是粗糙的。 一旦粗糙化，且在一些情況中，所述粗糙化的基板12可固定到另一層，例如玻璃層上，然后 在其上沉積或以其它方式提供薄膜光伏層(一層或多層)22前，但這不是必須的。與所用基板12的形式無關，一旦形成粗糙表面16，就可在粗糙表面16上沉積或以 其他方式提供薄膜光伏層(一層或多層)22。接下來，在一些情況中，一個或多個填充層30 可設置于薄膜光伏層(一層或多層)22上從而形成電池10，但這不是必須的。在一些情況 中，如果需要也可在填充層30上提供背板31。圖3-6舉例示出了數種制造光伏電池10的示例性方法。例如，第一種方法可包括 將液態可壓印基板層34涂敷到第一層32 (如玻璃第一層32)上，使用聚二甲基硅氧烷印章 通過軟平版印刷壓印層34，并固化(如交聯)層34從而形成粗糙表面16。另一個示例方 法可包括將液態可壓印基板層34涂敷到第一層32上(如玻璃第一層32)，通過熱壓花壓印 層34，并固化(如交聯)層34從而形成粗糙表面16。另一個示例方法可包括通過軟平版 印刷或熱壓花壓印層34 (如聚酰亞胺膜)，然后將層34 (其上限定有粗糙表面16)粘附到 第一層32 (如玻璃第一層32)上。另一個示例方法可包括通過軟平版印刷或熱壓花壓印層 34 (如聚酰亞胺膜)，并使用層34 (其上限定有粗糙表面16)直接作為基板12。盡管本發明中公開的電池10和制造電池10的方法是根據光伏電池描述的，但是 可理解的是，本發明也適用于其它薄膜器件如發光二極管(LED)。因此，直至可適用的程度， 如果需要本發明可以類似地用于LED和其它薄膜器件。應當可以理解的是，本發明在許多方面，僅為示例性的。在不超出本發明的范圍的 情況下，可以進行細節方面的改變，特別是以改變形狀、大小和步驟排列。本發明的范圍當 然以表達所附權利要求的語言進行限定。
權利要求
制造薄膜光伏電池(10)的方法，所述方法包括提供基板(12)；在所述基板(12)上形成壓印表面(16)；和在所述壓印表面(16)上沉積一個或多個薄膜光伏層(22)。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述基板(12)包括聚酰亞胺。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述基板(12)包括不可壓印部分(32)和可壓印部 分(34)。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述不可壓印部分(32)包括玻璃。
5.如權利要求3所述的方法，其中所述可壓印部分(34)包括聚酰亞胺。
6.如權利要求1所述的方法，其中在所述基板(12)上形成所述壓印表面(16)包括熱 壓花、軟平版印刷、微接觸壓印和紫外平版印刷壓印中的一種或多種。
7.如權利要求1所述的方法，其進一步包括在所述一個或多個薄膜光伏層(22)上設置 填充層(30)從而形成基本上平坦的頂表面。
8.如權利要求7的方法，其中所述填充層(30)對于目標波長基本是透明的。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述一個或多個薄膜光伏層(22)包括空穴傳導層 (28)、活性層(26)和電子傳導層(24)。
10.制造薄膜光伏電池(10)的方法，所述方法包括 提供可壓印基板(12)；壓印所述基板(12)從而在所述基板(12)上限定粗糙表面(16)；在所述粗糙表面(16)上提供一個或多個薄膜光伏層(22)；和在所述一個或多個薄膜光伏層(22)上提供填充層(30)從而形成基本上平坦的頂表
全文摘要
本發明涉及薄膜光伏電池和制造薄膜光伏電池的方法。制造薄膜光伏電池的方法實例包括提供基板、在基板上形成壓印表面和在所述壓印表面上沉積一個或多個薄膜光伏層。薄膜光伏電池的實例可包括具有壓印表面的基板層，其所述壓印表面上設置有一個或多個薄膜光伏層。可以在所述薄膜光伏層上提供填充層。
文檔編號H01L51/48GK101866989SQ20101018727
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月13日 優先權日2009年4月14日
發明者L·趙, M·王, Z·鄭 申請人:霍尼韋爾國際公司