專利名稱：具有可取下的頂層的太陽能電池單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可取下的頂層的太陽能電池單元。
太陽能電池單元通常包括一由半導(dǎo)體材料組成的光致電壓(PV)層，它設(shè)置在一前電極(在單元的前面，即在入射光的一側(cè))和一后電極(在單元的背面)之間。前電極是透明的，使入射光能到達(dá)半導(dǎo)體材料，在半導(dǎo)體材料處，進(jìn)入的輻射被轉(zhuǎn)換成電能。這樣，光就可以用來產(chǎn)生電力，這樣就提供一個令人感興趣的例如礦物燃料電或核電的替代品。
太陽能電池單元的頂側(cè)，即前電極的一側(cè)用一透明的頂層保護(hù)，使之不受其環(huán)境的影響，該頂層包括例如玻璃片或一塑料基的片或?qū)?。?dāng)太陽能電池單元在使用時(shí)，其頂層經(jīng)過相當(dāng)時(shí)候要變臟，例如由于煙塵，砂子和其它來自周圍區(qū)域的臟物沉積在其上而變臟。其結(jié)果為，頂層的透明度將降低，造成太陽能電池單元的發(fā)電量減少。當(dāng)頂層用玻璃做時(shí)，原則上它可以被清潔，但是這是一個要花費(fèi)勞動的過程，尤其是由于太陽能電池單元常常放在屋頂上或其它難于接近的地方。塑料基的頂層通常比基于玻璃片的頂層易碎。這意味著，一方面是頂層由于其周圍例如由于砂子而損傷的危險(xiǎn)仍然較大，另一方面是頂層的清潔甚至更困難。在其它應(yīng)用場合例如其中一體地做有太陽能電池的可攜帶的應(yīng)用場合中，可以想象，經(jīng)過相當(dāng)時(shí)候，外表面將由于接觸而損傷，或以某些其它方式而影響外觀。上述作用的結(jié)果為，該頂層可能最終決定太陽能電池單元的使用壽命，即使一般來說，它并不是太陽能電池單元的最貴的部分。
由于這一原因，需要有一種系統(tǒng)，采用它，可以避免太陽能電池單元的花費(fèi)相當(dāng)勞動的清潔，并且特別在塑料基頂層的情況下，太陽能電池單元的使用壽命可以延長。
本發(fā)明的目的為解決這些問題，并且，為此而提供一太陽能電池單元，它包括一后電極、一光致電壓層，一前電極和一透明的頂層，其特征為，在頂層的頂上有至少一個可取下的透明的聚合物膜。在使用時(shí)，當(dāng)按照本發(fā)明的太陽能電池單元變臟或受損傷，以致其表面的透明度降低到不能接受的水平時(shí)，可簡單地將頂部的聚合物膜取下，得到一清潔而未損傷的新表面。這個過程可以按可得到的可取下的透明聚合膜數(shù)重復(fù)多次。
在本說明的正文中，頂層一詞指的是穩(wěn)定的頂層，即其內(nèi)部的物理化學(xué)性能例如聚合程度在使用中基本不會改變的頂層。
可取下的透明的聚合物膜的數(shù)目由下述條件決定。透明的聚合物膜的數(shù)目太多，則經(jīng)過透明的聚合物膜到達(dá)太陽能電池單元的活性(active)層的光量就變得過低。當(dāng)透明的聚合膜的數(shù)目太少時(shí)，太陽能電池單元的表面不能以足夠的次數(shù)經(jīng)常更新，其結(jié)果為，本發(fā)明的作用不能充分實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的是有2～10張可取下的透明的聚合物膜在頂層上方逐層堆疊，最好為3～5張膜?？扇∠碌耐该鞯木酆衔锬さ臄?shù)目還取決于太陽能電池單元最終使用的地方。在太陽能電池單元用于高污染環(huán)境的場合，例如在高速公路兩旁，要比在太陽能電池單元用在污染較少的環(huán)境時(shí)選用較多數(shù)目的可取下的透明的聚合物膜。
下面將進(jìn)一步參考

圖1和2說明本發(fā)明。
圖1示出一眾所周知的太陽能電池單元，其中，(1)為光致電壓層，(2)為后電極，(3)為前電極，而(4)則為例如基于玻璃或塑料的透明的頂層。(5)代表可選擇地存在的用作載體或保護(hù)層的基體。
圖2示出按照本發(fā)明的太陽能電池單元的一個示例，其中，在圖1的太陽能電池單元的頂上設(shè)有一疊三個可取下的透明的聚合物膜。
在圖2所示的實(shí)施例中，每個聚合物膜都在底側(cè)備有粘結(jié)劑層，它對聚合物膜本身的粘附大于對下面層的粘附，以使當(dāng)聚合物膜被取下時(shí)，粘結(jié)劑層與上述膜一起被取下。不過，根據(jù)聚合物膜的性質(zhì)例如其靜態(tài)性能不同，粘結(jié)劑層并不總是必不可少的。
本發(fā)明還涉及一用于用本發(fā)明的太陽能電池單元發(fā)電的過程。在此過程中，按照本發(fā)明的包括一頂層和至少一個可取下的透明聚合物膜的太陽能電池單元暴露至環(huán)境中。當(dāng)位于太陽能電池單元的頂上的聚合物膜的透明度例如由于灰塵的沉積而降低至一不能接受的水平時(shí)，就取下頂上的聚合物膜，將其下面的聚合物膜暴露至環(huán)境中。當(dāng)有多于一個的聚合物膜時(shí)，就可重復(fù)此步驟，直至所有聚合物膜都取下。于是，最后頂層本身就暴露至環(huán)境中。
已經(jīng)知道的適用于可取下的透明的聚合物膜的材料如下。它們包括尤其是基于聚酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚砜、聚碳酸酯、聚烯烴、丙烯酸酯類和乙酸酯類的膜片。合適的例子包括用聚乙烯、聚丙烯、聚酯、三乙酸纖維素、聚碳酸酯和聚酰胺做的膜片。本發(fā)明還包括設(shè)有用于抵抗強(qiáng)紫外線、氣體和液體的透明的阻擋層的聚合物膜，以作為防污垢層。聚合物膜通常有5～60μm的厚度，最好為10～25μm。
不用說，如果有粘結(jié)劑的話，它必須是透明的。至于其它，可以使用對熟悉本技術(shù)的人均為已知的合適類型的粘結(jié)劑。在本說明書中，透明一詞有這樣的意義，即在光能通過光致電壓層轉(zhuǎn)換為電能的頻率范圍內(nèi)透(導(dǎo))光。
當(dāng)選擇可取下的透明的聚合物膜的材料并確定其厚度時(shí)，必須考慮下列事項(xiàng)。一方面，必須保持被聚合物膜吸收的光盡可能少，以使到達(dá)太陽能電池單元的活性層的光量盡可能大。另一方面，聚合物膜必須有這樣的固有強(qiáng)度，以使它容易取下?？紤]上述事項(xiàng)，熟悉本技術(shù)的人就能選擇合適的可取下的透明的聚合物膜。
根據(jù)太陽能電池單元的大小，可以使可取下的透明的聚合物膜由許多相鄰的段組成。在此情況下，要優(yōu)先保證，在由許多彼此疊合的段組成的若干聚合物膜中，每個膜要將其各個段之間的過渡部位設(shè)置在與緊靠上方或下方的膜的過渡部位不同的地方，這樣就防止許多膜同時(shí)被取下。
聚合物膜和任何粘結(jié)劑層可以用對熟悉本技術(shù)的人為已知的方式例如用層壓法、涂刷等設(shè)置在太陽能電池單元上。
按照本發(fā)明的設(shè)有至少一個可取下的透明的聚合物膜的太陽能電池單元的性質(zhì)并不重要。本發(fā)明可應(yīng)用于剛性太陽能電池單元，例如頂層由玻璃片組成的太陽能電池單元，其例子為眾所周知的基于晶體硅的太陽能電池單元。
不過，如同早先指出的那樣，本發(fā)明對具有塑料頂層的太陽能電池單元的使用特別有吸引力，這是因?yàn)椋话銇碚f，這種太陽能電池單元比具有用玻璃做的頂層的太陽能電池單元更容易受到損傷和產(chǎn)生污垢。具有一個塑料頂層的太陽能電池單元包括基于例如陶瓷載體的剛性太陽能電池單元，但是特別包括基于例如金屬或塑料載體的柔性太陽能電池單元。本發(fā)明特別適用在用連續(xù)工藝制造的太陽能電池單元中，更具體的是，用在按例如在WO 98/13882或WO 99/49483中描述的卷裝進(jìn)出(roll-to-roll)工藝制造的柔性太陽能電池單元中。就制造上述柔性太陽能電池單元的工藝和在上述工藝中所用的材料而言，上述公開都作為參考包含在本說明中。
如同上面所指出的那樣，太陽能電池單元包括一后電極、一光致電壓層和一前電極，以及一透明的頂層。根據(jù)情況，太陽能電池單元還可在后電極的后面包括一用作載體或保護(hù)層的基體。載體、后電極、光致電壓層和前電極的性質(zhì)對本發(fā)明并不重要。下面的描述僅僅是作為說明而提供的。
透明的頂層可以是任何眾所周知的透明的頂層，并且包括例如一玻璃片或一塑料片或塑料膜。
前電極通常為一透明的導(dǎo)電的氧化物(TCO)。合適的TCO包括銦錫氧化物、氧化鋅、摻雜鋁的氧化鋅、摻雜氟的氧化鋅或摻雜硼的氧化鋅、硫化鎘、氧化鎘、氧化錫和摻雜F的SnO2。
光致電壓層可包括任何對熟悉本技術(shù)的人都已知的合適的體系例如非晶硅(a-SiH)，微晶硅，多晶硅，非晶碳化硅(a-SiC)和a-SiCH，非晶硅鍺(a-SiGe)和a-SiGeH，a-SiSnH，CIS(二硒化銅銦，CuInSe2)，碲化鎘CU(In，Ge)Se，ZnSe/CIS，ZnO/CIS，Mo/CIS/CdS/ZnO，和染料敏化的晶胞。還有，也可以使用上述材料的堆疊的晶胞。
根據(jù)太陽能電池單元的用途，并且也可用作反射器的后電極可以用例如鋁、銀或兩者的組合制造，并且可有選擇地有一用絕緣材料如ZnO做的中間層，布置在金屬層與光敏半導(dǎo)體之間。根據(jù)系統(tǒng)的性質(zhì)，可選擇地位于后電極的后面的基體可用作載體或只有保護(hù)功能。如果這樣要求，則基體在太陽能電池單元必須整個或部分地透明時(shí)可以是透明的。(在后一情況下，后電極自然也必須是整個或部分地透明的)。合適的材料由基體的功能決定。當(dāng)基體有載體功能時(shí)，它可以例如是剛性的或柔性的支承材料，例如塑料或金屬做的片或箔。當(dāng)基體主要有保護(hù)功能時(shí)，它可以例如為薄的塑料膜。
權(quán)利要求
1.一太陽能電池單元，它包括一后電極、一光致電壓層、一前電極和一透明的頂層，其特征為，在頂層的頂上有至少一個可取下的透明的聚合物膜。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池單元，其特征為，在頂層上有逐層堆疊的2～10張最好3～5張可取下的透明的聚合物膜。
3.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池單元，其特征為，透明的聚合物膜在底側(cè)設(shè)置粘結(jié)劑層，該粘結(jié)劑層對聚合物膜本身的粘附大于對下面層的粘附。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的太陽能電池單元，它另外還在后電極的后面設(shè)置一基體。
5.用如權(quán)利要求1～4的任一項(xiàng)所述的太陽能電池單元發(fā)電的過程，其中一個包括一后電極、一光致電壓層、一前電極、一透明的頂層和至少一個在頂層的頂上的可取下的透明的聚合物膜的太陽能電池被暴露在環(huán)境中，當(dāng)位于太陽能電池單元的頂上的聚合物膜的透明度降低至一不能接受的水平時(shí)，就取下頂上的聚合物膜，重復(fù)這一步驟，直至所有聚合物膜都取下，此后，頂層本身暴露至環(huán)境中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能電池單元，它包括一后電極、一光致電壓層、前電極和一透明的頂層，其特征為，在頂層的頂上有至少一個可取下的透明的聚合物膜。在頂層上有逐層堆疊的優(yōu)選為2～10張更好是3～5張可取下的透明的聚合物膜。透明的聚合物膜在底側(cè)可設(shè)置粘結(jié)劑層，該粘結(jié)劑層對聚合物膜本身的粘附大于對下面層的粘附。太陽能電池單元最好在后電極的后面設(shè)置一基體。設(shè)置透明的可取下的頂層使之易于取下變臟的表面。
文檔編號H01L31/04GK1436373SQ01811099
公開日2003年8月13日 申請日期2001年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月15日
發(fā)明者J·溫克勒 申請人:阿克佐諾貝爾股份有限公司