專利名稱：光生伏打器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該申請一般涉及光生伏打(photovoltaic)器件和制造光生伏打器件的方法。
背景隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，對能量的需求也不斷上升。結(jié)果，傳統(tǒng)礦物燃料的價格不斷升高。但是，礦物燃料使用的增加具有對環(huán)境造成有害影響、理論上供應有限之類的缺點。
政府和能源工業(yè)正在尋找替代能源，用來滿足未來能源供應的要求。但是，替代能源比傳統(tǒng)礦物燃料源每千瓦時的成本更高。一種這樣的替代能源是太陽能。在典型的太陽能系統(tǒng)中，光生伏打器件吸收太陽光，產(chǎn)生電能。典型的光生伏打器件已經(jīng)使用聚合物疊層或玻璃來保護光電池的活性面。但是，典型的聚合物疊層和玻璃具有較差的機械性能，或者具有較差的老化性能。例如，玻璃在碰撞或磨擦時會發(fā)生機械損害。如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)之類的聚合物疊層會劣化、光學透明度下降，并且產(chǎn)生腐蝕性副產(chǎn)物。機械故障和化學降解都會縮短光電池的壽命，減少由光電池產(chǎn)生的電量，提高光生伏打器件壽命內(nèi)每千瓦時的成本。因此，希望得到改進的光生伏打器件。
概述在一個特定的實施方式中，本文涉及一種光生伏打器件，該器件包括光生伏打?qū)?、第一含氟聚合物層和第二含氟聚合物層。第一含氟聚合物層覆蓋光生伏打?qū)拥幕钚悦?。第二含氟聚合物層覆蓋第一聚合物層。第二含氟聚合物層的熔點大于135℃，第一含氟聚合物層的熔點小于135℃。
在另一個示例性實施方式中，本文涉及一種制造光生伏打器件的方法。該方法包括加熱第一聚合物層，并施加第一聚合物層以覆蓋光生伏打?qū)?。第一聚合物層包括至少兩個共擠出的含氟聚合物層。將第一聚合物膜至少加熱到至少兩個共擠出含氟聚合物層的第一層的熔點。
在另一個示例性實施方式中，本文涉及一種光生伏打器件，該器件包括光生伏打?qū)雍偷谝痪酆衔飳印５谝痪酆衔飳痈采w光生伏打?qū)?，且包括至少兩個共擠出含氟聚合物層。
附圖簡要說明

圖1和圖2說明光生伏打器件的示例性實施方式。
圖3說明制造光生伏打器件的示例性方法。
圖4說明用于制造光生伏打器件的示例性設備。
發(fā)明詳述在一個實施方式中，提供一種光生伏打器件，該器件包括光生伏打?qū)雍偷谝痪酆衔飳?。第一聚合物層覆蓋光生伏打?qū)?，且包括至少兩個共擠出的含氟聚合物層。第一聚合物膜覆蓋光生伏打?qū)拥幕钚员砻?。在另一個實施方式中，第一聚合物膜覆蓋光生伏打?qū)拥谋趁?。在各種情況中，覆蓋的膜或?qū)右话闩c下層直接接觸，盡管另選的實施方式中在覆蓋層和下層之間具有中介層。
光生伏打器件可通過以下步驟制造將第一聚合物至少加熱到兩個共擠出的含氟聚合物層的較低熔點，然后通過例如擠壓或軋制施加(apply)所述層，以覆蓋光生伏打?qū)印＠?，可通過連續(xù)工藝將第一聚合物膜熱軋到光生伏打?qū)由稀Ｔ诹硪粋€例子中，可通過間歇或半連續(xù)工藝將第一聚合物層壓制到光生伏打?qū)由?，下文中將詳細描述?br> 至少兩個共擠出的含氟聚合物層的第一和第二含氟聚合物可分別由氟化單體形成的聚合物和共聚物形成。共聚物包括接枝共聚物、交替共聚物、無規(guī)共聚物和嵌段共聚物。示例性的含氟聚合物可以由包括以下物質(zhì)的單體形成四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)、全氟丙基或全氟甲基乙烯基醚、三氟氯乙烯(CTFE)、偏二氟乙烯(VF2或VDF)和氟乙烯(VF)。所述含氟聚合物可包括含有一種或多種上述單體的聚合物、聚合物混合物和共聚物，例如氟代乙烯丙烯(FEP)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯-全氟丙基醚(PFA)、聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚(MFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、以及四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯(THV)。在另外的示例性實施方式中，含氟聚合物可以是烯烴單體與氟代單體的共聚物，例如購自Daikin America，Inc.的DaikinTMEFEP。
一般地，至少兩個共擠出的含氟聚合物層中的每一層都主要由各自的含氟聚合物形成，這樣，在聚合物混合物的情況中，非氟化聚合物的含量限制在小于聚合物總量的15重量％，例如小于10重量％，小于5重量％或小于2重量％。在某些實施方式中，至少兩個共擠出層的聚合物含量基本上是100％含氟聚合物。在一些實施方式中，所述層基本上分別由所述含氟聚合物組成。在本文中，短語“基本上由……組成”用來描述含氟聚合物的時候，表示排除了影響含氟聚合物的基本特性和新穎特性的非氟化聚合物的存在，但是在聚合物層中可以使用通常應用的處理試劑和添加劑，例如抗氧化劑、填料、UV劑、染料和抗老化劑。
在一個
具體實施例方式
中，所述第一和第二含氟聚合物可以是由單體TFE、HFP和VDF形成的共聚物，例如THV共聚物。所述THV共聚物可包括DyneonTMTHV 220、DyneonTMTHV 2030GX、DyneonTMTHV 500G、DyneonTMTHV X815G或DyneonTMTHV X610G。例如，所述共聚物可包含約20-70重量％的VDF單體，例如約35-65重量％的VDF單體。所述共聚物可包含約15-80重量％的TFE單體，例如約20-55重量％的TFE單體。另外，共聚物可包含約15-75重量％的HFP單體，例如約20-65重量％。在一個實施方式中，較低熔點的共聚物包含至少50重量％的VDF單體，例如約55重量％的VDF單體，或約60重量％的VDF單體。在另一個實施方式中，較高熔點的共聚物包含不超過約50重量％的VDF單體，例如不超過大約45重量％的VDF單體，或不超過大約40重量％的VDF單體。
圖1顯示了光生伏打器件的示例性實施方式。光生伏打器件102包括一個或多個被保護膜106和108包圍的光生伏打?qū)?04。光生伏打?qū)?04包括活性表面110和背面112。當工作時，光生伏打?qū)?04可接收通過活性表面110的電磁輻射，并使用器件如在一個或多個光生伏打?qū)?04中形成的半導體器件，將電磁輻射轉(zhuǎn)化為電勢。一般來說，穿過保護膜108傳送或傳遞到背面112的光或電磁輻射不會導致產(chǎn)生明顯的電勢。
聚合物膜106和108的厚度至少約為2密耳。例如，聚合物膜106和108的厚度至少約為3密耳，至少約為5密耳，或者更大。在一個示例性實施方式中，聚合物膜如膜106和108包括共擠出的含氟聚合物層。
一個或多個光生伏打?qū)?04可由硬質(zhì)基材或軟質(zhì)基材形成。例如，硬質(zhì)基材包括晶體硅。軟質(zhì)基材包括金屬基材，諸如鈦、無定形硅基材和聚合物基材。使用如半導體加工技術(shù)和印刷技術(shù)之類的技術(shù)在基片上形成光敏器件，諸如電子器件。這些光敏器件可使用導電互連連接，例如金屬性互連和/或半導體互連。舉例來說，金屬性互連包括金、銀、鈦或銅互連。另外，光生伏打?qū)?04可以包括或不包括在活性表面112上的硬涂布層，該層在其它處理過程中用于保護一個或多個光生伏打?qū)印?br> 如圖1的示例性實施方式中所描述的，保護膜106可以覆蓋一個或多個光生伏打?qū)?04的活性表面110，而保護膜108可位于一個或多個光生伏打?qū)拥谋趁?12之下。在此特定實施方式中，膜106包括兩個共擠出的層114和116。這些共擠出層可由如PVDF、ETFE或THV之類的含氟聚合物形成。
在一個特征中，層114的熔點比層116的熔點至少約高10℃。例如，含氟聚合物層114的熔點比含氟聚合物層116的熔點至少約高25℃，至少約高40℃，至少約高60℃，或者至少約高100℃。
此外，含氟聚合物層114的熔點大于135℃，含氟聚合物層116的熔點小于135℃。例如，含氟聚合物層114的熔點至少約為165℃，至少約為180℃，或者至少約為220℃。含氟聚合物層116的熔點不超過約135℃，不超過約120℃，或者不超過約115℃。
另外，氟聚合物層114的氟化百分數(shù)大于含氟聚合物層116的氟化百分數(shù)。例如，含氟聚合物層114比含氟聚合物層116包含的氟原子數(shù)目多。另外或另選地，含氟聚合物層114比含氟聚合物層116包含更高百分含量的氟化碳。
在一個特定的實施方式中，含氟聚合物層114和含氟聚合物層116由THV共聚物形成。例如，含氟聚合物層114比含氟聚合物層116具有更高百分含量的HFP。在另一個示例性實施方式中，含氟聚合物層114比含氟聚合物層116具有更高百分含量的TFE。在另一個示例性實施方式中，含氟聚合物層114比含氟聚合物層116具有更低百分含量的VDF。
在一個實施方式中，層114由THV嵌段共聚物如DyneonTMTHV 500G、DyneonTMTHV X815G或DyneonTMTHV X610G形成，而層116由DyneonTMTHV 220或PVDF形成。例如，聚合物膜106可由THV層114和PVDF層116形成。在其它示例性實施方式中，層114可由PVDF、THV、ETFE、EFEP或PCTFE形成，而層116可由PVDF或THV形成。
聚合物膜106覆蓋一個或多個光生伏打?qū)?04的活性表面110。為了便于光透射到活性表面，聚合物膜106的光學透明度一般為至少約85％的光可以透過。例如，聚合物膜106的光學透明度為可見光譜(例如約100納米至約1000納米或約380納米至770納米)中至少約85％的光可以透過。在其它實施方式中，聚合物膜106的光學透明度可以允許至少約90％、例如至少約92％或者甚至至少約95％的光透過。透明度甚至可以更高，例如至少約98％或至少約99％的光可以透過?？赏ㄟ^例如BYK-GardnerHaze-Gard Plus測量光學透明度。
聚合物膜108可具有兩個層118和120。在一個示例性實施方式中，含氟聚合物膜108包含與含氟聚合物膜106相同的材料。在另一個實施方式中，聚合物膜108具有與聚合物膜106不同的結(jié)構(gòu)，可以層壓或粘合到一個或多個光生伏打?qū)?04的背面112上。
在另一個實施方式中，可以增加其它層來覆蓋聚合物膜106或置于聚合物膜108之下。在一個示例性實施方式中，可以層壓或粘合其它含氟聚合物膜如ETFE膜，以覆蓋聚合物膜106。在另一個示例性實施方式中，可以層壓PCTFE膜，以覆蓋聚合物膜106或位于聚合物膜108之下。
圖2說明光生伏打器件的另一個實施方式。在光生伏打器件202中，聚合物膜206和208被層壓或粘合到光生伏打?qū)?04上。光生伏打?qū)?04包括活性表面210和背面212。一個或多個光生伏打?qū)?04與上述一個或多個光生伏打?qū)泳哂蓄愃频慕Y(jié)構(gòu)。
聚合物膜206包括聚合物層214、216、218和220。聚合物膜206可以是共擠出膜，包括至少兩個共擠出的含氟聚合物層。例如，層218和220、層216和220、層214和218、或兩個或多個層的不同組合可包括含氟聚合物層。
在一個特定的實施方式中，層218和220是熔點差值至少約為10℃的含氟聚合物層。例如，層218的熔點至少高出約25℃，至少高出約40℃，至少高出約60℃，或至少高出約100℃。含氟聚合物層218的熔點可以大于135℃，含氟聚合物220的熔點可以小于135℃。例如，含氟聚合物層218的熔點至少約為160℃，至少約為180℃，或者至少約為220℃。含氟聚合物層220的熔點不超過約135℃，例如不超過約125℃，不超過約120℃，或者不超過約115℃。
在一個示例性實施方式中，聚合物膜206由包含含氟聚合物如DyneonTMTHV 220、DyneonTMTHV 2030GX或PVDF的層220形成。層218由THV共聚物如DyneonTMTHV 500G、DyneonTMTHV X815G或DyneonTMTHV X610G形成。層216可由含氟聚合物如PCTFE形成，而層214可由含氟聚合物如ETFE或DaikinTMEFEP形成。
光生伏打器件202可包括層壓或粘合在一個或多個光生伏打?qū)?04的背面212上的聚合物膜208。聚合物膜208可包括至少兩個共擠出的含氟聚合物層，諸如層228和226、228和224、226和222、或兩個或多個這些層的組合。所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層所包含的一個層的熔點高于另一個層。例如，層226的熔點高于層228。同樣地，聚合物膜208具有與聚合物膜206類似的結(jié)構(gòu)。
覆蓋一個或多個光生伏打?qū)拥木酆衔锬た商峁┕鈱W透明度，例如可見光譜中至少約85％的光可以透過。例如，聚合物膜的光學透明度為至少95％的光透過。
可通過圖3所示的方法形成聚合物器件。方法300包括加熱聚合物膜，如步驟302所示?？蓪⒕酆衔锬ぜ訜岬街辽偌s為第一含氟聚合物層的熔點而又小于第二含氟聚合物層的熔點的溫度。如步驟304所示，將聚合物膜施加到光生伏打?qū)由稀Ｔ诶鋮s后，將聚合物膜粘合或?qū)訅旱焦馍驅(qū)由?。這種方法可使用在光生伏打器件的連續(xù)工藝中。
圖4描述了一種示例性連續(xù)工藝，例如熱軋。提供包含至少兩個含氟聚合物層的聚合物膜404的滾輪。在熱滾輪406處加熱膜404，通過滾輪408壓制到一個或多個光生伏打?qū)?10上。在另一個實施方式中，重復該過程，以層壓聚合物層或光生伏打?qū)?10的第二面。
在另選的實施方式中，可以將聚合物膜施加到光生伏打?qū)由希缓蠹訜岬街辽偌s為熔點最低的含氟聚合物層的熔點的溫度。該另選的方法可以光生伏打器件的間歇或半間歇工藝使用。
在另一個示例性實施方式中，聚合物膜由氟化聚合物形成，并且通常不含有氯化含氟聚合物。某些實施方式明確地排除了氯化含氟聚合物。在另一個示例性實施方式中，膜的光學透明度為超過95％的光透過，例如超過96％的光透過。
實施例多層聚合物膜的示例性實施方式，該膜包括熔點低于第二含氟聚合物層的第一含氟聚合物層。含氟聚合物層如實施例1中所述是共擠出的。
實施例1在3/4英寸的Brabender擠出機上，以8rpm的轉(zhuǎn)速對熔點為224℃的含氟聚合物DyneonTMTHV X815G進行處理。Brabender擠出機的區(qū)域溫度為220℃、270℃、260℃和260℃。使用熔點為116℃的含氟聚合物DyneonTMTHV 220G形成兩個另外的層。這兩個層中的一個層在1英寸的Killion擠出機上，在12rpm下進行處理。Killion擠出機的區(qū)域溫度為120℃、170℃、220℃和220℃。這兩個層中的另一個層在3/4英寸的Brabender擠出機上，在8rpm下進行處理，Brabender擠出機的區(qū)域溫度為120℃、170℃、220℃和220℃。擠出機給溫度保持在240℃的ABC-型分流器(feedblock)和溫度保持在230℃的模頭進料。
制備了厚度為2密耳和5密耳的示例性膜，它們有效地包括兩個層，DyneonTMTHV X815G層和DyneonTMTHV 220G層，其層厚度比(THV815∶THV 220)為20∶80?？梢詫⒛ぜ訜岬?35℃的溫度，并施加到光生伏打?qū)由?，其中DyneonTMTHV 220G層比DyneonTMTHVX815G層更接近于光生伏打?qū)印?br> 上述內(nèi)容被認為是示例性而非限制性的，所附權(quán)利要求書中將包括本發(fā)明真正范圍內(nèi)的全部修改、改進和其它實施方式。因此，在法律許可的最大范圍內(nèi)，本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求書以及它們的等價內(nèi)容最寬泛的許可釋義所決定，不應受到以上詳述的約束或限制。
權(quán)利要求
1.一種光生伏打器件，其包括光生伏打?qū)樱坏谝缓酆衔飳?，該層覆蓋光生伏打?qū)拥幕钚悦?，且熔點小于135℃；第二含氟聚合物層，該層覆蓋第一含氟聚合物層，且熔點大于135℃。
2.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第一含氟聚合物層與光生伏打?qū)拥幕钚悦嬷苯咏佑|。
3.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第一含氟聚合物層和所述第二含氟聚合物層是共擠出的。
4.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第一含氟聚合物層和所述第二含氟聚合物層的光透明度為至少85％的光能夠透過。
5.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第二含氟聚合物層的熔點比所述第一含氟聚合物層的熔點至少約高10℃。
6.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第二含氟聚合物層的熔點比所述第一含氟聚合物層的熔點至少約高25℃。
7.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第二含氟聚合物層的熔點比所述第一含氟聚合物層的熔點至少約高40℃。
8.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第二含氟聚合物層的熔點比所述第一含氟聚合物層的熔點至少約高60℃。
9.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第二含氟聚合物層的熔點約大于160℃。
10.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第二含氟聚合物層的熔點約大于180℃。
11.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第二含氟聚合物層的熔點約大于220℃。
12.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第二含氟聚合物層具有比第一含氟聚合物層高的氟化百分數(shù)。
13.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第一含氟聚合物層包含THV共聚物。
14.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第二含氟聚合物層包含THV共聚物。
15.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，它還包括覆蓋所述第二含氟聚合物層的第三含氟聚合物層。
16.如權(quán)利要求15所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第三含氟聚合物層包含ETFE、EFEP或PCTFE。
17.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，還包括位于光生伏打?qū)又碌牡谌酆衔飳印?br> 18.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第一和第二含氟聚合物層主要由各自的第一和第二含氟聚合物組成。
19.如權(quán)利要求1所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第一和第二含氟聚合物不含有氯化含氟聚合物。
20.一種制造光生伏打器件的方法，所述方法包括將包含至少兩個共擠出的含氟聚合物層的第一聚合物膜至少加熱到所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層中的第一層的熔點；以及施加所述聚合物膜，以覆蓋光生伏打?qū)印?br> 21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，施加聚合物膜包括熱軋。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一聚合物膜的光學透明度為至少85％的光能夠透過。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，加熱所述第一聚合物膜包括將所述第一聚合物膜加熱到小于所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層的第二層的熔點的溫度。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層的第一層的熔點比所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層的第二層的熔點至少約低10℃。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，施加所述第一層使之比所述第二層更近地覆蓋光生伏打?qū)印?br> 26.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層的第一層的熔點小于135℃，所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層的第二層的熔點大于135℃。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，加熱所述第一聚合物膜包括將所述第一聚合物膜加熱到至少約135℃。
28.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層中的第一層比所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層中的第二層具有更低的氟化百分數(shù)。
29.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括施加覆蓋第一聚合物膜的第二聚合物膜，所述第二聚合物膜含有含氟聚合物。
30.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括施加第二聚合物膜，該膜位于光生伏打?qū)又隆?br> 31.一種光生伏打器件，其包括光生伏打?qū)?；第一聚合物膜，該膜覆蓋所述光生伏打?qū)?，所述聚合物膜包含至少兩個共擠出的含氟聚合物層。
32.如權(quán)利要求31所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第一聚合物膜的光學透明度為至少85％的光能夠透過。
33.如權(quán)利要求31所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第一聚合物膜與光生伏打?qū)又苯咏佑|。
34.如權(quán)利要求31所述的光生伏打器件，其特征在于，所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層的第一層的熔點比所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層的第二層的熔點低至少約10℃。
35.如權(quán)利要求34所述的光生伏打器件，其特征在于，所述第一層比第二層更接近光生伏打?qū)?，從而使所述第二層位于所述第一層和光生伏打?qū)由厦妗?br> 36.如權(quán)利要求31所述的光生伏打器件，其特征在于，所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層中的第一層的熔點小于135℃，所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層中的第二層的熔點大于135℃。
37.如權(quán)利要求31所述的光生伏打器件，其特征在于，所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層中的第一層比所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層中的第二層具有更低的氟化百分數(shù)。
38.如權(quán)利要求31所述的光生伏打器件，其特征在于，所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層的各層都主要由含氟聚合物組成。
39.如權(quán)利要求31所述的光生伏打器件，其特征在于，所述至少兩個共擠出的含氟聚合物層的各層不含有氯化含氟聚合物。
全文摘要
本文涉及一種光生伏打器件，該器件包括光生伏打?qū)印⒌谝缓酆衔飳雍偷诙酆衔飳?。第一含氟聚合物層覆蓋光電層的活性面。第二含氟聚合物層覆蓋所述第一聚合物層。所述第二含氟聚合物層的熔點大于135℃，所述第一含氟聚合物層的熔點小于135℃。
文檔編號H01L31/048GK1965413SQ200580018107
公開日2007年5月16日 申請日期2005年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者K·G·赫茨勒, A·圖卡希斯基, B·M·弗里德曼, P·W·奧蒂茲 申請人:圣戈本操作塑料有限公司