本發(fā)明涉及一種用于將薄膜光伏設(shè)備轉(zhuǎn)移到底部光伏子電池以產(chǎn)生串聯(lián)光伏電池的可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置?？赊D(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置包括柔性釋放基板和位于其上的薄膜光伏設(shè)備，在用透明傳導(dǎo)粘合劑將薄膜光伏設(shè)備粘附到底部光伏子電池之后，柔性釋放基板可與薄膜光伏設(shè)備分離。本發(fā)明還涉及一種產(chǎn)生可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置的方法，以及一種使用可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置產(chǎn)生串聯(lián)光伏電池的方法。

背景技術(shù)：

1、目前，基于硅的光伏(pv)電池是商業(yè)太陽能電池板中目前使用的主導(dǎo)光伏技術(shù)。近幾十年來，由于功率轉(zhuǎn)換效率的提高以及大規(guī)模制造輸入和最終太陽能面板模塊的好處，此類太陽能電池板的電力的成本大幅下降。但是，單結(jié)pv電池(其包括一對(duì)電荷收集電極之間的單個(gè)光活性層)由于各種機(jī)制(包括低帶隙光譜損失和帶邊緣松弛導(dǎo)致的能量損失(熱化))而具有固有的效率限制。利用單結(jié)si-pv電池(<27％)的最先進(jìn)的太陽能面板的功率轉(zhuǎn)換效率現(xiàn)在已接近可以預(yù)期的最大值，因此需要對(duì)光伏電池技術(shù)進(jìn)行根本性的變革以提供進(jìn)一步的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。

2、提高太陽能面板的功率轉(zhuǎn)換效率的一種方法是利用多結(jié)pv電池，其中兩個(gè)(或更多個(gè))pv子電池物理地堆疊在彼此之上。頂部子電池的光活性層被設(shè)計(jì)為高效地吸收來自太陽輻射光譜的高能區(qū)域的光子，而底部子電池的光活性層捕獲穿過半透明頂部子電池的低能光子。其中兩個(gè)子電池經(jīng)由透明傳導(dǎo)夾層(重新組合層或隧道結(jié))串聯(lián)電連接的串聯(lián)pv電池因此可以在集中的太陽光下實(shí)現(xiàn)高達(dá)47％的功率轉(zhuǎn)換效率。因此，原則上，具有si-pv底部子電池的串聯(lián)pv電池可以提供比單結(jié)si-pv電池顯著改進(jìn)的能量轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)仍受益于現(xiàn)代si-pv制造技術(shù)。

3、雖然存在這些理論上的優(yōu)點(diǎn)，但由于頂部子電池的制造及其與底部子電池的集成存在技術(shù)和成本相關(guān)的問題，因此開發(fā)具有商業(yè)競爭力的多結(jié)pv電池，尤其是具有si-pv底部子電池的電池，仍然具有挑戰(zhàn)性。在si-pv底部子電池上制造頂部子電池的氣相沉積方法不易修正以適合工業(yè)化規(guī)?；?。包括可溶液處理的光活性層(諸如金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體)的薄膜頂部子電池由于能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)整帶隙而特別有吸引力。但是，由于難以在大面積剛性基板上形成均勻的薄層以及批處理的沉積方法的材料浪費(fèi)比例大，因此通過溶液處理方法直接在si-pv底部子電池上逐層制造頂部子電池在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上仍然具有挑戰(zhàn)性。

4、之前已經(jīng)提出通過單獨(dú)產(chǎn)生薄膜頂部子電池、然后將這個(gè)多層設(shè)備直接層壓到底部子電池上以在單個(gè)工藝步驟中產(chǎn)生串聯(lián)pv電池來解決這些問題。使用透明傳導(dǎo)粘合劑將兩個(gè)設(shè)備物理地粘合，并在最終串聯(lián)pv電池的兩個(gè)子電池之間提供所需的電互連(作為重新組合層或隧道結(jié))。但是，薄膜設(shè)備不是自支撐的，因此必須在支撐膜基板上制造薄膜頂部子電池。在將頂部和底部子電池層壓在一起之后，這個(gè)基板將形成串聯(lián)pv電池的相對(duì)厚的外層，這可以潛在地吸收太陽輻射的不可忽略的部分，從而對(duì)功率轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生不利影響。此外，在其上產(chǎn)生薄膜電子設(shè)備的支撐膜基板通常是電絕緣的。雖然在小型設(shè)備中可以容納絕緣外層，但它在電流通常通過外表面被提取以最小化太陽能面板中的內(nèi)阻的較大表面積的光伏電池上是不期望的。

5、其它報(bào)道的用于制造頂部子電池(隨后層壓到底部子電池)的方法依賴于蒸汽或等離子體沉積技術(shù)和/或高溫處理步驟來產(chǎn)生薄膜設(shè)備體系架構(gòu)。因此，頂部子電池必須在能夠承受此類處理?xiàng)l件的支撐基板上產(chǎn)生，這危及在制造串聯(lián)pv電池時(shí)將子電池轉(zhuǎn)移到底部子電池的可轉(zhuǎn)移性。期望通過低成本和可規(guī)模化的技術(shù)直接在適合轉(zhuǎn)移到底部子電池的基板上產(chǎn)生薄膜頂部子電池。

6、因此，對(duì)于產(chǎn)生串聯(lián)光伏電池的方法，以及將薄膜光伏設(shè)備轉(zhuǎn)移到底部子電池以形成串聯(lián)光伏電池的布置，存在持續(xù)需求，這至少部分地解決上面提到的缺點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)，或者提供有用的替代方案。

7、本文中對(duì)作為現(xiàn)有技術(shù)給出的專利文獻(xiàn)或其他事項(xiàng)的引用不應(yīng)被視為承認(rèn)該文獻(xiàn)或事項(xiàng)是已知的或者其包含的信息是任何權(quán)利要求的優(yōu)先權(quán)日時(shí)的眾所周知常識(shí)的一部分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明人現(xiàn)已開發(fā)出一種產(chǎn)生串聯(lián)光伏電池的方法，該方法是將最初存在于支撐釋放基板上的薄膜光伏頂部子電池轉(zhuǎn)移到兼容的底部子電池上，然后移除釋放基板以提供在外表面處具有透明傳導(dǎo)層的串聯(lián)pv電池。透明傳導(dǎo)層通過溶液處理在釋放基板上產(chǎn)生并且包括有機(jī)和通常聚合物傳導(dǎo)和/或粘結(jié)劑組分，但是釋放基板與透明傳導(dǎo)層之間的界面被設(shè)計(jì)為允許在頂部和底部子電池粘合之后選擇性地將釋放基板從頂部子電池脫層(delamination)，從而使透明傳導(dǎo)層暴露在串聯(lián)pv電池的傳導(dǎo)外表面處。這可以通過幾種方式實(shí)現(xiàn)，例如通過設(shè)計(jì)釋放基板以使其與透明傳導(dǎo)層具有內(nèi)在弱粘合性或者通過配制透明傳導(dǎo)層以響應(yīng)于外部刺激而從釋放基板上解除鍵合。

2、預(yù)期第一透明傳導(dǎo)層中有機(jī)或聚合物組分的存在改進(jìn)其柔韌性和彈性，從而確保在將薄膜光伏設(shè)備轉(zhuǎn)移到底部光伏子電池期間，雖然對(duì)該層施加了屈曲和壓縮，但第一透明傳導(dǎo)層的物理完整性和傳導(dǎo)性仍然保持不變。

3、薄膜頂部子電池經(jīng)由透明傳導(dǎo)粘合劑層粘附到底部子電池，這最終形成串聯(lián)光伏設(shè)備中的重新組合層(也稱為隧道結(jié))。在一些實(shí)施例中最初作為可轉(zhuǎn)移頂部子電池的外層存在的透明傳導(dǎo)粘合劑層可以被激活并可選地固化以促進(jìn)兩個(gè)子電池的粘附。重要的是，當(dāng)要將釋放基板與薄膜頂部子電池分離時(shí)，兩個(gè)子電池之間的所得粘合鍵比釋放基板與頂部子電池之間的鍵更強(qiáng)。

4、有利地，本文公開的方法和設(shè)備可以被用于產(chǎn)生具有基于硅的光伏(si-pv)電池的串聯(lián)光伏電池，并且與si-pv電池的制造工藝和si-pv電池在太陽能面板模塊中的常見用途兩者兼容。因此，可以在包括幾乎同時(shí)分離和去除釋放基板的輥層壓工藝中將薄膜頂部子電池壓到底部子電池(例如，si-pv子電池)上并粘附到其上。此外，因?yàn)樗玫拇?lián)光伏電池具有傳導(dǎo)外表面，所以還可以利用如通常應(yīng)用于si-pv電池的電流收集器網(wǎng)絡(luò)(例如，印刷金屬網(wǎng)格)對(duì)這個(gè)外表面進(jìn)行功能化。

5、在第一方面，本發(fā)明提供了一種用于將薄膜光伏設(shè)備轉(zhuǎn)移到底部光伏子電池以產(chǎn)生串聯(lián)光伏電池的可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置(arrangement)，該可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置包括：柔性釋放基板；以及薄膜光伏設(shè)備，該薄膜光伏設(shè)備包括(i)位于柔性釋放基板之上的第一透明傳導(dǎo)層和(ii)位于第一透明傳導(dǎo)層之上的光活性層，其中第一透明傳導(dǎo)層是經(jīng)溶液處理的層，包括選自傳導(dǎo)聚合物或聚合物復(fù)合材料、可活化的粘合劑和有機(jī)粘結(jié)劑中的至少一種，并且其中在用透明傳導(dǎo)粘合劑將薄膜光伏設(shè)備粘附到底部光伏子電池之后，柔性釋放基板可與薄膜光伏設(shè)備分離，從而在薄膜光伏設(shè)備的外傳導(dǎo)表面處暴露第一透明傳導(dǎo)層。

6、在一些實(shí)施例中，第一透明傳導(dǎo)層包括第一可活化的粘合劑，其中當(dāng)?shù)谝豢苫罨恼澈蟿┍换罨瘯r(shí)，柔性釋放基板可與薄膜光伏設(shè)備分離。第一可活化的粘合劑可以是可熱活化的粘合劑聚合物?？蔁峄罨恼澈蟿┚酆衔锟梢允菬崴苄跃酆衔铮邕x自乙烯-醋酸乙烯酯(eva)共聚物、聚乙烯、聚環(huán)氧乙烷(peo)和聚苯乙烯(ps)。

7、在一些實(shí)施例中，柔性釋放基板包括不粘表面，其中柔性釋放基板可通過將第一透明傳導(dǎo)層從不粘表面脫層而與薄膜光伏設(shè)備分離。不粘表面可以由低表面能聚合物提供。不粘表面可以是柔性釋放基板上的不粘涂層的表面。不粘涂層可以包括低表面能聚合物，例如選自氟化聚合物和硅酮聚合物。

8、在一些實(shí)施例中，可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置包括介于柔性釋放基板與第一透明傳導(dǎo)層之間的低內(nèi)聚力犧牲層，其中低內(nèi)聚力犧牲層具有固有低內(nèi)聚力或在被活化時(shí)具有低內(nèi)聚力，使得柔性釋放基板可通過破壞低內(nèi)聚力犧牲層而與薄膜光伏設(shè)備分離。

9、在一些實(shí)施例中，低內(nèi)聚力犧牲層包括低內(nèi)聚力有機(jī)非聚合物固體。在一些實(shí)施例中，低內(nèi)聚力犧牲層包括第三可活化的粘合劑，并且柔性釋放基板可通過(i)通過熱或輻射活化第三可活化的粘合劑和(ii)破壞低內(nèi)聚力犧牲層而與薄膜光伏設(shè)備分離。第三可活化的粘合劑可以是熱塑性聚合物，例如選自乙烯-醋酸乙烯酯(eva)共聚物、聚乙烯、聚環(huán)氧乙烷(peo)和聚苯乙烯(ps)，或光可解聚聚合物組合物，例如選自聚苯二甲醛(ppha)與光酸生成劑(pag)組合、聚縮醛與pag組合以及聚交酯(pla)與tio2組合。

10、在一些實(shí)施例中，低內(nèi)聚力犧牲層具有傳導(dǎo)性。在一些實(shí)施例中，低內(nèi)聚力犧牲層具有小于100nm、或小于50nm或小于20nm的厚度。

11、在一些實(shí)施例中，第一透明傳導(dǎo)層包括第一傳導(dǎo)組分，該第一傳導(dǎo)組分選自金屬、金屬氧化物、傳導(dǎo)聚合物或聚合物復(fù)合材料、富勒烯或其功能化衍生物、碳納米材料(諸如石墨烯)、非聚合物有機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)芳香族化合物和非聚合物共軛有機(jī)化合物。

12、在一些實(shí)施例中，薄膜光伏設(shè)備還包括(iii)位于光活性層之上的第二透明傳導(dǎo)層，其中第二透明傳導(dǎo)層包括用于將薄膜光伏設(shè)備粘附到底部光伏子電池的透明傳導(dǎo)粘合劑。

13、在一些實(shí)施例中，透明傳導(dǎo)粘合劑包括第二傳導(dǎo)組分，該第二傳導(dǎo)組分包括選自金屬、金屬氧化物、傳導(dǎo)聚合物或聚合物復(fù)合材料、富勒烯或其功能化衍生物、碳納米材料(諸如石墨烯)、非聚合物有機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)芳香族化合物和非聚合物共軛有機(jī)化合物中的至少一種。

14、在一些實(shí)施例中，透明傳導(dǎo)粘合劑包括第二可活化的粘合劑，其中當(dāng)?shù)诙苫罨恼澈蟿┍换罨瘯r(shí)，第二透明傳導(dǎo)層粘附到底部光伏子電池。第二可活化的粘合劑可通過熱、輻射或化學(xué)處理來活化。在一些實(shí)施例中，第二可活化的粘合劑在被活化時(shí)通過共價(jià)鍵形成反應(yīng)不可逆地固化。

15、在一些實(shí)施例中，透明傳導(dǎo)粘合劑在足以將柔性釋放基板從薄膜光伏設(shè)備釋放的溫度下可熱活化。

16、在一些實(shí)施例中，第一透明傳導(dǎo)層包括第一可熱活化的粘合劑聚合物，并且第二透明傳導(dǎo)層包括第二可熱活化的粘合劑聚合物，其中第二可熱活化的粘合劑聚合物具有比第一可熱活化的粘合劑聚合物更高的熔點(diǎn)。

17、在一些實(shí)施例中，薄膜光伏設(shè)備還包括(iv)介于第一透明傳導(dǎo)層與光活性層之間的第一電荷運(yùn)輸層和/或(v)位于光活性層之上的第二電荷運(yùn)輸層。

18、在一些實(shí)施例中，光活性層是光活性鈣鈦礦層。

19、在一些實(shí)施例中，可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置被構(gòu)造為用于輥層壓工藝的輥，其中薄膜光伏設(shè)備被壓到底部光伏子電池上并且柔性釋放基板與薄膜光伏設(shè)備分離。

20、在一些實(shí)施例中，選自(i)第一透明傳導(dǎo)層、(ii)光活性層、(iv)介于第一透明傳導(dǎo)層與光活性層之間的第一電荷運(yùn)輸層和(v)位于光活性層之上的第二電荷傳輸層的薄膜光伏設(shè)備的每個(gè)功能層是形成在柔性釋放基板上的經(jīng)溶液處理的層。在一些實(shí)施例中，薄膜光伏設(shè)備的每個(gè)功能層是形成在柔性釋放基板上的經(jīng)溶液處理的層。

21、在第二方面，本發(fā)明提供了一種串聯(lián)光伏電池布置，包括底部光伏子電池和根據(jù)第一方面的任何實(shí)施例的可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置，其中薄膜光伏設(shè)備經(jīng)由包括透明傳導(dǎo)粘合劑的第二透明傳導(dǎo)層粘附到底部光伏子電池。

22、在一些實(shí)施例中，底部光伏子電池是硅光伏電池。

23、在一些實(shí)施例中，柔性釋放基板與薄膜光伏設(shè)備部分地分離，從而在外傳導(dǎo)表面處暴露第一透明傳導(dǎo)層。

24、在第三方面，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置的方法，該方法包括：提供柔性釋放基板；以及通過相繼形成(i)柔性釋放基板之上的第一透明傳導(dǎo)層；以及(ii)第一透明傳導(dǎo)層之上的光活性層而在柔性釋放基板上產(chǎn)生薄膜光伏設(shè)備，其中第一透明傳導(dǎo)層通過溶液處理形成并且包括選自傳導(dǎo)聚合物或聚合物復(fù)合材料、可活化的粘合劑和有機(jī)粘結(jié)劑中的至少一種，并且其中柔性釋放基板可與薄膜光伏設(shè)備分離以在薄膜光伏設(shè)備的外傳導(dǎo)表面處暴露第一透明傳導(dǎo)層。

25、在一些實(shí)施例中，在柔性釋放基板之上形成第一透明傳導(dǎo)層包括施加第一流體組合物，該第一流體組合物包括第一傳導(dǎo)組分或其反應(yīng)性前體，以在柔性釋放基板之上形成濕膜；以及固化濕膜以在柔性釋放基板上形成第一透明傳導(dǎo)層。

26、在一些實(shí)施例中，第一流體組合物還包括溶劑，并且固化濕膜包括去除溶劑。

27、在一些實(shí)施例中，第一流體組合物包括第一可活化的粘合劑。第一可活化的粘合劑可以是可熱活化的粘合劑聚合物，其中當(dāng)?shù)谝煌该鱾鲗?dǎo)層被加熱時(shí)，柔性釋放基板可與薄膜光伏設(shè)備分離。

28、在一些實(shí)施例中，柔性釋放基板包括不粘表面并且第一透明傳導(dǎo)層直接形成在不粘表面上。

29、在一些實(shí)施例中，柔性釋放基板在其表面上包括低內(nèi)聚力犧牲層并且第一透明傳導(dǎo)層直接形成在低內(nèi)聚力犧牲層上。

30、在一些實(shí)施例中，在第一透明傳導(dǎo)層之上形成光活性層包括施加可流動(dòng)組合物，該組合物包括分散在溶劑中的一種或多種光活性層組分或其前體，以在第一透明傳導(dǎo)層之上形成濕膜；以及通過從濕膜中去除溶劑來形成光活性層。可選地，可流動(dòng)組合物是鈣鈦礦前體溶液。

31、在一些實(shí)施例中，在柔性釋放基板上產(chǎn)生薄膜光伏設(shè)備還包括在光活性層之上形成(iii)第二透明傳導(dǎo)層，其中第二透明傳導(dǎo)層包括用于將薄膜光伏設(shè)備粘附到底部光伏子電池的透明傳導(dǎo)粘合劑。形成第二透明傳導(dǎo)層可以包括施加第二流體組合物，該第二流體組合物包括第二可活化的粘合劑和第二傳導(dǎo)組分或其反應(yīng)性前體，以在光活性層之上形成濕膜；以及固化濕膜以形成第二透明傳導(dǎo)層。

32、在一些實(shí)施例中，在柔性釋放基板上產(chǎn)生薄膜光伏設(shè)備還包括形成(iv)介于第一透明傳導(dǎo)層與光活性層之間的第一電荷運(yùn)輸層和/或(v)位于光活性層之上的第二電荷運(yùn)輸層。

33、在一些實(shí)施例中，柔性釋放基板被構(gòu)造為輥，并且通過輥對(duì)輥工藝中的涂覆和/或印刷步驟在柔性釋放基板上產(chǎn)生薄膜光伏設(shè)備。

34、在第四方面，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生串聯(lián)光伏電池的方法，包括：提供根據(jù)第一方面的任何實(shí)施例的可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置，或者如通過根據(jù)第三方面的任何實(shí)施例的方法產(chǎn)生的可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置；用透明傳導(dǎo)粘合劑將可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置的薄膜光伏設(shè)備粘附到底部光伏子電池，從而經(jīng)由第二透明傳導(dǎo)層將薄膜光伏設(shè)備與底部光伏子電池電耦合；以及將可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置的柔性釋放基板與薄膜光伏設(shè)備分離，從而產(chǎn)生在外傳導(dǎo)表面處具有薄膜光伏設(shè)備的第一透明傳導(dǎo)層的串聯(lián)光伏電池。

35、在一些實(shí)施例中，底部光伏子電池是硅光伏電池。

36、在一些實(shí)施例中，在將柔性釋放基板與薄膜光伏設(shè)備分離之前，將薄膜光伏設(shè)備壓到或壓縮到底部光伏子電池上以促進(jìn)粘合。

37、在一些實(shí)施例中，可轉(zhuǎn)移光伏設(shè)備布置被構(gòu)造為輥，并且薄膜光伏設(shè)備粘附到底部光伏子電池并且柔性釋放基板在輥層壓工藝中與薄膜光伏設(shè)備分離。

38、在一些實(shí)施例中，將薄膜光伏設(shè)備粘附到底部光伏子電池包括用熱、輻射或化學(xué)處理活化透明傳導(dǎo)粘合劑。

39、在一些實(shí)施例中，將薄膜光伏設(shè)備粘附到底部光伏子電池包括在足以將柔性釋放基板從薄膜光伏設(shè)備釋放的溫度下用熱活化透明傳導(dǎo)粘合劑。

40、在一些實(shí)施例中，該方法還包括在串聯(lián)光伏電池的外傳導(dǎo)表面上產(chǎn)生金屬電流收集器網(wǎng)絡(luò)。

41、根據(jù)第五方面，本發(fā)明提供了一種通過根據(jù)第四方面的任何實(shí)施例的方法產(chǎn)生的串聯(lián)光伏電池。

42、本發(fā)明的另外的方面將在下文本發(fā)明的詳細(xì)描述中出現(xiàn)。