[发明专利]具有用纳米颗粒形成的透明电极的光伏装置

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于制造将光转化成电的装置的方法以及由此制造的装置。

发明背景

太阳能电池中利用的光伏效应使得能够通过在半导体材料内部产生正电荷和负电荷并传输这些电荷，从而直接将来自太阳光的光能转化成电。光照射在半导体材料上的动作产生彼此无束缚、或者弱束缚的正电荷和负电荷，这些电荷能够扩散到与该半导体接触的不同电极，或者以其他方式被这些电极俘获。

电极位于半导体材料的两侧，用以收集电荷。光必须通过至少一个电极进入太阳能电池，该电极一般称为“前”电极。所以，前电极必须对光透明，而且是导电的。

透明前电极通常由银丝栅图案组成，该图案通过丝网印刷或其他接触印刷形式施加到半导体材料的表面。或者，该图案可以由透明导电材料的更均匀/连续的膜(如氧化铟锡(“ITO”)膜)组成。

ITO膜存在一些缺点，包括透光性较差，尤其是在光谱的红外和紫外区域中，以及导电性勉强够格。这两个缺点都导致太阳能电池的效率较低。ITO还比较昂贵，必须考虑全球铟供应减少的因素。ITO还是脆性的，不能进行辊到辊工艺，也不能用于挠性太阳能电池中。

银丝栅也存在明显缺点，尤其是在用硅晶片制造太阳能电池时。通过接触印刷技术向硅晶片施加丝栅会导致严重的晶片破裂。这种对破裂的敏感性要求制造商使用比可能优选的厚度更厚的硅基片，硅基片的厚度是电池总体成本的主导因素。而且，常规丝网印刷的Ag电极倾向于具有差的几何性质，包括对于前电极用途而言差的高宽比，这意味着这种Ag电极比较宽(投射较大的阴影)和比较短(与优选情况相比提供较低的总体电导率)。而且，由于分辨率极限的原因，无法以彼此靠近的方式印刷丝栅。

因此，光伏池仍然需要改进的透明导电前电极，来克服目前使用的透明导电前电极的缺点。

发明概述

本发明寻求提供一种用于制造将光转化成电的装置的改进方法以及由此制造的改进的装置。

所述方法和装置包括一种透明电极，该电极包含由至少部分结合的纳米颗粒形成的导电迹线的图案，这些迹线限定随机形状的一般不含纳米颗粒的网格(cell)，所述网格一般对光是透明的。在基片上涂覆包含纳米颗粒的液体乳液并干燥之后，由该乳液自组装形成导电迹线。可以通过不要求涂覆设备与基片物理接触从而减小基片破裂可能性的常规液体涂覆法在基片上形成迹线。电极是挠性的，能够通过低成本的辊到辊涂覆法制造。

除了由纳米颗粒形成透明电极以外，光伏装置包括与透明电极电接触的半导体基片，以及位于半导体基片上远离透明电极的相反侧上并且具有不同功函数的第二电极。第二电极可以是透明或不透明的。第二电极还可以包含导电迹线的图案，迹线包含至少部分结合的纳米颗粒，限定随机形状的网格，网格中一般不含纳米颗粒并且对光透明。这种光伏装置在从两侧进行照射时能够产生电能。

在一种实施方式中，图案化的电极的网格中填充有光传输性填料，该填料可起到多种功能。在另一种实施方式中，填料延伸超出导电迹线的高度。

本发明的光伏装置可包括额外的层，例如覆盖填料和迹线的层，用以帮助电荷离开装置或例如用以提供减反射性质，或者位于半导体基片的表面上的层，用以帮助电荷离开装置或防止电极之间短路，或者保护层，用以提供隔离或保护使其免受环境因素影响。

在另一种实施方式中，通过在图案化的电极上提供额外的半导体基片，以及在额外的半导体基片上提供额外的具有不同功函数的图案化的电极，从而形成串联装置。

一种制造根据本发明的光伏装置的方法包括以下步骤：(1)提供具有半导体表面的基片；(2)以一种方式在半导体表面上形成第一电极层，从而提供由至少部分结合的纳米颗粒形成的导电迹线的图案，这些迹线限定随机形状的网格，所述网格中一般不含纳米颗粒，对光是透明的；和(3)在与形成第一电极的表面相反的半导体基片表面相邻近地提供第二电极层。

在本发明的一种优选实施方式中，由涂覆在半导体基片上的一种包含纳米颗粒的乳液形成图案化的电极，在乳液中的液体蒸发的过程中，纳米颗粒自组装成导电图案。该方法的其他实施方式包括：(1)在半导体基片的两侧都涂覆纳米颗粒乳液；(2)以连续辊到辊法在半导体基片上涂覆纳米颗粒乳液；(3)在预先图案化的基片上涂覆纳米颗粒乳液；(4)在基片上形成图案化的电极，随后将其与半导体组合件组合，在一些情况中，在将图案化的电极与半导体组合件组合之前，将图案化的电极从基片上移除；和(4)在将图案化的电极从承载基片转移到半导体组合件的过程中，使该图案化的电极变形。