[发明专利]制造光电化合物半导体印刷溶液以生产太阳能电池的方法

说明书

相关申请

本申请要求申请日为2008年2月6日的美国临时专利申请No.61/026,642的优先权。

技术领域

本发明涉及太阳能电池，特别涉及生产太阳能电池的方法。

背景技术

太阳能电池或者光电电池是利用光电效应将太阳能转换为电的装置。这些电池的组件经常用于制作太阳能板，太阳能模块，或光电阵列。太阳能电池通常分为两个不同类别，结晶硅以及薄膜太阳能电池。第一代太阳能电池是结晶硅电池(晶片硅)，其具有大面积，是高质量，单连接的装置。这种太阳能电池制造昂贵，且需要较大人工投入，不过这些太阳能电池具有相对高的能量转换，至少为约20％。第二代太阳能电池是薄膜太阳能电池，其在衬底上安置一个或多个光电材料薄层(薄膜)。许多不同的光电材料采用各种淀积方法被淀积在各种各样的衬底上。薄膜太阳能电池通常根据所采用的光电材料分类，例如：碲化镉(CdTe)，铜铟镓硒化物(CIS或CIGS)，染料敏化太阳能电池(DSC)，或者，特别是薄膜硅(TF-Si)。由薄膜硅材料制作的太阳能电池倾向于具有较低能量转换效率，且制造昂贵。

总体而言，当制造半导体太阳能电池时，重要的是他们的化合物半导体膜和电极层有均匀的厚度，光滑的表面，且没有小孔，以便该电极层和衬底粘合，提升光透过性，降低薄膜电阻和提高该电池的光电流。如果在该半导体膜和电极层中有小孔，这些小孔可能导致内部短路或者漏电流，降低该太阳能电池的性能。

构建太阳能电池的一个常规方法是采用丝网印刷工艺。丝网印刷是众所周知的，其为简单地将墨水通过一系列筛网挤压至衬底上的工艺，所述衬底为，例如塑料，玻璃，织物，乙烯树脂(vinyl)，木头，金属，软木等。丝网印刷的一个优点是其几乎能够在任何类型材料上应用。该筛网的主要生产工艺包括在暗室中将图像“烧”到筛网上。早在1970年代，丝网印刷的太阳能电池被首次研发，其一般用于陆上光电模块。

发明内容

简述

本发明提供一种新的太阳能电池和制造太阳能电池的方法，该方法在两层膜和正负电极层之间形成活性光电(PV)半导体层。

本发明的一个实施方式涉及一种光电半导体溶液，其包括至少一种镉，碲，镓，和铟的等摩尔混合物；丙二醇熔剂；碳；溶于有机溶剂的树脂；钛酸锶；和高分子量聚合物。该光电半导体溶液在光照时提供荷电自由电子。

本发明另一个实施方式涉及太阳能电池，其包括第一电极层和第二电极层，设置于该第一和第二电极之间的光电(PV)半导体层，设置于该第一电极和半导体层之间的第一膜，设置于该第二电极和半导体层之间的第二膜。该第一膜是电子接收层，该第二膜是绝缘体。该PV半导体层包括PV半导体溶液，其包括至少镉，碲，镓和铟的等摩尔混合物。该太阳能电池的各层形成于衬底上，由于从该第一电极层入射的光而产生光电能。

本发明另一个实施方式涉及制造光电半导体溶液的方法，包括步骤：

制作第一溶液，其包括至少一种溶于极性质子溶剂的过渡金属；碲；强极性酸，优选其介电常数在70～120范围内；丙二醇；和稳定剂；

制作第二溶液，其包括：

溶液2A，其包括高分子聚合物，和作为增稠剂和稳定剂的醚；

溶液2B，其包括至少一种溶于水的极性质子溶剂，至少一种脂肪酸，和丙二醇；并将所述溶液2B溶解于氰乙基淀粉中；和

溶液2C，其包括

溶液2C-1，其包括悬浮于极性质子溶剂中的二氧化钛，其pH值通过添加季铵盐调节；

溶液2C-2，其包括至少一种极性非质子溶剂，具有引发游离基能力的强氧化剂，和非极性芳香烃溶剂；以及

碱稳定剂；

制作第三溶液，其包括至少一种极性非质子溶剂，作为电子接收体的聚合物，二氧化钛，异丙氧化钛，至少一种碱金属盐，和至少一种非极性溶剂；

制作第四溶液，其包括：

溶液4A，其包括强极性酸，极性质子溶剂，至少一种高传导性金属，至少一种半金属，至少一种贫金属，和非极性溶剂；

溶液4B，其包括至少一种过渡金属，至少一种非极性溶剂，和氧化铯；以及

至少一种光电的和光电导性的半导体非金属；

制作所述第五溶液，其包括将至少约58-61ml所述第三溶液和至少约1.5-1.75g所述第二溶液混合；

制作所述第六溶液，其包括将至少约50-55ml所述第一溶液和至少约45-50ml所述第四溶液混合；以及