[发明专利]光电池和光电池的基材

说明书

本发明涉及光电池的正面基材，尤其是透明玻璃基材，和涉及包含这种基材的光电池。

在光电池中，具有在入射辐射作用下产生电能的光电材料的光电系统被置于背面基材和正面基材之间，这种正面基材是入射辐射在到达光电材料之前穿过的第一基材。

在光电池中，当入射辐射的主要到达方向被认为是自顶向下时，该正面基材在朝向光电材料的主表面的下方通常包括与位于下方的光电材料电接触的透明电极涂层。

这种正面电极涂层因此一般构成太阳能电池的负端。

当然，该太阳能电池在背面基材上也包含随后构成光电池正端的电极涂层，但背面基材的电极涂层一般不是透明的。

常用于正面基材的透明电极涂层的材料通常是基于透明导电氧化物(英语为TCO)的材料，例如基于氧化铟锡(ITO)或基于铝掺杂的氧化锌(ZnO:Al)或硼掺杂的氧化锌(ZnO:B)或镓-掺杂或者铟-掺杂或者钛-掺杂或者钒-掺杂氧化锌(在本发明的范围内，对于上述基于氧化锌的化合物，掺杂被理解为低于10%的质量分数)或者基于氟掺杂的氧化锡(SnO₂:F)，或具有混合氧化铟锌(IZO)，或基于氟掺杂的氧化锡(SnO₂:F)的材料。

这些材料化学沉积，例如通过化学气相沉积(“CVD”)、任选等离子体增强的CVD(“PECVD”)，或物理沉积，例如通过阴极溅射，任选磁场增强的溅射(即磁控管溅射)真空沉积。

但是，为了获得所希望的电导或更恰当地所希望的低电阻，应该以大约500至1000纳米且甚至有时更高的相对大的物理厚度来沉积TCO基电极涂层，当它们沉积为薄层时，考虑到这些材料的成本，这是昂贵的。

当沉积法需要供热时，这进一步提高制造成本。

因此，使用具有TCO基材料的电极涂层，不可能独立地优化电极涂层的电导率及其透明度。

现有技术从国际专利申请WO 2007/092120已知制造太阳能电池的方法，其中透明电极涂层是由沉积在正面基材主表面上的薄层叠层构成，这种涂层包含至少一个基于铝掺杂的氧化锌(ZnO:Al)或者基于锑掺杂的氧化锡(SnO₂:Sb)的TCO类型层。

这种现有技术的主要缺点在于这样的事实：所述材料在室温下使用磁控管溅射技术进行沉积，和由此获得的层天然地是无定形的或者比通过热沉积获得的层更少结晶的，并因此低的或者中等的电导率。因此需要使它们经受热处理，例如淬火类型的热处理以提高该层的结晶度，其还改善光透射。

但是，这种解决方案可以进一步改进。

现有技术也包括美国专利US6169246，其涉及具有基于镉的吸收性光电材料的光电池，所述电池包含在主表面上包含透明的电极涂层的透明玻璃正面基材，所述电极涂层由透明的TCO组成。

根据该文献，将由锡酸锌缓冲层插入在TCO电极涂层上面和在光电材料下面，所述缓冲层因此既不形成TCO电极涂层的一部分也不形成光电材料的一部分。这种层还具有非常难于通过磁控管溅射技术沉积的缺点，掺入这种材料的靶天然地是低导电率。这类绝缘靶在磁控管溅射涂布机中的使用因此在溅射期间产生大量的在沉积层中引起许多缺陷的电弧。

本发明的重要目的是可以使电荷在电极涂层和光电材料(特别地基于镉的材料)之间迁移容易地进行控制并且使该电池的效率因此得到改善。

另一重要的目的还是制备基于薄层的透明电极涂层，其制备简单并且在工业制备是尽可能便宜的。

本发明的一个主题因此，在其最广意义中，是具有吸收性光电材料，尤其基于镉的材料的光电池，所述电池包含正面基材，尤其是透明玻璃基材，其在主表面上包括由薄层叠层构成的透明电极涂层，该薄层叠层包括至少一个透明导电层，尤其是基于任选掺杂的氧化锌的透明导电层，和至少一个导电光滑层。

在本发明的优选的变型中，透明的导电层基于任选地掺杂的氧化锌，尤其基于铝或者基于硼或者钛或者铟或者钒。

它的物理厚度优选地为300-900纳米，更加优选地400-700纳米。该透明导电层被沉积在固定剂层(couche d’ancrage)上，该固定剂层旨在促进在它上面上沉积的导电层的适当的晶体取向，这种固定剂层特别地基于混合氧化锌锡或者基于混合氧化铟锡(ITO)。

在本发明的另一优选的变型中，透明的导电层被沉积在具有对扩散(特别地对来自基材的钠的扩散)的化学阻隔层功能的层上，并因此尤其在任选的热处理(尤其淬火处理)期间，保护形成电极的涂层，更特别地该导电层，这种阻隔层的物理厚度为30-50纳米。

优选地，光滑层(在TCO和光电材料之间)为：