光伏电池板、相应制造方法和实施该方法的设备技术

本发明专利技术涉及光伏电池板（１０），其通过直接共挤出多个叠加的聚合物层而制造，本发明专利技术还涉及制造光伏电池板的方法和用于实施该方法的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光伏电池板、相应制造方法和实施该方法的设备。技术背景在过去十年中，对于涉及目前主要能源(石油、天然气、煤、铀)的环境问题的意识 和对它们逐渐枯竭的认识推动了替代能源的研究和开发。其中，光伏发电似乎对于产生电动势的干扰最小，并且目前已经通过开发硅的性 能来进行应用。光伏电池板的工作是基于当由于入射在材料上的足够能量的光子的吸收而使材 料(通常为半导体材料)的价带中的电子转移至导带时所发生的同向(homonymous)效应。特别地，另一方面，当光通量撞击半导体材料的晶格时，一定数目的电子被提升到 导带，而对应的相同数目的空穴转移至价带。这样，可以形成电荷载流子并且其可用于产生 电流。因此，通过将通过原子结构吸引电子的材料(带负电荷)放置为与旨在排斥电子 的材料(带正电荷)相接触，从而分别获得η型结构(具有过量电子)和ρ型结构(具有 过量空穴)来制造光伏电池板。在前述两种材料中，一般情况下必须停止导电，但是必须易于通过经光子辐射为 价电子施加能量而激活导电(半导体特性)。当电子接收到足够量的能量时，其开始在半导体材料中移动，使得其所占的位置 留空(电子空穴)，该位置将被相邻电子填充，从而产生类似于带正电荷的移动粒子的行 为。由于具有不同亲电性的两种材料的接触，因此电子往往会在优选方向上移动产生 电流(相应的空穴在相反方向上移动)，其可被导体收集并有利地使用。只有电子-空穴对到达两个半导体之间的结时，其才最终解离并产生电流。一般地，根据现有技术的光伏发电结构包括(以图1中所示的顺序)-第一保护层1;-用于收集电子的导电层(负极)2;-负的半导体层3(η)；-正的半导体层4(ρ)；-用于收集电子空穴的导电层(正极)5;-第二保护层6。因此，图1所示的光伏电池板具有玻璃的第一保护层1，而导电层2则通过金属网 2’嵌入透明导电层2”中制成。P和η半导体层3和4分别通过用元素周期表的III族和V族元素分别“掺杂”娃 来常规制成。由于光子必须到达半导体，因此保护层和相邻导电层中的至少之一必须透光。常规光伏电池使用掺杂有例如硼或磷的硅来制造两个有源中间层(半导体)并且 使用常规金属导体制造最外层。两个导电层之一由金属线网形成以使得硅可被照射到。在常规制造方法中，通过将合适的纯锭切片，然后通过在高温炉中扩散掺杂并且 组装用于形成电池的不同层而获得硅箔(晶片)。所述方法成本高昂且耗费劳力并且仅在环境和策略原因方面合理，基于该原因或 由于缺乏其它能源而获得制度激励。为了优化硅的使用和使制造方法更加成本合理，已经开发了其中各组件通过薄膜 沉积(纳米nm级或微米μ m级)获得的各种技术。由此获得的硅是无定形的，其具有比晶片的结晶硅更短的寿命和更低的产率，但 是成本降低弥补了这一缺点。已经提出了使用“共轭结构”聚合物的解决方案并且在一些情况下应用了该解决 方案，所述“共轭结构”聚合物为其中碳原子链C包含至少部分规则构型的共价双键(σ，τι ) ο在这些聚合物中，根据最认可的模型，形成π键的电子在分子周围的电子云中离 域，并且可易于被激发至导带产生对(电子-空穴)。特定化学组合物和/或合适的掺杂元素的存在使聚合物具有能产生光伏半导 体对的电子施主的特性(如在聚O-甲氧基，5-(2'-乙基-己氧基)-1，4_苯乙炔) (MEH-PPV)的情况中)或电子受主的特性(如在[6，6]-苯基义61-丁酸甲基酯(PCBM)的 情况中)。由导电聚合物制造的光伏电池的实例记载在技术文献和/或专利现有技术中。例如，已知电池包括下列层IT0/PBI/P3HT/AU, (ΙΤ0 氧化铟锡；背面电极是薄金膜)；PEDOT PSS/MEH-PPV/PCBM/A1 (PEDOT PSS导电聚合物聚乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯 磺酸盐，背面电极由铝制成)。导体之一必须是透明的，以允许半导体膜被照射。目前，使用ITO (ΙΤ0 氧化铟锡)。合适的电子收集系统必须与之相关联，通常是具有细线的小网格线网。将所有这些密闭在保护层之间以避免氧化。通常使用有机或金属材料。但是这些聚合物不能耐受常用于一般塑料材料的高温变形过程，它们具有相对低 的能量产率和相对短的寿命(总是与硅相比)。用更便宜的程序甚至用连续过程制造太阳能电池的可能性是科技界和工业上的 持续目标。根据现有技术，可发现不同的提议美国专利4，260, 429涉及一种通过将金属丝网嵌入带电聚合物中形成的透明电 极，所述聚合物通常为含氟聚合物，其负载有根据与其连接的半导体类型的元素-对于硅(5土)，导电颗粒为六11/51、六11/66、66、六1/51、八1;-对于砷化镓(GaAs)，导电颗粒为Au/Ge、Au/Sn、Sn；-对于硫化镉(CdS)，导电颗粒为In、Nb、Ni、Ti/Al、Hg ；-对于硫化铜，导电颗粒为Au、石墨、Cu、导电炭黑、Pb/Sn。根据美国专利4，479，027，一种光电薄膜通过层压和结合金属和陶瓷硅基条获得。美国专利6，184，057 Bl教导一种通过多层连续沉积获得的感光膜的制造方法。在2002年Siang等人的文献中，提议通过具有高弹性的PEDOTrPSS/MEH_PPV/ PCBM/A1 (通过蒸发沉积的铝阴极)连续沉积制造膜。也有部分解决方案制造或优化电池的一部分。玻璃是用于在暴露于太阳辐射面上保护光伏电池的常用方案。但是其具有受限的 机械特性。更耐受的替代品是-聚碳酸酯(PC)(其具有低耐候性并且可透氧)-聚氟乙烯(PVF)(DuPont)-乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)(DuPont)；可利用金属支撑物进行背面保护，但是涉及单层或多层聚合物或聚合共混物的解 决方案也已提出-多层PVF/ETFE/PVF ；-单层或多层PA(聚酰胺)、PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PTFE (聚四氟乙烯)；-多层PC(聚碳酸酯)和含氟聚合物，可能添加EVA(乙烯醋酸乙烯酯)层(BASF)；-PA (聚酰胺)/离聚体混合物(DuPont)。文献中描述的制造光伏电池的有源部分即在其中将光辐射转化成电势差的层的 方法，其实施如下-通过直接在支撑物上合成(化学反应)的气相缩合之后进行沉积；-通过移除溶剂并沉积溶质来使溶液浓缩；-印刷(喷墨、光刻等)之后沉积；-在导电衬底上电沉积。目前已知的方法，相对于交替或组合形成整个电池的层(电极、半导体、保护层 等)提出-通过全部或部分涂覆之前产生的层而后续沉积层；-制备半成品然后通过层压结合。
技术实现思路
因此申请人感到需要避免光伏电池板生产成本过高的问题，并通过简化方法获得 可弯曲和可卷绕的成本有效的板。申请人能够通过提供根据权利要求1所述的光伏电池板来解决上述技术问题。根据本专利技术的第一方面，一种光伏电池板通过直接共挤压聚合物而制得。本专利技术的目的是根据权利要求14所述的光伏电池板的制造方法和根据权利要求 15所述的制造光伏电池板的设备。其它特性示于从属权利要求中。附图说明通过以下说明、参考附图和给出的非限制性目的的实施例，根据本专利技术的光伏电 池板、所述板的制造方法及其制造设备的特性和优点将变得清晰，所述附图中图1示出根据现有技术的光伏电池板的示意性剖面图2示出根据本专利技术制造的光伏电池板的示意性剖面图3示出根据本专利技术不同实施方案获得的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏电池板（１０），其特征在于，其包含第一保护透明聚合物层（１１、２１）、至少部分透明的聚合物导电层（１２、２２）、负的ｎ－型半导体有源层（１３、２３）、正的ｐ－型半导体有源层（１４、２４）、导电聚合物层（１５、２５）和第二保护聚合物层（１６、２６），所述层（１１－１６，２１－２６）通过直接共挤出制造并紧密结合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】IT 2008-5-20 MI2008A0009271.一种光伏电池板(10)，其特征在于，其包含第一保护透明聚合物层(11、21)、至少部 分透明的聚合物导电层(12、22)、负的η-型半导体有源层(13、23)、正的ρ-型半导体有源 层(14、对)、导电聚合物层(15,25)和第二保护聚合物层(1636)，所述层(11-16,21-26) 通过直接共挤出制造并紧密结合。2.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中所述第一保护透明聚合物层(11、21) 由选自无定形PET、聚烯烃、PMMA、PC、聚氟乙烯、乙烯/四氟乙烯共聚物中的一种或更多种 材料制成。3.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中所述导电聚合物层(1 是透明的，并 且通过其自身的化学性质或通过添加填料或纳米填料而导电。4.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中所述负的η-型半导体有源层(13、23) 由光敏材料制成，所述光敏材料由于聚合物的化学特性或由于光敏填料或光敏纳米填料的 存在而具备光敏性。5.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中所述正的ρ-型半导体有源层(14、24) 由光敏材料制成，所述光敏材料由于聚合物的化学特性或由于光敏填料或光敏纳米填料的 存在而具备光敏性。6.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中所述导电聚合物层(15、25)由导电聚 合物制成，所述导电聚合物通过自由基或通过分子中的导电化学结构或通过添加填料或纳 米填料而导电。7.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中可能透明的所述第二保护聚合物 层(16、26)制成为含有选自以下材料的单层或多层或聚合物共混物无定形PET、聚烯烃、 PMMA、PC、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、多层PVF/ETFE/PVF、单层或多层PA(聚酰胺)、PET(聚对 苯二甲酸乙二醇酯)、PTFE(聚四氟乙烯)、多层PC(聚碳酸酯)和含氟聚合物，任选地添加 EVA (乙烯-醋酸乙烯酯)层、PA (聚酰胺)/离聚物共混物。8.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中所述第一导电聚合物层0 是部分 透明的，并且通过交替的透明聚合物02’ )条和导电聚合物02”)条制成，优选所述透明 聚合物02’ )与所述第一透明保护层的材料相同，所述导电聚合物02”)条由于其 化学特性或通过添加填料例如使其不透明的金属或石墨而导电。9.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中前述成对的所述保护层(11)和(16) 或和06)也可沿所述板的一面或两面连接。10.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中所述第一透明保护层具有适当 起伏的外表面01’)，以使入射光(I)聚集在所述半导体聚合物上。11.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中所述导电条02’)的连接是通过将 金属条(XT)胶接在所述导电聚合物条02”)的导电端上进行的。12.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中所述导电条02’)的连接是通过从 外部推入金属梳08)使得梳齿09)在穿过所述第一保护层后接触所述导电聚合物 条02’ )进行的。13.根据权利要求1所述的光伏电池板(10)，其中所述层中的每一个均制成具有 300 1000 μ m的厚度和800 IOOOmm的宽度。14.一种用于制造聚合物材料直接共挤出的多层板的方法，包括以下步骤a)在专用机器(挤出机)...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰科班德拉，恩里科韦内戈尼，乔瓦尼德拉罗萨，罗伯托卡尔，
申请(专利权)人：路易吉班德拉建筑机械股份公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]