太阳能电池制造技术

本发明专利技术提供了一种包括阳极(12)和阴极(11)以及阳极(12)和阴极(11)之间的光敏层(14)的太阳能电池，其中，光敏层至多厚1000nm并且包括结晶铅氧化物作为光敏材料，其中铅氧化物掺杂有锑和/或铟。

【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材料领域，更具体地涉及太阳能电池、用于制造太阳能电池的方法以及用于再利用太阳能电池的方法。
技术介绍
现代太阳能电池可以分类为三代中的一代。第一代电池由昂贵、能源密集型(生产过程中)、大面积、高品质的单结器件组成。第二代电池依赖于已经被开发为降低所包含的成本、但是由于低质量处理方法的固有缺陷而具有降低的效率的薄膜技术和材料。第三代技术的目的是提供增强的性能同时维持非常低的生产成本。主要的第二代薄膜太阳能电池包括铜铟镓二硒(CIGS-CIS)和碲化镉。US5464939公开了一种这样的薄膜太阳能电池。这些系统的毒性及其对昂贵的稀土金属的使用阻碍了它们大量进入市场。因此，需要开发耐用的、具有低生产能源成本和低毒性并且能够再利用的新的第二代薄膜光伏材料。十多年来，由钛和锌组成的金属氧化物一直是激子太阳能电池(excitonic solar cell)技术的基石,其中这些金属氧化物起电子作用而不是起光活化作用。US2883305中公开了具有金属阳离子和非金属阴离子的多种二元化合物例如镁的氧化物、铁的氧化物、铜的氧化物以及铅的氧化物的光电特性。US4173497中探讨了非晶的二氧化铅的光电特性。因此，期望在已知的电池和方法上改进或者至少减轻与现有技术相关联的一些问题或全部问题的太阳能电池及其制造方法。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术提供了一种太阳能电池，其包括阳极和阴极以及在阳极和阴极之间的光敏层，其中光敏层至多厚IOOOnm并且包括结晶铅氧化物作为光敏材料，其中铅氧化物掺杂有锑和/或铟。本专利技术提供了太阳能电池。太阳能电池有时被称作光伏电池或光敏电池，是通过光伏效应将太阳能转化成电的广域电子器件。因此，本专利技术公开了用于将日光和/或其它光源转化成电的器件。太阳能电池的优选实施方案是所谓的第二代太阳能电池，并且因此，本专利技术的太阳能电池特别适用于通过使用电池组合件形成太阳能电池阵列的大面积发电。在下面的段落中，将更详细地限定本专利技术的不同方面/实施方案。这样定义的每个方面/实施方案可以与任意的其它一种或更多种方面/实施方案组合，除非另有清楚的相反说明。具体地，被指明为优选的或有利的任意特征均可以与被指明为优选的或有利的任意其它一种或更多种特征相组合。术语“光敏材料”表示它吸收光子。当发生吸收光子时，在电子被激发时产生电子-空穴对。铅氧化物具有适合吸收来自可见光的入射光子的一部分的带隙。例如，红色形式的Pb3O4具有2. leV-2. 2eV的带隙。这理论上给出了约20%的最大潜在功率转换效率。具有比带隙低的能量的光子直接穿过、反射离开表面、或者被吸收以产生热。较高能量的光子可以被吸收，并且过量的能量转化成热。材料中过量的热能倾向于增加材料的电阻，并且这降低了光子/空穴传送的效率。因此，带隙选择是窄至足以吸收充足的光子与宽至足以避免产生过多的热致电阻之间的平衡。本专利技术人已经发现，掺杂有In或Sb的铅氧化物的带隙特别适于吸收来自可见光的光子。光敏层包括结晶的经掺杂铅氧化物作为光敏材料。本文中使用的术语“铅氧化物”包括掺杂有In和/或Sb的所有化学计量比的铅和氧二元组成。可以用于本专利技术的经掺杂常用铅氧化物包括Pb0、Pb02、Pb203、Pb304和Pb12O19以及它们的各种缺乏氧或富含氧的化学计量。可以通过常规的元素分析技术来确定具体的组成。PbO2通常呈现金属特性，但是可以以半导性的氧缺乏或经掺杂的形式使用。优选地,铅氧化物的实验式为PVxSbyCK PlvxInzO或PbpxSby, Inz, O,其中，x、y、z和(y' +z1 )独立地为O. 5至O. 01。优选地，X、y、z和(y' +z1 )中的每一个独立地为O. 30至O. 01，更优选地为O. 20至O. 01，还更优选地为O. 15至O. 05，并且最优选地是约 0.1。为了避免疑义，(y'+Z')是y'和Z'的和。(y' +z')中的y'与z'之比优选地在5 : I与I : 5之间，更优选地在2 : I与I : 2之间，并且最优选地为约I : 1，例如，当(y' +Z')是O. I时，y'和Z'各自为0.05。X与y、z或(y' +τ')之比优选地为O. 75至I. 25。更优选地，该比值为O. 95至1.05，并且最优选地，该比值为约I。即，该结构缺乏的铅的量已经被铟、锑或铟和锑的组合所代替。可以将掺杂到结构中的铟和/或锑替代地引入铅氧化物结构中来代替铅。作为替代方案，或者组合地，铟和锑可以采用间隙位置。这取决于铅氧化物的给定结构。因此，本文中使用的术语“掺杂”意在涵盖将铟和/或锑替代和/或间隙引入结构中两者。掺杂的程度可以在光敏层的厚度范围内变化。在一个优选实施方案中，靠近电极触点的区域中的掺杂增大。光敏层还可以包括选自锌氧化物和/或钛氧化物中的至少一种另外的金属氧化物。这可以被混合以与铅氧化物相互渗透，或者，作为一个替代方案，铅氧化物可以形成离散层。图2a)示出根据本专利技术的太阳能电池的几何形状的图，其中光敏层包括离散(掺杂的)铅氧化物层和包含锌氧化物的层。图2b)示出根据本专利技术的太阳能电池的几何形状的图，其中光敏层包括混合且相互渗透的(掺杂的)铅氧化物层和锌氧化物。锌氧化物和/或钛氧化物用作铅氧化物的LUMO (分子最低空余轨道)的电子受主。即，锌氧化物和/或钛氧化物具有与铅氧化物类似的能量LUM0。另外，LUMO的能量优选地稍微低，即，需要较高的能量来离解电子。图3示出合适的能级布置。使用一种或更多种如上所述的另外的金属氧化物的优点是电池变成所谓的混合金属氧化物异质结电池。在光伏材料中产生的电子可以被传递到一种或更多种另外的金属氧化物的LUM0，如果所述LUMO具有较低能量，则基本上陷获电子并且防止电子返回到铅氧化物以淬灭空穴。类似地，较高能量的阳极的益处有助于陷获所产生的空穴。所述至少一种另外的金属氧化物可以位于光敏层内的离散层中，使得光敏层包括铅氧化物层和包括所述至少一种另外的金属氧化物的一个或更多个层。或者，在一个优选实施方案中，将铅氧化物与所述至少一种另外的金属氧化物混合并且与其相互渗透。以这种方式，一旦已经形成电子-空穴对，则电子可以被传送到电子受主并且传导至阴极。在结晶铅氧化物与所述至少一种另外的金属氧化物更多地混合和相互渗透的实施方案中，电子-空穴对形成位点与受主材料之间的短距离有助于防止在到达它们对应的电极之前发生不期望的电子-空穴淬灭。在包括铅氧化物以及至少一种另外的金属氧化物两者的太阳能电池中，铅氧化物与至少一种另外的金属氧化物之比优选地为20 : I至I : 20。该比值更优选地为5 I至I : 5。如果层中的铅氧化物过少，则由于最小的光子吸收，太阳能电池的效率降低。当铅氧化物形成离散层时，优选地，该层直接形成在阳极上。作为替代方案，或者另外地，该层可以直接形成在阴极上。光敏层优选地与阳极和阴极中的至少一个直接接触，并且更优选地与两者直接接触。但是，在另外的实施方案中，可以在光敏层与阳极和阴极中的一者或两者之间引入或形成一个或更多个另外的层。用于引入的合适的层是本领域中已知的用于太阳能电池的层，例如，缓冲层或另外的导电层。实际上，可以通过在阳极/阴极处引入电子/空穴阻挡层来使无效的电子-空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.15 GB 1000693.01.一种太阳能电池，其包括阳极和阴极以及在所述阳极和所述阴极之间的光敏层，其中所述光敏层至多厚IOOOnm并且包括结晶铅氧化物作为光敏材料，其中所述铅氧化物掺杂有锑和/或铟。2.根据权利要求I所述的太阳能电池，其中所述铅氧化物的化学式为PbhSbyCKPb1-JnzO 或 PlvxSby, Inz, 0，其中，x、y、z 和(y' +z')独立地为 0. 01 至 0. 5。3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中x、y、z和(y'+z / )独立地为0. 01至0.3，更优选地为0.01至0.2。4.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中X相对y、z或ij'+z')之比为0. 75至I. 25。5.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述光敏层包括选自锌氧化物和/或钛氧化物中的至少一种另外的金属氧化物。6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中在所述光敏层中，所述铅氧化物与所述至少一种另外的金属氧化物混合并且相互渗透。7.根据权利要求5或权利要求6所述的太阳能电池，其中所述铅氧化物与所述至少一种另外的金属氧化物之比为20 : I至I : 20，并且更优选地为5 : I至I : 5。8.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述光敏层包括离散的经掺杂的铅氧化物层。9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中所述铅氧化物层直接形成在所述阳极上。10.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述光敏层具有500nm或更小、优选地250nm或更小、并且更优选地IOOnm至Inm的厚度。11.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述结晶铅氧化物是多晶的并且具有Inm至lOOOnm、优选地IOnm至500nm、更优选地IOnm至200nm并且最优选地20nm至IOOnm的平均晶体直径。12.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其中所述铅氧化物基本上包括掺杂的铅丹(Pb3O4)。13.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·阿希巴尔德·罗纳德·瓦特，
申请(专利权)人：ISIS创新有限公司，
类型：
国别省市：