CN108288654A - 可发光的太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可发光的太阳能电池及其制备方法，其中该太阳能电池包括依次贴合的基板、第一电极、光吸收层、缓冲层和透明第二电极，其中，光吸收层上设置有第一填充槽，该第一填充槽中设置有聚合的有机电致发光材料，透明第二电极与第一电极相连，且透明第二电极上设置有第二填充槽，第二填充槽中设置有金属电极，金属电极与透明第二电极相互绝缘。本发明提供的可发光的太阳能电池及其制造方法，通过在太阳能电池的无效面积中沉积有机半导体发光染料以及金属电极，使太阳能电池自身具有以钼层为正极，金属电极为负极，聚合的有机电致发光材料为光源的发光回路，实现了太阳能电池自身的照明功能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种可发光的太阳能电池及其制造方法。
背景技术
铜铟镓硒(CIGS)太阳能光伏电池组件是现今最具有前景的建筑用材之一。CIGS电池组件的活性材料层非常薄，仅仅几微米厚，小于头发丝的厚度。基于此特性，CIGS电池组件也常常具备轻薄的特点，非常适合作为建筑材料使用。
CIGS晶体材料可吸收几乎全部的可见光，因此通常呈现为纯黑色，CIGS电池组件的高效率也源于此项优异性能。纯黑色的CIGS电池组件在白天日照充足的情况下，可以吸收大量的太阳光，包括可见光及近红外(NIR)光，进而将光能转化为电能，为建筑内电力的使用提供能源。而在夜间，CIGS电池组件则无法进行高效的光电转化，不能满足光源用电需求，覆盖有黑色CIGS电池组件的建筑幕墙由于颜色暗淡，会使街道笼罩在一种黑暗的氛围中，造成行人行车的压抑感。而为了实现建筑的照明功能，通常需要投入大量的成本在建筑上布置照明灯，而使用照明灯则又会产生高额的用电成本，且大量的照明灯难以管理和维护。
发明内容
本发明的目的是提供一种可发光的太阳能电池及其制造方法，以解决上述现有技术中的问题，实现太阳能电池的自身照明功能。
本发明提供了一种可发光的太阳能电池，其中，包括：
基板；
间隔设置在所述基板上的多个第一电极；
设置在所述第一电极上以及填充在相邻两个所述第一电极之间的光吸收层，所述光吸收层上设置有第一填充槽，所述第一填充槽中设置有聚合的有机电致发光材料；
设置在所述光吸收层上的缓冲层；
透明第二电极，所述透明第二电极与所述第一电极相连，所述透明第二电极上设置有第二填充槽，所述第二填充槽中设置有金属电极，所述金属电极与所述透明第二电极之间相互绝缘。
如上所述的可发光的太阳能电池，其中，优选的是，所述缓冲层上设有延伸至所述第一电极朝向所述光吸收层一面的通槽，所述透明第二电极通过所述通槽与所述第一电极相连，所述通槽在所述基板上的投影位于相邻的两个第一电极之间的间隔在所述基板上的投影和所述第一填充槽在基板上的投影之间。
如上所述的可发光的太阳能电池，其中，优选的是，所述金属电极为银电极。
如上所述的可发光的太阳能电池，其中，优选的是，所述聚合的有机电致发光材料为花青染料与交联体的聚合物，所述第一电极为钼层，所述透明第二电极为透明导电层。
本发明还提供了一种可发光的太阳能电池的制造方法，其中，包括如下步骤：
在基板上形成间隔设置的多个第一电极；
形成位于所述第一电极上以及填充在相邻两个所述第一电极之间的光吸收层；
在所述光吸收层上形成第一填充槽；
在所述第一填充槽中形成聚合的有机电致发光材料；
在所述光吸收层上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成透明第二电极，并在所述透明第二电极上形成第二填充槽，形成的所述透明第二电极与所述第一电极连接；
在所述第二填充槽中形成与所述透明第二电极绝缘设置的金属电极。
如上所述的可发光的太阳能电池的制造方法，其中，优选的是，步骤所述在所述缓冲层上形成透明第二电极，形成的所述透明第二电极与所述第一电极连接，具体包括：
对所述缓冲层和所述光吸收层进行刻蚀形成通槽，所述通槽的槽底延伸至所述第一电极朝向所述光吸收层的一面，在所述通槽内填充有所述透明第二电极。
如上所述的可发光的太阳能电池的制造方法，其中，优选的是，步骤所述在所述第一填充槽中形成聚合的有机电致发光材料具体包括：
在所述第一填充槽和所述光吸收层上喷涂反应液，所述反应液包括：有机电致发光材料；
利用激光和掩膜板对所述第一填充槽内的反应液进行照射，以形成设置在第一填充槽内的聚合的有机电致发光材料，所述掩膜板包括：与所述第一填充槽对应的透光部以及与除所述第一填充槽内的反应液以外的反应液所在区域对应的遮光部。
如上所述的可发光的太阳能电池的制造方法，其中，优选的是，所述缓冲层采用化学水浴沉积法形成。
如上所述的可发光的太阳能电池的制造方法，其中，优选的是，所述金属电极通过真空加热的方式形成。
如上所述的可发光的太阳能电池的制造方法，其中，优选的是，所述金属电极的材料为银。
本发明提供的可发光的太阳能电池及其制造方法，通过在太阳能电池的无效面积中沉积聚合的有机电致发光材料以及金属电极，使太阳能电池自身具有以钼层为正极，金属电极为负极，聚合的有机电致发光材料为光源的发光回路，实现了太阳能电池自身的照明功能。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的可发光的太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的可发光的太阳能电池的制造方法的流程图；
图3为在光吸收层上刻划第一填充槽后的示意图；
图4为在第一填充槽中喷涂有机半导体发光染料与光引发剂的混合物后的示意图；
图5为对第一填充槽中的有机半导体发光染料与光引发剂的混合物进行激光照射后的示意图；
图6为对光吸收层上的第一填充槽以外的部分进行掩膜的示意图；
图7为在光吸收层上沉积缓冲层后的示意图；
图8为在缓冲层和光吸收层上刻划第二刻划槽后的示意图；
图9为在缓冲层上沉积透明导电层后的示意图；
图10为在第二填充槽中沉积金属电极后的示意图。
附图标记说明：
10-发光回路 20-光伏发电回路 100-基板
200-第一电极 300-光吸收层 310-第一填充槽
400-缓冲层 410-通槽 500-透明第二电极
510-第二填充槽 600-聚合的有机电致发光材料
700-金属电极 800-掩膜板 900-激光
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供了一种可发光的太阳能电池，其包括依次贴合的基板100、第一电极200、光吸收层300、缓冲层400和透明第二电极500，其中，基板100可以为玻璃基板，光吸收层300上设置有第一填充槽310，该第一填充槽310中设置有聚合的有机电致发光材料600，透明第二电极500间隔设置在缓冲层400上，透明第二电极500与第一电极200相连，相邻两个透明第二电极500之间设置有金属电极700，金属电极700与相邻的透明第二电极500之间相互绝缘，其中，金属电极700可以为导电性较好的银电极，银电极为半透明电极，从而可以向外透射光照。
需要说明的是，本实施例提供的可发光的太阳能电池可以为铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池，在现有电池组件生产工艺中，一片大组件的铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池通常通过刻划的方式形成基板100上的数十个小单元电池，通过将各个小单元电池串联起来以形成较高的输出电压。在刻划线上，第一电极200上的缓冲层400和透明第二电极500会被切断，产生电池的无效面积，而在该无效面积中，仅仅保留了第一电极200材料，无法发电，除了发挥连接小单元电池的功能外，无其它贡献。
因此，为了解决上述问题，本发明实施例提供的可发光的太阳能电池，通过在无效面积中设置聚合的有机电致发光材料600以及金属电极700，实现了在电池中建立一发光回路10，当在黑夜中，可以切换到上述发光回路10来实现太阳能电池自身的照明功能，具体地，第一电极200可以作为发光回路10的正极，金属电极700可以作为发光回路10的负极，从而可以使聚合的有机电致发光材料600发光，实现了太阳能电池自身的照明功能。
进一步地，缓冲层400上设有延伸至第一电极200朝向光吸收层300一面的通槽410，透明第二电极500通过通槽410与第一电极200相连，通槽410在基板100上的投影位于相邻的两个第一电极200之间的间隔在基板100上的投影和第一填充槽310在基板100上的投影之间，由此可以使透明第二电极500与第一电极200直接接触，确保了各个小电池单元的有序串联。
其中，第一电极200可以为钼层，所述透明第二电极500可以为透明导电层，透明导电层可以通过物理溅射的方式沉积到缓冲层400上。另外，聚合的有机电致发光材料600可以为花青染料与交联体的聚合物，花青染料具有较强的荧光效果，同时具有多种颜色可以选择，而交联体具有较强的固化作用，交联体可以与花青染料聚合后形成具有一定结构的发光体，其中，交联体可以为三乙二醇二甲基丙烯酸酯。具体而言，可以以水作为溶剂，将光引发剂、花青染料和一定浓度的交联体在水中混合，混合后可将此三者的混合物喷涂在第一填充槽310中；在激光900照射下，光引发剂可以受光照分解，进而引发花青染料与交联体之间的高分子聚合反应，形成完全不溶于水的聚合物，同时花青染料的电致发光半导体性能不会受到损坏，因为其聚合点在侧链，而非在具有共轭双键的主链结构上。其中，为了使光引发剂在激光900照射下快速分解，所使用的激光900可以为紫外光，波长为245nm，此外，光引发剂可以为二苯基甲酮。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种可发光的太阳能电池的制造方法，其包括如下步骤：
S100、在基板100上形成间隔设置的多个第一电极200，其中基板100可以为玻璃基板，第一电极200可以作为太阳能电池的正极对外进行光伏发电。
S200、形成位于第一电极200上以及填充在相邻两个第一电极200之间的光吸收层300，光吸收层300可以对几乎全部的可见光进行吸收。
S300、在光吸收层300上形成第一填充槽310，如图3所示。其中，第一填充槽310可以通过机械设备刻划形成，第一填充槽310可以为后续的荧光物质的设置提供空间。
S400、在第一填充槽310中形成聚合的有机电致发光材料600，如图4所示。其中，聚合的有机电致发光材料600可以为花青染料与交联体的混合物，花青染料具有较强的荧光效果，同时具有多种颜色可以选择，而交联体具有较强的固化作用，交联体可以与花青染料聚合后形成具有一定结构的发光体，其中，交联体可以为三乙二醇二甲基丙烯酸酯。
S500、在光吸收层300上形成缓冲层400，如图7所示。其中，缓冲层400可以通过化学水浴沉积法制备。
S600、在缓冲层400上形成透明第二电极500，并在透明第二电极500上形成第二填充槽510，形成的透明第二电极500与第一电极200连接，如图9所示。
S700、在第二填充槽510中形成与透明第二电极500绝缘设置的金属电极700，如图10所示。其中，金属电极700可以为导电性较强的银电极。从而可以使第一电极200、聚合的有机电致发光材料600以及银电极之间构成一种发光回路10，在漆黑的夜晚，可以使该发光回路10连通，以实现太阳能电池的自身照明功能；而在白天，可以将发光回路10断开，光伏发电回路20接通，以对外实现正常的光伏发电。具体地，在发光回路10和光伏发电电路之间的切换控制可以通过设置现有的电源开关来实现，便于控制操作。
具体地，步骤S600具体包括：
S610、对缓冲层400上的设定位置进行掩膜。
具体可以使用掩膜板遮挡缓冲层400上的设定位置，在进行透明第二电极500的沉积时，透明第二电极500需要沉积在缓冲层400的整个表面上，由此，通过在设定位置设置掩膜板来防止透明第二电极500的沉积，当透明第二电极500沉积完成后，取走掩膜板，由此可以在形成透明第二电极500的同时也形成第二填充槽510，避免了通过机械设备在透明第二电极500上刻划第二填充槽510而易损伤透明第二电极500的问题，同时也简化了工艺，提高了生产效率。其中，透明第二电极500可以通过多个第二填充槽510分割为多个尺寸较小的透明第二电极，并配合多个第一电极形成多个串联的电池芯片，从而提高了发电效率。
S620、对缓冲层400和光吸收层300进行刻蚀形成通槽410，通槽410的槽底延伸至第一电极200朝向光吸收层300的一面，在通槽410内填充有透明第二电极500，从而可以使透明第二电极500通过通槽410与第一电极200直接接触，确保了各个小电池单元的有序串联，如图8所示。
具体地，如图6所示，步骤S400具体包括：
S410、在第一填充槽310和光吸收层300上喷涂反应液，反应液包括：有机电致发光材料。
S420、利用激光900和掩膜板800对第一填充槽310内的反应液进行照射，以形成设置在第一填充槽310内的聚合的有机电致发光材料600，掩膜板800包括：与第一填充槽310对应的透光部以及与除第一填充槽310内的反应液以外的反应液所在区域对应的遮光部。
在向第一填充槽310喷涂反应液时，需要喷涂光吸收层300的整个表面，由此会导致光吸收层300上除第一填充槽310以外的部分同样会喷涂有上述反应液，在进行激光900照射时，容易使光吸收层300上的第一填充槽310以外的位置发生聚合反应，导致光吸收层300表面形成一层聚合物，阻碍了光伏发电。因此，为了解决该问题，在本实施例中，可以使掩膜板800上的遮光部遮挡光吸收层300上的第一填充槽310以外的部分，使透光部与第一填充槽310对齐，使激光900可以透过透光部照射第一填充槽310中的反应液，进而使第一填充槽310中的反应液通过聚合反应形成聚合物，如图4至图6所示。而在后续沉积缓冲层400过程中，由于缓冲层400通过化学水浴法制备，在光吸收层300上受掩膜板800遮挡的反应液被水浸泡后，未参与聚合反应的花青染料将溶解于水中，使光吸收层300上的第一填充槽310以外的区域得到清洗，以便于沉积缓冲层400，而第一填充槽310中形成的聚合物不溶于水，因此保留在第一填充槽310中。
具体地，在步骤S700具体包括：
S710、对透明第二电极500进行掩膜。
由于在透明第二电极500的设定位置处形成有第二填充槽510，故将透明第二电极500掩膜后，可以使金属电极700能够准确沉积在第二填充槽510中，而不会沉积到第二填充槽510边缘处的透明第二电极500上，方便了操作，如图10所示。
其中，金属电极700可以通过真空加热的方式形成。
需要说明的是，金属电极700的材料可以有多种选择，优选的是，该金属电极700的材料为银。
本发明实施例提供的可发光的太阳能电池及其制造方法，通过在太阳能电池的无效面积中沉积聚合的有机电致发光材料以及金属电极，使太阳能电池自身具有以钼层为正极，金属电极为负极，聚合的有机电致发光材料为光源的发光回路，实现了太阳能电池自身的照明功能。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可发光的太阳能电池，其特征在于，包括：
基板；
间隔设置在所述基板上的多个第一电极；
设置在所述第一电极上以及填充在相邻两个所述第一电极之间的光吸收层，所述光吸收层上设置有第一填充槽，所述第一填充槽中设置有聚合的有机电致发光材料；
设置在所述光吸收层上的缓冲层；
透明第二电极，所述透明第二电极与所述第一电极相连，所述透明第二电极上设置有第二填充槽，所述第二填充槽中设置有金属电极，所述金属电极与所述透明第二电极之间相互绝缘。
2.根据权利要求1所述的可发光的太阳能电池，其特征在于，所述缓冲层上设有延伸至所述第一电极朝向所述光吸收层一面的通槽，所述透明第二电极通过所述通槽与所述第一电极相连，所述通槽在所述基板上的投影位于相邻的两个第一电极之间的间隔在所述基板上的投影和所述第一填充槽在基板上的投影之间。
3.根据权利要求1所述的可发光的太阳能电池，其特征在于，所述金属电极为银电极。
4.根据权利要求1所述的可发光的太阳能电池，其特征在于，所述聚合的有机电致发光材料为花青染料与交联体的聚合物，所述第一电极为钼层，所述透明第二电极为透明导电层。
5.一种可发光的太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
在基板上形成间隔设置的多个第一电极；
形成位于所述第一电极上以及填充在相邻两个所述第一电极之间的光吸收层；
在所述光吸收层上形成第一填充槽；
在所述第一填充槽中形成聚合的有机电致发光材料；
在所述光吸收层上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成透明第二电极，并在所述透明第二电极上形成第二填充槽，形成的所述透明第二电极与所述第一电极连接；
在所述第二填充槽中形成与所述透明第二电极绝缘设置的金属电极。
6.根据权利要求5所述的可发光的太阳能电池的制造方法，其特征在于，步骤所述在所述缓冲层上形成透明第二电极，形成的所述透明第二电极与所述第一电极连接，具体包括：
对所述缓冲层和所述光吸收层进行刻蚀形成通槽，所述通槽的槽底延伸至所述第一电极朝向所述光吸收层的一面，在所述通槽内填充有所述透明第二电极。
7.根据权利要求5所述的可发光的太阳能电池的制造方法，其特征在于，步骤所述在所述第一填充槽中形成聚合的有机电致发光材料具体包括：
在所述第一填充槽和所述光吸收层上喷涂反应液，所述反应液包括：有机电致发光材料；
利用激光和掩膜板对所述第一填充槽内的反应液进行照射，以形成设置在第一填充槽内的聚合的有机电致发光材料，所述掩膜板包括：与所述第一填充槽对应的透光部以及与除所述第一填充槽内的反应液以外的反应液所在区域对应的遮光部。
8.根据权利要求5所述的可发光的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述缓冲层采用化学水浴沉积法形成。
9.根据权利要求5所述的可发光的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述金属电极通过真空加热的方式形成。
10.根据权利要求5～9任一项所述的可发光的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述金属电极的材料为银。
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