CN109713135A - 光伏组件的制备方法及智能发电窗户的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光伏组件的制备方法以及包含该光伏组件的智能发电窗户的制备方法，所制得的光伏组件包括多个串联的光伏发电单元，以及位于该光伏发电单元的第二透明电极层之间的间隔区。采用本发明的光伏组件及智能发电窗户，能够实现对光的吸收及光电转换，同时又能够保持可见光的高透过性。

Description

光伏组件的制备方法及智能发电窗户的制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其涉及一种利用太阳光进行发电的光伏组件的制备方法及具有该光伏组件的智能发电窗户的制备方法。

背景技术

光伏发电窗户是指将太阳能转化为电能的窗户，它能大大降低建筑的能耗，提高资源利用效率。然而，传统的硅基太阳能板是黑色的，会破坏建筑的美感，因此只能用在屋顶。新型的聚合物基、染料敏化等类型的半透明太阳能板，目前仍处于实验室研究阶段。荧光型太阳能聚光器尽管能够解决透光和发电的功能，但是其光伏板需要集成在窗户的侧面，造成窗户的厚度大幅增加，并且能量转化效率较低。

为此，有必要提供一种光伏组件的制备方法，以及包括该光伏组件的智能发电窗户的制备方法，使得所制备的该光伏组件及该智能发电窗户能够实现对光的吸收及光电转换，同时又能够保持可见光的高透过性。

发明内容

本发明提供一种光伏组件的制备方法，包括如下步骤：在基底上形成第一透明电极层薄膜；将该第一透明电极层薄膜分割为多个第一透明电极层，相邻的第一透明电极层之间设置空隙；在各个该第一透明电极层上形成活性聚合物层；在该活性聚合物层上形成第二透明电极层；该第二透明电极层与前一个第一透明电极层连接，该第二透明电极层与后一个第二透明电极层之间设置间隔区，由此形成多个串联的光伏发电单元。

根据本发明的一个实施例，该活性聚合物层包括水平部和与该水平部垂直并连接的竖直部，该活性聚合物层的竖直部延伸至该空隙；该第二透明电极层包括水平部和与该水平部垂直并连接的竖直部；该活性聚合物的水平部及该第二透明电极层的水平部互相平齐，并与后一个第二透明电极层之间设置间隔区。

根据本发明的一个实施例，该第一透明电极层薄膜采用溅射方法形成在该基底上。

根据本发明的另一个实施例，该第一透明电极层薄膜的制备方法包括如下步骤：在该基底的表面印刷透明电极，该透明电极包括银纳米线，采用丝网印刷方式制成；以及在该透明电极上方印刷透明导电层，该透明导电层的材质包括聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸。

根据本发明的一个实施例，该活性聚合物层的制备方法包括如下步骤：将卤化铅和醋酸铵溶于N,N-二甲基甲酰胺中，配制成前驱体溶液；将量子点胶体加入到上述前驱体溶液中，剧烈搅拌，发生配体交换；除去溶剂，收集量子点胶体颗粒；室温干燥；将干燥后的量子点胶体颗粒分散到丁胺中，得到量子点胶体分散液；将该量子点胶体分散液加入到铁电聚合物中，分散均匀，得到活性聚合物涂料；将该活性聚合物涂料涂覆在该第一透明电极层的表面，形成该活性聚合物层；以及将该活性聚合物层置于电场下进行极化，形成该活性聚合物层。

根据本发明的一个实施例，该卤化铅为氯化铅、溴化铅或者碘化铅及其混合物，该卤化铅与该醋酸铵的摩尔比为1:1-5:1。

根据本发明的一个实施例，该量子点胶体为硫化铅、碲化镉或者锌铜铟锡，该量子点胶体用油酸包覆。

根据本发明的一个实施例，该量子点胶体在该前驱体溶液中的搅拌时间为2-5分钟。

根据本发明的一个实施例，该量子点胶体在该前驱体溶液中的质量分数为30％-70％。

根据本发明的一个实施例，在除去溶剂之前加入反溶剂，该反溶剂为甲苯和/或氯苯。该除去溶剂采用离心方式。

根据本发明的一个实施例，室温干燥时间为10-30分钟。

根据本发明的一个实施例，该量子点胶体在该活性聚合物涂料中的质量分数为0.1-5％，该铁电聚合物选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种。

根据本发明的一个实施例，该活性聚合物涂料的涂覆采用刮刀法进行狭缝涂覆。

根据本发明的一个实施例，将该活性聚合物层置于电场下进行极化所施加的电场强度为1-5MV/cm，极化时间为10-30分钟。

根据本发明的一个实施例，该第二透明电极层的制备方法包括如下步骤：在该活性聚合物层的表面印刷透明导电层，该透明导电层的材质包括聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸；以及在该透明导电层上方，印制透明电极，形成该第二透明电极层；该透明电极包括银纳米线，采用丝网印刷方式制成。

根据本发明的一个实施例，还在该第一透明电极层与该活性聚合物层之间形成电子传输层或者空穴传输层。

进一步地，该电子传输层或者空穴传输层包括水平部及竖直部，该水平部与相邻的光伏发电单元的第二透明电极层抵靠，该竖直部延伸至该空隙。

根据本发明的一个实施例，该电子传输层采用狭缝涂覆的方式涂覆而成；在涂覆过程中，该基底的温度设置为50-90℃。

根据本发明的一个实施例，该空穴传输层采用印刷的方式制成，厚度为20-50nm。

根据本发明的一个实施例，还包括在该第二透明电极层与该活性聚合物层之间形成该空穴传输层的步骤，对应于该第一透明电极层与该活性聚合物层之间形成该电子传输层；或者，在该第二透明电极层与该活性聚合物层之间形成该电子传输层的步骤，对应于该第一透明电极层与该活性聚合物层之间形成该空穴传输层。

根据本发明的一个实施例，该第二透明电极层与该活性聚合物层之间形成的该空穴传输层或者该电子传输层包括水平部与竖直部，该水平部与该第二透明电极层的水平部以及该活性聚合物层的水平部平齐，并与相邻的第二透明电极层之间存在该间隔区。

根据本发明的一个实施例，该光伏组件采用卷对卷方式制备而成。

本发明还提供一种智能发电窗户的制备方法，包括如下步骤：将上述制备而成的该光伏组件表面铺设水汽阻隔层，使得该间隔区被填充；脱气；将该光伏组件夹设在内层玻璃及外层玻璃之间，完成封装。

根据本发明的一个实施例，该光伏组件形成在基底上，该基底为柔性衬底或者该内层玻璃或外层玻璃。

采用本发明的光伏组件的制备方法制得的该光伏组件或者智能发电窗户，由于该活性聚合物层的存在，该活性聚合物层中包含高吸光效率的量子点胶体，大幅提升光伏发电单元的载流子浓度，提高利用太阳光的发电效率。在各个光伏发电单元处，只有可见光透过，其他光谱的光被各个光伏发电单元吸收并转化为电能。而在各个光伏发电单元之间的间隔区，包含可见光的全光谱均可透过。由此，利用该光伏组件，在不影响透光性的基础上，实现整面窗户的智能发电，由此实现玻璃的发电节能和透光性的平衡。

该间隔区的设置，在增加透光性的同时，还将相邻的第二透明电极层间隔开。

进一步地，在该活性聚合物层与第一透明电极层、第二透明电极层之间分别设置电子传输层及空穴传输层，由于这两者的导电性较差，可以降低该活性聚合物层与该第一透明电极层或者第二透明电极层之间的注入势垒，形成类似台阶，便于该活性聚合物层产生的电压分别向该第一透明电极层及该第二透明电极层的传输，从而发电。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明本发明的智能发电窗户的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的光伏组件的结构示意图；

图3为本发明第二实施例的光伏组件的结构示意图；

图4为本发明第三实施例的光伏组件的结构示意图；

图5为本发明的第一透明电极层或者第二透明电极层的一种电极结构示意图；

图6为本发明的第一透明电极层或第二透明电极层的另一种电极结构示意图；

图7为本发明在柔性衬底上卷对卷制作光伏组件的示意图；

图8为本发明第四实施例的光伏组件的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对本发明详细说明如下。

如图1所示为本发明的智能发电窗户10的结构示意图。该智能发电窗户10包括内层玻璃12、外层玻璃14、设置在该内层玻璃12及该外层玻璃14之间的光伏组件16，该光伏组件16包括多个串联的光伏发电单元100，相邻的光伏发电单元100之间存在间隔区160。具体来说，该光伏组件16贴合在该内层玻璃12及该外层玻璃14之间，该内层玻璃12及该外层玻璃14对该光伏组件16进行封装和保护。相邻的光伏发电单元100之间通过串联方式电性连接。

如图2所示为本发明第一实施例的光伏组件16的结构示意图。如图所示，该光伏组件16设置在柔性衬底105上，制备完成后再贴合到该外层玻璃14及该内层玻璃12上。在本实施例中，该柔性衬底105的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚奈二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或者聚氨酯。

该光伏组件16包括多个光伏发电单元100，每个该光伏发电单元100包括位于该柔性衬底105表面的第一透明电极层110、第二透明电极层130以及设置在两者之间的活性聚合物层120。

在一个实施例中，该第一透明电极层110的材质包括氧化铟锡、或者金属氧化物/金属/金属氧化物的复合结构层，所述金属氧化物包括氧化锡、氧化锌、铝掺杂氧化锌、或者镁掺杂氧化锌等，所述金属包括金、银或铜等，该复合结构层中间的金属层为超薄金属。该第一透明电极层110的厚度为100-300nm，若厚度超过300nm，会影响薄膜的透光率；反之，若厚度小于100nm，会影响薄膜的电导率。优选地，该第一透明电极层110的厚度为150-200nm。在一个示例中，该第一透明电极层110为在聚对苯二甲酸乙二醇酯的柔性衬底105上溅射形成的氧化铟锡层，厚度为150nm左右。

在另一个实施例中，该第一透明电极层110包括透明电极(图未示)以及形成在该透明电极上的透明导电层(图未示)，该透明电极的材质为纳米银，厚度为200-500nm，该透明导电层的材质包括聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸，厚度为70-200nm。在一个示例中，该第一透明电极层110为在聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的柔性衬底105上，采用丝网印刷的方式制备银纳米网格，厚度为250nm，然后再印刷聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸作为透明导电层，厚度为100nm。

每个该第一透明电极层110为长条形。在该柔性衬底105的表面、每个该第一透明电极层110的一侧，具有端部112。在本实施例中，该端部112位于所有该柔性衬底105的左侧。每个该光伏发电单元100的第一透明电极层110在该柔性衬底105上间隔设置，相邻的第一透明电极层110之间的空隙与上述端部112重合，称为空隙112。下文中，如无特殊说明，空隙112与端部112指代相同。

在该第一透明电极层110的与该空隙112相对的另一侧，该第一透明电极层110与后一个光伏发电单元100的第二透明电极层130的竖直部132相接。

该活性聚合物层120包括位于该第一透明电极层110表面的水平部124，以及位于该空隙112的竖直部122，该水平部124与该竖直部122彼此连接并互相垂直，该竖直部122与该空隙112接触，当然，该活性聚合物层120的竖直部122延伸至该空隙112并与该柔性衬底105接触。在该第一透明电极层110的表面，与该空隙112相对的另一侧，存在未被该活性聚合物层120的水平部124覆盖的区域115，称为未覆盖区115。在该未覆盖区115处，后一个光伏发电单元100的第二透明电极层130与本光伏发电单元100的该第一透明电极层110接触，由此形成相邻的光伏发电单元100之间的串联连接。并且，在同一个光伏发电单元100中，该第二透明电极层130的水平部134与该活性聚合物层120的水平部124互相平齐。后一个光伏发电单元100的第二透明电极层130与前一个光伏发电单元100的第二透明电极层130的水平部134及活性聚合物层120的水平部124之间，存在该间隔区160。换句话说，该间隔区160位于相邻的两个光伏发电单元100的第二透明电极层130之间，其作用是增强透光性，并且将两个不同的光伏发电单元100的第二透明电极层130间隔开，从而确保两个光伏发电单元100的串联。

该活性聚合物层120由包括铁电聚合物及量子点胶体的活性聚合物涂料经过涂覆、干燥而成，该量子点胶体在该活性聚合物涂料中的质量分数为0.1-5％。在一个示例中，该质量分数为1％。在另一个示例中，该质量分数为0.5％。其中该量子点胶体为硫化铅、碲化镉或者锌铜铟锡等，其仅对红外波段进行吸收，能够吸收光能产生大量的载流子，但是对薄膜的透光性不会产生较大的影响。该铁电聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种。利用该铁电聚合物内部的自发极化，产生电动势驱动载流子的定向传输，实现薄膜的功能性发电。该活性聚合物层120的厚度为0.1-10μm，太厚，则载流子传输受限；太薄，则难以实现均匀覆盖该第一透明电极层110。在一个实施例中，该活性聚合物层120的厚度为2μm。在另一个实施例中，该活性聚合物层120的厚度为5μm。

该第二透明电极层130包括位于该活性聚合物层120表面的水平部134以及位于该空隙112的竖直部132，该水平部134与该竖直部132彼此连接并互相垂直。该竖直部132与相邻的前一个光伏发电单元100的第一透明电极层110电性连接。具体来说，该第二透明电极层130的竖直部132与前一个光伏发电单元100的该第一透明电极层110的未覆盖区115相接触，由此形成相邻的光伏发电单元100之间的串联连接。

进一步地，该第二透明电极层130包括透明导电层(图未示出)以及形成在该透明导电层上的透明电极(图未示出)，两者均具有导电性能，共同构成该第二透明电极层130。该透明导电层的材质为聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS，俗称PH 1000)。该透明导电层的厚度为50-150nm，太薄则无法实现完整覆盖，太厚则会阻挡空穴的注入；优选地，该透明导电层的厚度为70-120nm。在一个实施例中，该透明导电层的厚度为70nm。在另一个实施例中，该透明导电层的厚度为120nm。该透明电极的材质为纳米银，其厚度为200-500nm，若厚度小于200nm，无法实现对该光伏发电单元100的完整覆盖；若厚度超过500nm，则增加制备成本。优选地，该透明电极的厚度为250-350nm。在一个实施例中，该透明电极的厚度为250nm。在另一个实施例中，该透明电极的厚度为300nm。

需要说明的是，PEDOT:PSS是一种高分子聚合物的水溶液，导电率很高，根据不同的配方，可以得到导电率不同的水溶液。该产品是由PEDOT和PSS两种物质构成。PEDOT是EDOT(3，4-乙撑二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。这两种物质在一起极大的提高了PEDOT的溶解性。

进一步地，在与该空隙112相对的另一侧，该第二透明电极层130的水平部134同样未覆盖该第一透明电极层110表面的未覆盖区115，由此，该第二透明电极层130的水平部134与该活性聚合物层120的水平部124平齐。换句话说，在该第一透明电极层110表面的未覆盖区115上方，形成相邻光伏发电单元100之间的间隔区160，具体来说，相邻的两个光伏发电单元100的第二透明电极层130之间形成该间隔区160。该间隔区160的作用是将相邻的光伏发电单元100的第二透明电极层130彼此分隔开，便于形成串联连接，同时增加透光性。在最后的封装步骤中，该间隔区160被封装胶体所填充。

在本实施例中，该光伏发电单元100的制备方法为：

首先，在该柔性衬底105上形成第一透明电极层110薄膜。

其次，通过激光器对该第一透明电极层110薄膜进行图案化裁剪，将其分割为多个该第一透明电极层110，每个该第一透明电极层110之间设置空隙112。

然后，在各个该第一透明电极层110上形成活性聚合物层120。该活性聚合物层120覆盖该第一透明电极层110的空隙112以及表面，预留出间隔区160及未覆盖区115。

最后，在该活性聚合物层120上形成第二透明电极层130。该第二透明电极层130覆盖该活性聚合物层的空隙112以及表面，并与该活性聚合物层120远离该空隙的一侧平齐，在该空隙112与相邻的前一个光伏发电单元100的第一透明电极层110相接触。

其中，该第一透明电极层110的材质氧化铟锡、或者金属氧化物/金属/金属氧化物的复合结构层，所述金属氧化物包括氧化锡、氧化锌、铝掺杂氧化锌、或者镁掺杂氧化锌等，所述金属包括金、银、或铜等，该复合结构层中间的金属层为超薄金属。该第一透明电极层110的厚度为100-300nm，优选为150-200nm。

该活性聚合物层130的制备方法包括：

第一步，将卤化铅和醋酸铵溶于N,N-二甲基甲酰胺(简称DMF)中，配置成前驱体溶液。该卤化铅为氯化铅、溴化铅或者碘化铅及其混合物。优选地，该卤化铅与该醋酸铵的摩尔比为1:1-5:1。在一个示例中，该摩尔比为3:1。该卤化铅与醋酸铵的比例太低则难以形成完整的包覆，比例太高则会导致后续步骤中配体交换不完全。

第二步，将量子点胶体加入到上述前驱体溶液中，剧烈搅拌，使其充分混合，进行配体交换。该量子点胶体在该前驱体溶液中的质量分数为30％-70％，在一个示例中，该质量分数为40％，在另一个示例中，该质量分数为50％。若质量分数太低，则产率太低；若质量分数太高，则配体交换不完全。该量子点胶体为硫化铅、碲化镉或者锌铜铟锡。搅拌时间对配体交换的实现是重要的，优选地，搅拌时间为2-5分钟，若搅拌时间太短，则配体交换不完全；若搅拌时间太长，则制备时间延长。

优选地，该量子点胶体用油酸包覆，原因是在油酸不存在的情况下，上述量子点胶体会发生沉降，影响反应效果；在油酸存在下，形成的颗粒之间会产生间隙，防止聚沉。在本实施例中，由于卤化铅的配比高，因此会有残余的卤化铅残留在形成的颗粒表面，通过油酸的配体交换过程，将颗粒表面的卤化铅替换掉。

第三步，除去溶剂，收集聚沉的量子点胶体颗粒。优选用离心方式除去溶剂。优选地，在离心除去溶剂之前加入一定量的反溶剂，便于量子点胶体发生聚沉。该反溶剂可以为甲苯和/或氯苯。所除去的溶剂包括DMF以及加入的反溶剂。反溶剂清洗的作用是除掉表面多余的油酸，降低油酸包裹层厚度较高时引起的不利影响。

第四步，室温下干燥。优选地，干燥时间为10-30分钟。干燥时间太短，则仍有溶剂残留；干燥时间太长，则不利于后续的分散。在一个示例中，该干燥时间为20分钟。在另一个示例中，该干燥时间为10分钟。

第五步，重新将干燥后的量子点胶体颗粒分散到丁胺有机溶剂中，得到量子点胶体分散液。此时，表面的油酸很少，量子点胶体分散在丁胺溶剂中。

第六步，将上述量子点胶体分散液加入到铁电聚合物中，分散均匀，得到活性聚合物涂料，该量子点胶体在该活性聚合物涂料中的质量分数为0.1-5％。在一个示例中，该质量分数为0.5％。在另一个示例中，该质量分数为1％。若质量分数太低，则不能产生足够的光生载流子；若质量分数太高，则影响薄膜的透光性。该铁电聚合物选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种。例如，在一个示例中，该量子点胶体加入到铁电聚合物聚偏氟乙烯中均匀分散，得到活性聚合物涂料，该量子点胶体在该活性聚合物涂料中的质量分数为1％。在另一个示例中，该量子点胶体加入到铁电聚合物聚偏氟乙烯中均匀分散，得到活性聚合物涂料，该量子点胶体在该活性聚合物涂料中的质量分数为0.5％。

第七步，将上述活性聚合物涂料涂覆在该第一透明电极层110的表面，形成活性聚合物层120。该涂覆采用热刮涂方式，所谓的热刮涂，即用刮刀法进行狭缝涂覆。该活性聚合物层120的厚度为0.1-10μm，太厚，则载流子传输受限；太薄，则难以实现均匀覆盖该第一透明电极层110。例如，在一个示例中，将上述活性聚合物涂料采用狭缝涂覆的方式制备成厚度为5μm的活性聚合物层120。在另一个示例中，将上述活性聚合物涂料采用狭缝涂覆的方式制备成厚度为2μm的活性聚合物层120。

第八步，将该活性聚合物层120置于电场下进行极化，以提高薄膜内部的极化电场强度，有利于载流子的定向传输。优选地，所施加的电场强度为1-5MV/cm。在一个实施例中，所施加的电场强度为4MV/cm；在另一个实施例中，所施加的电场强度为5MV/cm。若所施加的电场强度过低，则该活性聚合物层120的极化率较低；若所施加的电场强度过高，则电能消耗较大。优选地，极化时间为10-30分钟，以提高该活性聚合物层120内部的极化电场强度。在一个实施例中，极化时间为10分钟；在另一个实施例中，极化时间为30分钟。

由此，形成该活性聚合物层120，其内的量子点胶体经上述处理，在外来光线照射下，容易产生空穴和电子。

该第二透明电极层130的制备方法为：首先，在该活性聚合物层120的表面印刷透明导电层，厚度为50-150nm。在一个示例中，该厚度为70nm。在另一个示例中，该厚度为120nm。若太薄，则会被刺穿；太厚，则会增加内阻。该透明导电层的材质为聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS，俗称PH 1000)。然后，在该透明导电层上方，采用丝网印刷的方式，印制银纳米线的透明电极，该透明电极的厚度为200-500nm，在一个示例中，该厚度为300nm。在另一个示例中，该厚度为200nm。太厚则增加制备成本，太薄则无法实现完整覆盖。由此形成该第二透明电极层130，也就是说，该第二透明电极层130包括该透明导电层及形成在该透明导电层上方的该透明电极，由于这两层均具有导电性能，因此称为一层。

本发明还提供本实施例的该智能发电窗户10的制备方法，包括：将上述形成在该柔性衬底105上的光伏组件16的表面铺设水汽阻隔层，该水汽阻隔层即为封装结构；脱气；以及完成该光伏发电单元100在该内层玻璃12及外层玻璃14之间的封装，封装后，该间隔区160内被填充封装材料。

如图3所示，为本发明第二实施例的光伏组件16的结构示意图。在本实施例中，该光伏组件16设置在柔性衬底105上。在该柔性衬底105上制备而成后，再贴合到该外层玻璃14及该内层玻璃12上。该柔性衬底105的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚奈二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或者聚氨酯。

该光伏组件16包括多个光伏发电单元200，每个该光伏发电单元200包括位于该柔性衬底105表面的第一透明电极层210、与该第一透明电极层210相对设置的第二透明电极层250、位于该第一透明电极层210与该第二透明电极层250之间的活性聚合物层230、位于该第一透明电极层210与该活性聚合物层230之间的电子传输层220，以及位于该第二透明电极层250与该活性聚合物层230之间的空穴传输层240。

本实施例中的该第一透明电极层210与第一实施例相同。在该第一透明电极层210的与该空隙112相对的另一侧，该第一透明电极层210与相邻光伏发电单元200的空穴传输层240的竖直部242相接触。

该电子传输层220包括位于该第一透明电极层210表面的水平部224，以及位于该空隙112并与该第一透明电极层210侧面相贴合的竖直部222，该水平部224与该竖直部222彼此连接并互相垂直，该竖直部222延伸至该空隙112并与该柔性衬底105接触。在该第一透明电极层210的表面，与该空隙112相对的另一侧，存在未被该电子传输层220的水平部224覆盖的区域215，称为未覆盖区215。该未覆盖区215用于容纳相邻的下一个光伏发电单元200的第二透明电极层250。

通过这种方式，前一个光伏发电单元200的第一透明电极层210与后一个光伏发电单元200的第二透明电极层250电性连接。由此，相邻的光伏发电单元200之间通过串联方式实现电性连接。同时，该前一个光伏发电单元200的电子传输层220与后一个光伏发电单元200的第二透明电极层250的竖直部252相抵靠，其作用是起到填充和间隔该第二透明电极层250的作用。

该电子传输层220的材质为氧化锌、氧化钛或者PV-E002(默克公司提供的电子传输层/空穴阻挡层材料)，其厚度为大约5-20nm。若太厚会影响电荷传输效率，太薄则不会对电极形成完全覆盖。

该活性聚合物层230包括位于该电子传输层220表面的水平部234，以及位于该空隙112的竖直部232，该水平部234与该竖直部232彼此连接并互相垂直，该竖直部232延伸至该空隙112并与该柔性衬底105接触。在该电子传输层220的表面，与该空隙112相对的另一侧，存在未被该活性聚合物层230的水平部234覆盖的区域225，称为未覆盖区225。

该活性聚合物层230由包括铁电聚合物及量子点胶体的活性聚合物层涂料经过涂覆、干燥而成，该量子点胶体在该活性聚合物层涂料中的质量分数为0.1-5％。其中该量子点胶体可以为硫化铅、碲化镉或者锌铜铟锡等，其仅对红外波段进行吸收，能够吸收光能产生大量的载流子，但是对薄膜的透光性不会产生较大的影响。该铁电聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种。利用该铁电聚合物内部的自发极化，产生电动势驱动载流子的定向传输，实现薄膜的功能性发电。该活性聚合物层230的厚度为0.1-10μm，太厚，则载流子传输受限；太薄，则难以实现均匀覆盖该电子传输层220。

该空穴传输层240包括位于该活性聚合物层230表面的水平部244，以及位于该空隙112的竖直部242，该水平部244与该竖直部242彼此连接并互相垂直，该竖直部242延伸至该空隙112，并与该柔性衬底105接触。在与该空隙112相对的另一侧，该空穴传输层240的水平部244与该活性聚合物层230的水平部234平齐，亦即该空穴传输层240同样未覆盖该电子传输层220表面的未覆盖区225。

该空穴传输层240的材质为聚噻吩离子键聚合物复合物、氧化镍、氧化钼、氧化钒等p型半导体材料。其厚度为20－50nm，若太薄，则无法实现完整覆盖，太厚则会阻挡空穴的注入。该聚噻吩离子键聚合物复合物例如为贺利氏公司生产的Clevios^TMHTLSolar产品，具有较高的导电性。

该第二透明电极层250包括位于该空穴传输层240表面的水平部254，以及位于该空隙112的竖直部252，该水平部254与该竖直部252彼此连接并互相垂直。该竖直部252与相邻的前一个光伏发电单元200的第一透明电极层210电性连接。具体来说，该第二透明电极层250的竖直部252与前一个光伏发电单元200的该第一透明电极层210的未覆盖区215相接触，由此形成相邻的光伏发电单元200之间的串联连接。

进一步地，该第二透明电极层250包括透明导电层(图未示出)以及形成在该透明导电层上的透明电极(图未示出)，两者均具有导电性能，共同构成该第二透明电极层250。该透明导电层的材质为聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS，俗称PH 1000)，厚度为50-150nm，太薄则无法实现完整覆盖，太厚则会阻挡空穴的注入；优选地，该透明导电层的厚度为70-120nm。该透明电极的材质为纳米银，其厚度为200-500nm，在较低制备成本的前提下，保证该光伏发电单元200的完整覆盖。优选地，该透明电极的厚度为250-350nm。

进一步地，在与该空隙112相对的另一侧，该第二透明电极层250的水平部254同样未覆盖该电子传输层220表面的未覆盖区225，由此，该第二透明电极层250的水平部254、该空穴传输层240的水平部244、与该活性聚合物层230的水平部234平齐。换句话说，在该电子传输层220表面的未覆盖区225上方，形成相邻光伏发电单元200之间的间隔区160。该间隔区160的作用是增强透光性，同时将相邻的光伏发电单元100的第二透明电极层250间隔开。

相比于第一实施例，本实施例在该第一透明导电层210与该活性聚合物层230之间增加了电子传输层220，在该第二透明导电层250与该活性聚合物层230之间增加了空穴传输层240。该电子传输层220与该空穴传输层240的导电性较差，它们的存在，降低了由活性聚合物层230分别向该第一透明导电层210及该第二透明导电层250传输的势垒，提高了传输效率。

本实施例的光伏发电单元200的制备方法包括以下步骤：

(1)在柔性衬底105上形成第一透明导电层210。该形成方式可以为溅射，也可以为印刷方式。

(2)通过激光器对该第一透明导电层210进行图案化裁剪，分割为多个光伏发电单元200。

(3)在该第一透明导电层210上涂覆电子传输层220。

(4)在该电子传输层220表面形成活性聚合物层230。

(5)在该活性聚合物层230表面形成空穴传输层240。

(6)在该空穴传输层240表面形成第二透明电极层250，由此在该柔性衬底105上形成该光伏发电单元200。

其中，该第一透明导电层210的制备方法与第一实施例中的相同。

该电子传输层220的制备方法为：在该第一透明导电层110上采用狭缝涂覆的方式，涂覆该电子传输层220的材料，例如氧化锌、氧化钛、PV-E002。在涂覆过程中，该基底105的温度设置为50-90℃；若温度太低，涂覆该电子传输层220形成的薄膜干燥太慢；若温度太高，该电子传输层220的薄膜涂覆困难，不利于该电子传输层220的形成。

该活性聚合物层230的制备方法与第一实施例中基本相同。由此，形成该活性聚合物层230，其内的量子点胶体经上述处理，在外来光线照射下，容易产生空穴和电子。

该空穴传输层240的制备方法为：采用印刷的方式，将该空穴传输层240的材料涂覆在该活性聚合物层230表面，控制厚度为20-50nm。该空穴传输层240的材料选自聚噻吩离子键聚合物复合物、氧化镍、氧化钼、氧化钒等p型半导体材料。在一个示例中，该空穴传输层240的材质为Clevios^TMHTLSolar，厚度为40nm。在另一个示例中，厚度为50nm。

该第二透明电极层250的制备方法与第一实施例中的相同，包括如下步骤：首先，在该空穴传输层240的表面印刷透明导电层，厚度为50-150nm。若太薄，则会被刺穿；太厚，则会增加内阻。该透明导电层的材质为聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS，俗称PH1000)。然后，在该透明导电层上方，采用丝网印刷的方式，印制银纳米线的透明电极，该透明电极的厚度为200-500nm，太厚则增加制备成本，太薄则无法实现完整覆盖。由此形成该第二透明电极层250，也就是说，该第二透明电极层250包括该透明导电层及形成在该透明导电层上方的该透明电极，由于这两层均具有导电性能，因此称为一层。

如图4所示为本发明第三实施例的光伏组件16的结构示意图。与第二实施例不同之处在于，本实施例中该光伏组件16的各个光伏发电单元300的各层的堆积顺序与第二实施例相反，因此，假设第二实施例的光伏发电单元200为正置结构，则第三实施例的光伏发电单元300为倒置结构。

具体来说，该光伏发电单元300包括第一透明电极层350、与该第一透明电极层350相对设置的第二透明电极层310、位于该第一透明电极层350与该第二透明电极层310之间的活性聚合物层330，与第二实施例不同之处在于，还包括位于该第一透明电极层350与该活性聚合物层330之间的空穴传输层340，以及位于该第二透明电极层310与该活性聚合物层330之间的电子传输层320。

与第二实施例不同之处还在于，该空穴传输层340包括水平部344以及与该水平部344垂直连接的竖直部342，该竖直部342延伸至该空隙112并与该柔性衬底105抵接，该水平部344与后一个光伏发电单元300的第二透明电极层310的竖直部312抵靠，起到固定作用。

该空穴传输层340的表面具有未被该活性聚合物层330的水平部334覆盖的区域345，称为未覆盖区345。该活性聚合物层330的水平部334、该电子传输层320的水平部324以及该第二透明电极层310的水平部314平齐。由此，在该未覆盖区345上方，形成间隔区160，用于增强透光性，同时将相邻的光伏发电单元300的第二透明电极层310间隔开。

本实施例中，各层的制备方法与第二实施例中类似。该电子传输层320及该空穴传输层340的作用也与第二实施例基本相同。

如图5所示为本发明中第一透明电极层或者第二透明电极层的一种电极结构示意图，该电极256为网格状电极。如图6所示为本发明中第一透明电极层或第二透明电极层的另一种电极结构示意图，该电极258为条带状电极。以图3中的虚线框内的第二透明电极层250为例。本领域技术人员可以理解，图5或图6所示的电极结构可以用在本发明的任一实施例的任意透明电极层。也就是说，在本发明中，上述各个实施例中的第一透明电极层110、210及350，第二透明电极层130、250及310，其电极可为全覆盖的，也可为如图5所示的网格状，也可为如图6所示的条带状电极，还可为任意两者的组合，比如第一透明电极层为网格状，第二透明电极层为条带状。该网格状或该条带状的透明电极层的设计，进一步增加了透光率。

如图7所示为本发明的设置在柔性衬底105上的第一实施例至第三实施例的光伏组件16的制备工艺示意图。如图所示，该光伏组件16通过卷对卷(Roll-to-roll)工艺制备，在第一滚轴20及第二滚轴30的支撑下，完成各层的制备并封装固化后，卷绕到一个滚轴上，实现连续的制备工艺。

如图8所示为本发明第四实施例的光伏组件16的结构示意图。与第二实施例不同之处在于，该光伏组件16直接设置在玻璃205上，无须柔性衬底。该玻璃205为图1所示的内层玻璃12或者外层玻璃14。

本领域技术人员可以理解，简而言之，上述任一实施例的光伏组件设置在基底上，该基底可以是上述第一实施例至第三实施例的柔性衬底105，还可以是第四实施例的玻璃205，无须柔性衬底，该玻璃可以是该智能发电窗户的内层玻璃12或者外层玻璃14。

综上所述，采用本发明的光伏组件的制备方法制得的该光伏组件或者智能发电窗户，由于该活性聚合物层的存在，该活性聚合物层中包含高吸光效率的量子点胶体，大幅提升光伏发电单元的载流子浓度，提高利用太阳光的发电效率。在各个光伏发电单元处，只有可见光透过，其他光谱的光被各个光伏发电单元吸收并转化为电能。而在各个光伏发电单元之间的间隔区，包含可见光的全光谱均可透过。由此，利用该光伏组件，在不影响透光性的基础上，实现整面窗户的智能发电，由此实现玻璃的发电节能和透光性的平衡。

该间隔区的设置，在增加透光性的同时，还将相邻的第二透明电极层间隔开。

进一步地，在该活性聚合物层与第一透明电极层、第二透明电极层之间分别设置电子传输层及空穴传输层，由于这两者的导电性较差，可以降低该活性聚合物层与该第一透明电极层或者第二透明电极层之间的注入势垒，形成类似台阶，便于该活性聚合物层产生的电压分别向该第一透明电极层及该第二透明电极层的传输，从而发电。正置结构、倒置结构的该光伏发电单元均具有上述作用。

该网格状或者条带状的第一透明电极层或者第二透明电极层，进一步提高了透光率。

另外，本发明的光伏发电单元可设置在柔性衬底等基底上，也可以直接沉积在内层玻璃或者外层玻璃上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (25)

1.一种光伏组件的制备方法，包括如下步骤：

在基底上形成第一透明电极层薄膜；

将该第一透明电极层薄膜分割为多个第一透明电极层，相邻的第一透明电极层之间设置空隙；

在各个该第一透明电极层上形成活性聚合物层；

在该活性聚合物层上形成第二透明电极层；

该第二透明电极层与前一个第一透明电极层连接，该第二透明电极层与后一个第二透明电极层之间设置间隔区，由此形成多个串联的光伏发电单元。

2.根据权利要求1所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该活性聚合物层包括水平部和与该水平部垂直并连接的竖直部，该活性聚合物层的竖直部延伸至该空隙；该第二透明电极层包括水平部和与该水平部垂直并连接的竖直部；该活性聚合物的水平部及该第二透明电极层的水平部互相平齐，并与后一个第二透明电极层之间设置间隔区。

3.根据权利要求1所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该第一透明电极层薄膜采用溅射方法形成在该基底上。

4.根据权利要求1所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该第一透明电极层薄膜的制备方法包括如下步骤：

在该基底的表面印刷透明电极，该透明电极包括银纳米线，采用丝网印刷方式制成；以及

在该透明电极上方印刷透明导电层，该透明导电层的材质包括聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸。

5.根据权利要求1所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该活性聚合物层的制备方法包括如下步骤：

将卤化铅和醋酸铵溶于N,N-二甲基甲酰胺中，配制成前驱体溶液；

将量子点胶体加入到上述前驱体溶液中，剧烈搅拌，发生配体交换；

除去溶剂，收集量子点胶体颗粒；

室温干燥；

将干燥后的量子点胶体颗粒分散到丁胺中，得到量子点胶体分散液；

将该量子点胶体分散液加入到铁电聚合物中，分散均匀，得到活性聚合物涂料；

将该活性聚合物涂料涂覆在该第一透明电极层的表面，形成该活性聚合物层；以及将该活性聚合物层置于电场下进行极化，形成该活性聚合物层。

6.根据权利要求5所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该卤化铅为氯化铅、溴化铅或者碘化铅及其混合物，该卤化铅与该醋酸铵的摩尔比为1:1-5:1。

7.根据权利要求5所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该量子点胶体为硫化铅、碲化镉或者锌铜铟锡，该量子点胶体用油酸包覆。

8.根据权利要求5所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该量子点胶体在该前驱体溶液中的搅拌时间为2-5分钟。

9.根据权利要求5所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该量子点胶体在该前驱体溶液中的质量分数为30％-70％。

10.根据权利要求5所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：在除去溶剂之前加入反溶剂，该反溶剂为甲苯和/或氯苯。

11.根据权利要求5所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该除去溶剂采用离心方式。

12.根据权利要求5所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：室温干燥时间为10-30分钟。

13.根据权利要求5所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该量子点胶体在该活性聚合物涂料中的质量分数为0.1-5％，该铁电聚合物选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种。

14.根据权利要求5所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该活性聚合物涂料的涂覆采用刮刀法进行狭缝涂覆。

15.根据权利要求5所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：将该活性聚合物层置于电场下进行极化所施加的电场强度为1-5MV/cm，极化时间为10-30分钟。

16.根据权利要求1所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该第二透明电极层的制备方法包括如下步骤：

在该活性聚合物层的表面印刷透明导电层，该透明导电层的材质包括聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸；以及

在该透明导电层上方，印制透明电极，形成该第二透明电极层；该透明电极包括银纳米线，采用丝网印刷方式制成。

17.根据权利要求1所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：还在该第一透明电极层与该活性聚合物层之间形成电子传输层或者空穴传输层。

18.根据权利要求17所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该电子传输层或者空穴传输层包括水平部及竖直部，该水平部与相邻的光伏发电单元的第二透明电极层抵靠，该竖直部延伸至该空隙。

19.根据权利要求17所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该电子传输层采用狭缝涂覆的方式涂覆而成；在涂覆过程中，该基底的温度设置为50-90℃。

20.根据权利要求17所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该空穴传输层采用印刷的方式制成，厚度为20-50nm。

21.根据权利要求17所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：还包括在该第二透明电极层与该活性聚合物层之间形成该空穴传输层的步骤，对应于该第一透明电极层与该活性聚合物层之间形成该电子传输层；

或者，在该第二透明电极层与该活性聚合物层之间形成该电子传输层的步骤，对应于该第一透明电极层与该活性聚合物层之间形成该空穴传输层。

22.根据权利要求21所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该第二透明电极层与该活性聚合物层之间形成的该空穴传输层或者该电子传输层包括水平部与竖直部，该水平部与该第二透明电极层的水平部以及该活性聚合物层的水平部平齐，并与相邻的第二透明电极层之间存在该间隔区。

23.根据权利要求1所述的光伏组件的制备方法，其特征在于：该光伏组件采用卷对卷方式制备而成。

24.一种智能发电窗户的制备方法，包括如下步骤：

将采用权利要求1-23中任一项制备而成的该光伏组件表面铺设水汽阻隔层，使得该间隔区被填充；

脱气；

将该光伏组件夹设在内层玻璃及外层玻璃之间，完成封装。

25.根据权利要求24所述的智能发电窗户的制备方法，其特征在于：该光伏组件形成在基底上，该基底为柔性衬底或者该内层玻璃或外层玻璃。