[发明专利]包括基于镉的光伏打材料的电池

说明书

本发明涉及一种新型的光电池(cellule photovoltaique)，在其结构中带有(incorporant)叠层(empilement de couches)，所述叠层带有至少一个基于镉的光伏打薄膜(film photovoltaique)。

如所周知，光伏打模块由所有各光电池构成，亦称光伏打模块，往往彼此串联而成。这些电池或模块，当暴露于光下时产生连续电流。为了提供与足够的和需要的能量对应的适当的功率，由多个光伏打模块实现表面足够大的扩展。这些模块可以集成在居住建筑或商业场所的顶部，或者设置在集中能量生产现场。在光电池的实现中存在不同的技术。应用最广的这些电池作为光伏打光敏材料集成一组n和p掺杂的半导体，特别是基于结晶硅的半导体或薄层半导体。

于是一般，光伏打模块包括一个用作支撑的衬底，和一个所谓光伏打材料，它往往由n和p掺杂的半导体叠层构成，在电接触区域中构成一个p-n结。另一个衬底(substrat)，在反面上，保证对光伏打材料的保护。在这两个衬底中间，有一个被称作前衬底或前表面衬底，用来面对所接收的光能量。该前表面衬底优选是透明的矿物玻璃，在300至1250nm的辐射范围内呈现非常高光透射率。往往要进行热处理(就是说，退火、淬火或者硬化)，以便能够对抗恶劣的天气，特别是冰雹，而且经久耐用(25至30年)。光伏打材料的每一侧都安排电极，由导电材料构成，构成光电池的正端子和负端子。如所周知，光伏打模块的这两个电极(阳极和阴极)允许收集光在光伏打材料中的作用下产生的电流，由于在半导体分别p和n掺杂的部分之间建立的电位差输送和分离电荷。在专利申请书W02006/005889中描述了一个这样的模块示例，请参见该文了解其实现的细节。

若该结晶硅在半导体范围内提供一个良好的能量效率，而且构成采取“晶圆片(wafers)”形式的光电池第一代，则在工业中人们对所谓薄层技术越来越感兴趣。按照这种技术，具有光伏打活性的材料这次以或薄或厚的层或薄膜的形式直接沉积在衬底上。

该材料包括或一般由无定形硅(a-Si)或微晶硅(μc-Si)构成，或者还有基于镉，尤其按照类型CdS/CdTe的n/p异质结，在本描述中称为碲化镉或CdTe，或者还有基于黄铜矿(CIS，CIGS，CIGSe₂)。

沉积为薄层的这些材料小的厚度在理论上提供降低电池生产成本的可能性。在玻璃衬底上制造该模块，切割成最终的尺寸，于是包括一系列薄层的沉积，依次沉积在衬底上，其中至少：

●一个用作前电极面对入射光的透明层；

●组成该光伏打材料(matériau photovoltaique)本身的不同的薄层，在本描述中，用术语“光伏打层(或薄膜)”表示，和

●用作反射后电极的薄层。

在本描述中和在权利要求书中，还用术语“上”和“下”来表示各层彼此的相对位置，并以玻璃衬底的前表面为基准。同样，以玻璃衬底前表面为基准，总是把安排在电极(TCO)层上面的层作为上层，并以玻璃衬底前表面为基准，把安排在电极(TCO)层下面的层作为下层。

该光电池，在其尺寸和要建立的彼此之间的电连接方面，在每个层的沉积步骤之间用激光(laser)蚀刻的中间步骤实现。这些玻璃衬底往往经过淬火并集成该光电池这样构成模块的前表面衬底。接着，对着装有前表面衬底层叠层的面添加(rapporté par feuilletage)后表面支撑衬底。

为了让光能量通过并直达光伏打活性层，安排在模块前表面玻璃衬底相反一面的电极显然是透明的。该电极往往包括透明导电氧化物，在行内往往被称为TCO(“透明导电氧化物”)。

如所周知，为了制造这些TCO层，作为材料使用铝掺杂的氧化锌(AZO)、铟掺杂的氧化锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(SnO₂:F)，或者还有镓掺杂的氧化锌(GZO)或硼掺杂的氧化锌(BZO)薄层，本清单不准备进行穷举。