[發明專利]柔性聚合物片材的金屬化

在審

• 申請號: 201680068334.X
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN108307663A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 斯科特·維德曼
• 申請（專利權）人: 環球太陽能公司
• 主分類號: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02;C25D1/20;H01L31/0224;C25D1/08;H01L31/18;H05K3/20;C25D1/04
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 李慧慧;鄭霞

導電網格形成系統、裝置和相關方法，可以包括：具有導電表面的滾筒、涂覆所述表面的絕緣層、以及在絕緣層中形成以暴露導電表面的部分的網格圖案。滾筒表面可旋轉到化學池內和從化學池旋轉出來，使得金屬網格電沉積在導電表面的被暴露部分中。聚合物片材可以被層壓到滾筒的表面，且然后被移除，使得金屬網格附著到聚合物片材并且隨著聚合物片材被移除。可以在該過程的各個步驟中使用熱、壓力和/或粘合劑，以便于金屬網格優先粘附到聚合物片材。

交叉引用

為了所有目的，下列相關申請和材料全部并入本文：美國專利號8,993,364和美國公開號2013/0269748A1。

領域

本公開涉及用于在柔性聚合物片材上形成導電網格圖案的系統和方法。例如，形成的網格圖案可以特別適合于用作在光伏電池或模塊中的收集網格(collection grid)或者用作低成本柔性電路，例如射頻識別標簽(RFID標簽)。

介紹

光伏的領域通常涉及將太陽光直接轉換成DC電功率的多層材料。這種轉換的基本機制是光伏效應，其在1839年由Antoine-César Becquerel首先觀察到，并首先由愛因斯坦在1905年的有影響力的科學論文中正確描述，他由于該論文被授予諾貝爾物理學獎。在美國，光伏(PV)設備通俗地被稱為太陽能電池或PV電池。太陽能電池通常被配置為p型和n型半導體的協作夾層，其中n型半導體材料(在夾層的一“側”上)展現過量的電子，并且p型半導體材料(在夾層的另一“側”上)表現過量的空穴，每個空穴表示電子的缺乏。在這兩種材料之間的p-n結附近，來自n型層的價電子移動到p型層中的相鄰孔中，在太陽能電池內部產生小的電不平衡。這導致了在形成電子p-n結的冶金結附近的電場。

當入射光子將電池中的電子激發到導帶內時，被激發的電子變成脫離半導體的原子的束縛，形成自由電子/空穴對。如上所述，因為p-n結在結附近產生電場，所以在結附近以這種方式產生的電子/空穴對趨向于分離并離開結，電子朝著在n型側上的電極移動，并且空穴朝著在結的p型側上的電極移動。這在電池中產生總體電荷不平衡，使得如果在電池的兩側之間提供外部導電路徑，電子將沿著外部路徑從n型側移到p型側，產生電流。實際上，可以由覆蓋表面的一部分的導電網格從n型側的表面處或附近收集電子，同時仍然允許入射光子充分進入電池內。

當適當定位的電觸點被包括并且電池(或一系列電池)合并到閉合電路中時，這樣的光伏結構形成工作PV設備。作為獨立設備，單個傳統太陽能電池不足以為大多數應用提供電力。因此，太陽能電池通常通過將一個電池的正面連接到另一個電池的背面而被布置到PV模塊或“串”中，從而以電串聯將各個電池的電壓加在一起。通常，大量的電池串聯連接以實現可用電壓。因而產生的DC電流然后可以通過逆變器被饋送，在逆變器中DC電流以適當的頻率變換成AC電流，該頻率被選擇為匹配由傳統電網供應的AC電流的頻率。在美國，這個頻率是60赫茲(Hz)，而大多數其他國家以50赫茲或60赫茲提供AC功率。

為商業用途開發的一種特定類型的太陽能電池是“薄膜”PV電池。與其他類型的PV電池(例如晶體硅PV電池)相比，薄膜PV電池需要較少的光吸收半導體材料來產生工作電池，并且因此可以降低處理成本。基于薄膜的PV電池還通過采用先前開發的用于電極層的沉積技術來提供降低的成本，其中相似的材料被廣泛用在用于保護性、裝飾性和功能性涂層的薄膜工業中。低成本商業薄膜產品的常見例子包括在基于聚合物的食品包裝上的不透水涂層、在建筑玻璃上的裝飾涂層、在住宅和商業玻璃上的低發射率熱控制涂層、以及在眼鏡上的劃痕和抗反射涂層。采用或修改在這些其他領域中已經開發的技術允許光伏電池薄膜沉積技術的開發成本的降低。

此外，薄膜電池展示超過20％的效率，20％比得上或超過最高效晶體電池的效率。特別是，半導體材料二硒化銅銦鎵(CIGS)是穩定的，具有低毒性，并且真實地是薄膜，在工作的PV電池中需要小于兩微米的厚度。因此，迄今為止，CIGS看起來展示了對高性能、低成本薄膜光伏產品的最大潛力，并因而展示了對滲透到大容量發電市場的最大潛力。薄膜PV技術的其他半導體變形包括二硒化銅銦、二硫化銅銦、二硒化銅銦鋁和碲化鎘。