[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке № 60/802800, поданной 24 мая 2006 года, и является заявкой в частичное продолжение (CIP) заявки 11/284424, поданной 22 ноября 2005 года, содержание которых включено сюда путем отсылки.
[0002] Изобретение относится к способу изготовления солнечного элемента (или фотоэлектрического устройства), содержащего просветляющее покрытие, наложенное на стеклянную подложку. Просветляющее покрытие сформировано на стеклянной подложке или ей подобной путем пламенного пиролиза, который является разновидностью химического осаждения из газовой фазы при сжигании (от англ. combustion chemical vapor deposition (CCVD)). Примером просветляющего покрытия является осажденный методом CCVD слой оксида кремния (напр., SiO2 или другой подходящей стехиометрии) на стеклянной подложке (непосредственно или опосредованно) на обращенной к падающему свету стороне солнечного элемента. Другим примером просветляющего покрытия является осажденное по меньшей мере частично методом CCVD покрытие на такой стеклянной подложке, содержащее градиентный слой, включающий в себя смесь оксида металла и оксида кремния (напр., SiO2 или другой подходящей стехиометрии).
Предпосылки создания изобретения
[0003] Стекло является желательным благодаря его различным свойствам и применениям, включая оптическую прозрачность и общий внешний вид. Для некоторых иллюстративных применений желательно оптимизировать определенные оптические свойства (напр., пропускание, отражение и/или поглощение света). Например, в некоторых иллюстративных случаях солнечных элементов и т.п. желательно уменьшить отражение света от поверхности стеклянной подложки (напр., накладки (от англ. superstrate) или стеклянной подложки любого другого типа).
[0004] Солнечные элементы/модули известны в уровне техники. Стекло является неотъемлемой частью наиболее распространенных коммерческих фотоэлектрических модулей (напр., солнечных элементов), включая и кристаллические, и тонкопленочные типы. Солнечный элемент/модуль может содержать, например, фотоэлектрическую переводную пленку, выполненную из одного или более слоев, расположенных между парой подложек. Одна или более из этих подложек может быть выполнена из стекла. Стекло может образовать накладку, защищающую нижележащее(ие) устройство(а) или нижележащий(ие) слой(и) для преобразования солнечной энергии в электрическую. Примеры солнечных элементов раскрыты в патентах США №№ 4510344, 4806436, 6506622, 5977477 и в JP 07-122764, содержания которых включены сюда путем отсылки.
[0005] Подложка(и) в солнечном элементе/модуле иногда выполнена(ы) из стекла. Перед тем как достичь активных слоев солнечного элемента (например, фотоэлектрической переводной пленки, такой как полупроводник), входящее излучение проходит сквозь обращенную к падающему свету стеклянную подложку солнечного элемента. Излучение, которое отражено обращенной к падающему свету подложкой, не попадает на активный(е) слой(и) солнечного элемента, что снижает эффективность такого солнечного элемента. Другими словами, было бы желательно уменьшить количество излучения, которое отражается обращенной к падающему свету стеклянной подложкой, тем самым увеличив количество излучения, которое попадает на активный(е) слой(и) солнечного элемента. В частности, выходная мощность солнечного элемента или фотоэлектрического модуля зависит от количества света, или числа фотонов, в пределах конкретного диапазона солнечного спектра, которое проходит сквозь обращенную к падающему свету стеклянную подложку и достигает фотоэлектрического полупроводника.
[0006] На фронтальных поверхностях солнечных элементов уже давно использовались просветляющие покрытия. Однако типичные просветляющие покрытия формируются ионным распылением или тому подобным и, следовательно, являются нежелательными с точки зрения стоимости и сложности. Было бы желательно, если бы при применениях в солнечных элементах можно было наносить более эффективное и более экономически выгодное просветляющее покрытие.
[0007] Таким образом, становится очевидно, что имеется потребность в улучшенном просветляющем покрытии для солнечных элементов и других применений для того, чтобы уменьшить отражение от стеклянных подложек.
Краткое изложение иллюстративных вариантов реализации изобретения
[0008] В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения предлагается улучшенное просветляющее покрытие на обращенной к падающему свету стеклянной подложке солнечного элемента или т.п. и способ его изготовления. Это просветляющее покрытие служит для уменьшения отражения света от стеклянной подложки, тем самым, позволяя большему количеству света в пределах солнечного спектра проходить сквозь обращенную к падающему свету стеклянную подложку и достигать фотоэлектрического полупроводника, в результате чего солнечный элемент может быть более эффективным. В некоторых иллюстративных вариантах реализации просветляющее покрытие формируют на стеклянной подложке посредством пламенного пиролиза (разновидность химического осаждения из газовой фазы при сжигании (CCVD)). При использовании осажденного пламенным пиролизом просветляющего покрытия в комбинации с обращенным к падающему свету стеклом с низким содержанием железа и высоким пропусканием, преимущества становятся особенно существенными.
[0009] В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения осажденное пламенным пиролизом просветляющее покрытие может включать в себя слой или состоять из слоя оксида кремния или с оксидом кремния (напр., SiO2) на стеклянной подложке (непосредственно или опосредованно с другим(и) слоем(ями) между ними).
[0010] В других иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения просветляющее покрытие может включать в себя градиентный слой, содержащий смесь оксида титана (напр., TiO2 или другой подходящей стехиометрии), или оксида другого металла, и оксида кремния (напр., SiO2 или другой подходящей стехиометрии). В некоторых иллюстративных вариантах реализации градиентный слой содержит большее количество оксида кремния на той стороне градиентного слоя, которая наиболее близка к стеклянной подложке, чем на стороне градиентного слоя, более удаленной от стеклянной подложки. Кроме того, в некоторых иллюстративных вариантах реализации градиентный слой содержит большее количество оксида титана (или оксида другого металла) на той стороне градиентного слоя, которая более удалена от стеклянной подложки, чем на стороне, более близкой к стеклянной подложке. В некоторых иллюстративных вариантах реализации поверх градиентного слоя может быть предусмотрен дополнительный слой покрытия, например, из оксида кремния и т.п. Таким образом, просветляющее покрытие на стеклянной подложке возможно обеспечить, используя сочетание подходов как градиента показателя преломления, так и ослабляющей (гасящей) интерференции. В некоторых иллюстративных вариантах реализации, где на стекло (непосредственно или опосредованно) методом CCVD осажден градиентный слой с градиентным или переменным показателем преломления (n), в котором профиль состава меняется от преимущественно SiO2 рядом с поверхностью стекла к материалу с более высоким показателем преломления преимущественно из TiO2 (или оксида другого металла) дальше от поверхности стекла, можно эффективно изменять показатель преломления (n) "стеклянной" поверхности до примерно 2,0-2,5 или, возможно, 2,3-2,5. Тогда необязательный слой образованного методом CCVD SiO2 с примерно ¼-волновой (четвертьволновой) толщиной (от примерно 100 нм), осажденный поверх градиентного слоя, может действовать как ослабляющее интерференционное покрытие и, следовательно, быть просветляющим. Этот необязательный слой SiO2 в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения может иметь физическую толщину от примерно 50 до 150 нм, более предпочтительно - от примерно 80 до 140 нм, еще более предпочтительно - от примерно 80 до 130 нм, предпочтительнее - от примерно 100 до 130 нм, и возможно примерно 100 или 125 нм с тем, чтобы представлять собой ¼-волновую толщину.
[0011] В некоторых иллюстративных вариантах реализации предлагается способ изготовления солнечного элемента, содержащий: обеспечение фотоэлектрического слоя и по меньшей мере стеклянной подложки на обращенной к падающему свету стороне фотоэлектрического слоя; обеспечение просветляющего покрытия, предусматриваемого на стеклянной подложке, причем это просветляющее покрытие содержит по меньшей мере один слой и расположено на обращенной к падающему свету стороне стеклянной подложки; и при этом для формирования, по меньшей мере, части просветляющего покрытия, которое предусмотрено на обращенной к падающему свету стороне стеклянной подложки солнечного элемента, используют пламенный пиролиз.
[0012] В других иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения предлагается солнечный элемент, содержащий: фотоэлектрический слой и по меньшей мере стеклянную подложку на обращенной к падающему свету стороне фотоэлектрического слоя; просветляющее покрытие, обеспеченное на стеклянной подложке по меньшей мере частично пламенным пиролизом, причем это просветляющее покрытие содержит по меньшей мере один слой и расположено на обращенной к падающему свету стороне стеклянной подложки; и при этом стеклянная подложка имеет низкое содержание железа и содержит:
причем стеклянная подложка сама по себе имеет коэффициент пропускания видимого света по меньшей мере 90%, цветовое значение а* на пропускание от -1,0 до +1,0 и цветовое значение b* на пропускание от 0 до +1,5.
Краткое описание чертежей
[0013] Фиг. 1(а) представляет собой вид в сечении солнечного элемента, содержащего просветляющее покрытие по иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения.
[0014] Фиг. 1(b) представляет собой вид в сечении солнечного элемента, содержащего просветляющее покрытие по другому иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения.
[0015] Фиг. 2 представляет собой вид в сечении солнечного элемента, в котором может использоваться просветляющее покрытие по фиг. 1(а) или 1(b) согласно иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения.
Подробное описание иллюстративных вариантов реализации изобретения
[0016] Обратимся теперь более конкретно к прилагаемым чертежам, на которых сходные детали обозначены сходными ссылочными позициями на нескольких видах.
[0017] Некоторые иллюстративные варианты реализации настоящего изобретения относятся к способу изготовления солнечного элемента (или фотоэлектрического устройства), содержащего просветляющее покрытие, нанесенное на стеклянную подложку. Просветляющее покрытие сформировано на стеклянной подложке или т.п. путем пламенного пиролиза, который является разновидностью химического осаждения из газовой фазы при сжигании (CCVD). В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения предлагается усовершенствованное просветляющее покрытие на обращенной к падающему свету стеклянной подложке солнечного элемента или т.п. Это просветляющее покрытие служит для уменьшения отражения света от стеклянной подложки, тем самым, позволяя большему количеству света в пределах солнечного спектра пройти сквозь обращенную к падающему свету стеклянную подложку и достичь фотоэлектрического полупроводника, так что солнечный элемент может быть более эффективен. Стеклянная подложка в разных случаях может быть стеклянной накладкой (superstrate) или любым другим типом стеклянной подложки.
[0018] Некоторые иллюстративные варианты реализации настоящего изобретения относятся к применению просветляющего покрытия 3 на основе диоксида кремния или содержащего диоксид кремния, осажденного посредством пламенного пиролиза на обладающую низким содержанием железа подложку 1 из флоат-стекла или стекла с поверхностным рисунком, для использования в солнечном элементе или других фотоэлектрических областях применения. В частности, стеклянная подложка может быть покровным стеклом на обращенной к падающему свету стороне солнечного элемента. Стекло 1 с низким содержанием железа в комбинации с осажденным пламенным пиролизом просветляющим покрытием 3 уменьшают количество излучения, отражаемого или поглощаемого обращенной к падающему свету подложкой, тем самым увеличивая количество излучения, попадающего на активный(е) слой(и) солнечного элемента. В частности, выходная мощность солнечного элемента или фотоэлектрического модуля зависит от количества света, или числа фотонов, в пределах конкретного диапазона солнечного спектра, которое проходит сквозь обращенную к падающему свету стеклянную подложку и достигает фотоэлектрического полупроводника, так что использование стекла 1 с высоким пропусканием и с низким содержанием железа в комбинации с осажденным пламенным пиролизом просветляющим покрытием 3 значительно увеличивает количество фотонов, достигающих фотоэлектрического полупроводника солнечного элемента, тем самым, улучшая его функциональность.
[0019] На фиг. 1(а) представлен вид в сечении изделия с покрытием по иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения, которое может использоваться в солнечном элементе или тому подобном. Солнечный элемент по фиг. 1 содержит стеклянную подложку 1, расположенную на обращенной к падающему свету стороне, и просветляющее покрытие 3. Просветляющее покрытие 3 в этом конкретном варианте реализации содержит слой или состоит из слоя оксида кремния или с оксидом кремния (напр., SiO2 или другой подходящей стехиометрии).
[0020] Как показано на фиг. 1(а), для осаждения просветляющего покрытия 3, выполненного из оксида кремния или содержащего оксид кремния, применяют пламенный пиролиз. При пламенном пиролизе, например, газообразный силан, такой как HDMSO (гексаметилдисилоксан) или TEOS (тетраэтоксисилан), может подаваться в по меньшей мере одну горелку (или пламя этой горелки) для того, чтобы вызвать осаждение слоя 3 оксида кремния на стеклянную подложку 1 при приблизительно атмосферном давлении. Альтернативно, при пламенном пиролизе можно использовать жидкость и/или газ, содержащие Si или другой желаемый материал, и подаваемые в пламя, по меньшей мере, одной горелки. В примерах пламенного пиролиза предшественник кремния подвергают термическому и/или гидролитическому разложению путем добавления горючего газа (напр., бутана и/или пропана) и осаждают на подложку из газовой фазы. Примеры пламенного пиролиза раскрыты, например и без ограничения, в патентах США №№ 3883336, 4600390, 4620988, 5652021, 5958361 и 6387346, содержания которых включены сюда путем отсылки.
[0021] Использование пламенного пиролиза для осаждения просветляющего покрытия 3 является преимущественным по ряду причин. Пламенный пиролиз намного дешевле и требует меньших капитальных затрат, чем ионное распыление или т.п. Кроме того, когда для осаждения просветляющего покрытия 3 используют пламенный пиролиз, внешняя поверхность осажденного пламенным пиролизом слоя 3 может иметь некоторую степень шероховатости, определяемую пиками и впадинами (т.е. наноструктурами) на ней. В разных вариантах реализации настоящего изобретения эти пики, как и впадины, могут быть острыми или значительно скругленными. Шероховатость внешней поверхности слоя 3 определяется возвышениями "d" пиков относительно соседних впадин и зазорами между соседними пиками или соседними впадинами. На поверхности слоя 3 средняя величина "d" возвышения в некоторых вариантах реализации составляет от примерно 5-60 нм, более предпочтительно - от примерно 10-50 нм, а наиболее предпочтительно - от примерно 20-35 нм. На поверхности слоя 3 среднее разделяющее расстояние "g" между соседними пиками или соседними впадинами в некоторых вариантах реализации составляет от примерно 10-80 нм, более предпочтительно - от примерно 20-60 нм, а наиболее предпочтительно - от примерно 20-50 нм. Такая шероховатость, обусловленная технологией пламенного пиролиза (т.е. структурные пики и впадины), в некоторых вариантах реализации может быть распределена по поверхности осажденного пламенным пиролизом слоя 3 случайным образом, а в других вариантах реализации она может быть распределена приблизительно равномерно. Важно, что такая шероховатость, обусловленная технологией пламенного пиролиза, обеспечивает хорошее светопропускание через обращенное к падающему свету стекло 1 (с покрытием 3 на нем), поскольку наноструктуры (т.е. пики и впадины) являются меньшими, чем определенные длины волн видимого света, так что свет по существу не рассеивается при прохождении через них. В некоторых иллюстративных случаях применение пламенного пиролиза и, следовательно, шероховатость поверхности слоя 3 также повышают гидрофобность покрытия, что в некоторых случаях может быть желательным. Таким образом, следует понимать, что применение пламенного пиролиза для осаждения, по меньшей мере, части просветляющего покрытия 3 является преимущественным по сравнению с другими возможными технологиями.
[0022] В варианте реализации по фиг. 1(а) просветляющее покрытие полностью состоит из слоя 3 на основе оксида кремния. Однако, в других иллюстративных вариантах реализации на стеклянной подложке 1 может/могут быть предусмотрен(ы) и другой(ие) слой(и) выше и/или ниже просветляющего слоя в варианте реализации, показанном на фиг. 1(а); см., напр., вариант реализации по фиг. 1(b).
[0023] На фиг. 1(b) представлен вид в сечении изделия с покрытием по другому иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения. Изделие с покрытием по фиг. 1(b) содержит стеклянную подложку 1 и просветляющее покрытие 3. Просветляющее покрытие 3 в варианте реализации по фиг. 1(b) содержит градиентный слой 3а и покровный слой 3b. Градиентный слой 3а может быть градиентным по своему материалу и/или значению показателя преломления (n). В варианте реализации по фиг. 1(b) градиентный слой 3а содержит смесь оксида титана (напр., TiO2 или другой подходящей стехиометрии, такой как TiOx, где х составляет от 1,0 до 2,0) (или оксида другого металла) и оксида кремния (напр., SiO2 или другой подходящей стехиометрии, такой как SiOx, где х составляет от 1,0 до 2,0). В некоторых иллюстративных вариантах реализации градиентный слой 3а содержит большее количество оксида кремния на той стороне градиентного слоя 3а, которая наиболее близка к стеклянной подложке 1, чем на стороне градиентного слоя 3а, которая удалена от стеклянной подложки 1. Кроме того, в некоторых иллюстративных вариантах реализации градиентный слой 3а содержит большее количество оксида титана на той стороне градиентного слоя 3а, которая удалена от стеклянной подложки 1, чем на стороне градиентного слоя 3а, более близкой к стеклянной подложке 1. Этот градиентный слой 3а в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения может быть осажден пламенным пиролизом, хотя альтернативно он может быть осажден ионным распылением или т.п.
[0024] Снова обращаясь к варианту реализации по фиг. 1(b), часть р1 градиентного слоя 3а, наиболее близкая к стеклянной подложке 1, выполнена преимущественно из оксида кремния (напр., SiO2), а часть р2 градиентного слоя, наиболее удаленная от стеклянной подложки 1, выполнена преимущественно из оксида титана (напр., TiO2) или оксида другого металла. В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения часть р1 градиентного слоя 3, наиболее близкая к стеклянной подложке 1, состоит на примерно 40-100% из оксида кремния (напр., SiO2), более предпочтительно - на примерно 50-100%, еще более предпочтительно - на примерно 70-100%, а наиболее предпочтительно - на примерно 80-100% из оксида кремния (остальное составляет оксид титана или какой-либо другой материал). В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения часть р2 градиентного слоя 3а, наиболее удаленная от стеклянной подложки 1, состоит на примерно 40-100% из оксида титана (напр., TiO2), более предпочтительно - на примерно 50-100%, еще более предпочтительно - на примерно 70-100%, а наиболее предпочтительно - на примерно 80-100% из оксида титана (остальное составляет оксид кремния или какой-либо другой материал). В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения части р1 и р2 градиентного слоя 3а могут контактировать друг с другом рядом с центром этого слоя, тогда как в других иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения части р1 и р2 градиентного слоя 3а могут быть отделены друг от друга промежуточной частью градиентного слоя 3а, которая расположена в центральной части градиентного слоя, как показано на фиг. 1(b).
[0025] Что касается варианта реализации по фиг. 1(b), то в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения показатель преломления (n) градиентного слоя 3а меняется по всей его толщине, причем показатель преломления (n) меньше у части слоя 3а, наиболее близкой к стеклянной подложке 1, и больше у части слоя 3а, наиболее удаленной от стеклянной подложки 1. В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения значение показателя преломления ближней части р1 градиентного слоя 3а, наиболее близкой к стеклянной подложке, может составлять от примерно 1,46 до 1,9, более предпочтительно - от примерно 1,46 до 1,8, еще более предпочтительно - от примерно 1,46 до 1,7, а наиболее предпочтительно - от 1,46 до 1,6. Ближняя часть р1 слоя 3а в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения может иметь толщину от примерно 5 до 10000 Ǻ, возможно - от примерно 10 до 500 Å. В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения значение показателя преломления дальней части р2 градиентного слоя 3а, наиболее удаленной от стеклянной подложки 1, может составлять от примерно 1,8 до 2,55, более предпочтительно - от примерно 1,9 до 2,55, еще более предпочтительно - от примерно 2,0 до 2,55, еще более предпочтительно - от примерно 2,0 до 2,25. В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения дальняя часть р2 слоя 3а может иметь толщину от примерно 5 до 10000 Å, возможно - от примерно 10 до 500 Å. Было обнаружено, что применение оксида титана (Ti) в градиентном слое 3а является особенно преимущественным тем, что он позволяет получить высокое значение показателя преломления во внешней части р2 градиентного слоя 3а, тем самым улучшая противоотражающие свойства просветляющего покрытия. Как указано выше, градиентный слой 3а можно осадить на стеклянную подложку 1 любым подходящим образом. Например, в некоторых иллюстративных вариантах реализации градиентный слой 3а можно осадить ионным распылением. В некоторых иллюстративных случаях этот слой можно осадить ионным распылением, сначала напыляя несколько слоев в последовательности с меняющимися соотношениями оксида кремния к оксиду титана; затем получившуюся последовательность слоев можно подвергнуть термообработке (напр., от 250 до 900°С). Для изначального осаждения этой последовательности слоев можно использовать мишени из Si, SiAl, Ti и/или SiTi. Например, для напыления нижнего(их) слоя(ев) этой последовательности можно использовать распыляемую(ые) мишень(и) из Si или SiAl в газовой атмосфере кислорода и аргона, для напыления верхнего(их) слоя(ев) этой последовательности можно использовать распыляемую(ые) мишень(и) из Ti в газовой атмосфере кислорода и аргона, а для напыления промежуточного(ых) слоя(ев) этой последовательности можно использовать мишень(и) из Si/Ti в газовой атмосфере кислорода и аргона. Профилем диффузии или профилем состава можно управлять с помощью времени и температуры термообработки, которой подвергают эту последовательность, так, чтобы получить в результате градиентный слой 3а. Однако термообработка используется в необязательном порядке. Вместо этого можно использовать другие технологии формирования градиентного слоя 3а, такие как CCVD. Градиентный слой 3а в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения может иметь любую подходящую толщину. Однако, в некоторых иллюстративных вариантах реализации градиентный слой 3а имеет толщину, равную по меньшей мере одной длине волны света. Более того, в разных некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения значение показателя преломления (n) и/или состав материала градиентного слоя 3а могут меняться по всему слою либо непрерывным, либо прерывистым образом.
[0026] В градиентном слое в варианте реализации по фиг. 1(b) в качестве материала с высоким показателем преломления используется оксид титана. Однако следует отметить, что в варианте реализации по фиг. 1(b) в некоторых альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения вместо Ti или в дополнение к нему можно использовать Zr. В других иллюстративных вариантах реализации вместо Ti или в дополнение к нему в варианте реализации по фиг. 1(b) можно использовать Al.
[0027] В варианте реализации по фиг. 1(b) поверх градиентного слоя 3а может быть предусмотрен просветляющий слой 3b из такого материала, как оксид кремния (напр., SiO2), или включающий в себя такой материал, в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения - посредством пламенного пиролиза. В некоторых иллюстративных вариантах реализации толщина покровного просветляющего слоя 3b является приблизительно ¼-волновой толщиной (толщиной в четверть длины волны плюс/минут примерно 5 или 10%) с тем, чтобы действовать в качестве ослабляющего интерференционного покрытия/слоя, тем самым уменьшая отражение от границы раздела между слоями 3а и 3b. Если слой 3b четвертьволновой толщины состоит из SiO2 с примерно ¼-волновой толщиной, то в некоторых иллюстративных вариантах реализации этот слой 3b будет иметь физическую толщину от примерно 50 до 150 нм, более предпочтительно - от примерно 80 до 140 нм, еще более предпочтительно - от примерно 80 до 130 нм, а наиболее предпочтительно - от примерно 100 до 130 нм и, возможно, примерно 100 или 125 нм, чтобы представлять собой ¼-волновую толщину. Хотя для ослабляющего интерференционного слоя 3b в некоторых иллюстративных вариантах реализации предпочтительным является оксид кремния, в других иллюстративных вариантах реализации для этого слоя 3b можно использовать другие материалы. Когда для слоя 3b используются другие материалы, в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения слой 3b также может иметь приблизительно четвертьволновую толщину. Слой 3b, содержащий оксид кремния, в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения может быть относительно плотным, например, с твердостью от примерно 75-100%, для защитных и/или оптических целей. Следует отметить, что поверх слоя 3b в некоторых иллюстративных случаях возможно сформировать другой(ие) слой(и), хотя во многих вариантах реализации слой 3b является самым внешним слоем просветляющего покрытия 3.
[0028] Следует отметить, что оксид кремния в слое 3, 3а и/или 3b может быть легирован другими материалами, такими как алюминий, азот или т.п. Аналогично, в некоторых иллюстративных случаях оксид титана в слое 3а также может быть легирован другим(и) материалом(ами).
[0029] В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения, например, в одном или обоих из показанных на фиг. 1(а) и фиг. 1(b) вариантов, для дополнительного увеличения пропускания излучения (т.е. фотонов) к активному слою солнечного элемента или тому подобного в качестве стеклянной подложки 1 может быть использовано стекло с высоким пропусканием и низким содержанием железа. Например и без ограничения, стеклянная подложка 1 может быть выполнена из любого из стекол, описанных в любой из заявок на патент США с порядковыми №№ 11/049292 и/или 11/122218, содержания которых включены сюда путем отсылки.
[0030] Определенные стекла для стеклянной подложки 1 (которая в некоторых случаях может иметь поверхностный рисунок или не иметь его) согласно иллюстративным вариантам реализации настоящего изобретения в качестве своего основного состава/стекла используют плоское натриево-кальциево-силикатное стекло. Помимо основного состава/стекла, может быть предусмотрена часть с красителем для получения стекла, которое является довольно чистым по цвету и/или имеет высокое пропускание в видимом диапазоне. Примерное натриево-кальциево-силикатное основное стекло согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения содержит следующие основные ингредиенты, в пересчете на массовые проценты:
ПРИМЕРНОЕ ОСНОВНОЕ СТЕКЛО
[0031] В состав основного стекла могут входить другие второстепенные ингредиенты, включая различные традиционные осветлители, такие как SO3, углерод и т.п. В некоторых вариантах реализации, например, стекло здесь может быть выполнено из шихты исходных материалов, в которую входят кварцевый песок, кальцинированная сода, доломит, известняк, с применением сульфатных солей, таких как сульфат натрия (Na2SO4) и/или соль Эпсома (сульфат магния, MgSO4×7H2O) и/или гипс (напр., комбинация любых в пропорции примерно 1:1) в качестве осветлителей. В некоторых иллюстративных вариантах реализации натриево-кальциево-силикатные основные стекла включают по массе от примерно 10-15% Na2O и от примерно 6-12% CaO.
[0032] В дополнение к описанному выше основному стеклу, при изготовлении стекла согласно некоторым иллюстративным вариантам реализации настоящего изобретения, стекольная шихта содержит материалы (включая красители и/или окислители), которые делают получающееся стекло довольно нейтральным по цвету (слегка желтоватым в некоторых иллюстративных вариантах реализации, на что указывает положительное значение b*) и/или имеющим высокое пропускание видимого света. Эти материалы могут присутствовать либо в исходных материалах (напр., небольшие количества железа), либо могут добавляться к материалам основного стекла в шихте (напр., церий, эрбий и/или т.п.). В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения получившееся стекло имеет пропускание видимого света в по меньшей мере 75%, более предпочтительно - по меньшей мере 80%, еще более предпочтительно - по меньшей мере 85%, а наиболее предпочтительно - по меньшей мере примерно 90% (иногда по меньшей мере 91%) (при источнике D65). В некоторых иллюстративных не ограничивающих случаях такие высокие коэффициенты пропускания могут быть достигнуты при эталонной толщине стекла в примерно 3-4 мм. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения, в дополнение к основному стеклу, стекло и/или стекольная шихта содержит материалы или состоит по существу из материалов, указанных ниже (в единицах массовых процентов от общего состава стекла):
ПРИМЕРНЫЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В СТЕКЛЕ
[0033] В некоторых иллюстративных вариантах реализации общее содержание железа в стекле более предпочтительно составляет от 0,01 до 0,06%, еще более предпочтительно - от 0,01 до 0,04%, а наиболее предпочтительно - от 0,01 до 0,03%. В некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения часть с красителем по существу свободна от других красителей (кроме потенциально следовых количеств). Однако следует понимать, что в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения в стекле могут присутствовать некоторые количества других материалов (напр., осветлителей, способствующих плавлению добавок, красителей и/или примесей), без отхода от задач(и) и/или цели(ей) настоящего изобретения. Например, в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения состав стекла по существу свободен от или свободен от одного, двух, трех, четырех или всех из следующих: оксид эрбия, оксид никеля, оксид кобальта, оксид неодима, оксид хрома и селен. Термин "по существу свободен" означает наличие не более 2 частей на миллион и, возможно, вплоть до 0 частей не миллион этого элемента или материала. Следует отметить, что хотя во многих вариантах реализации настоящего изобретения наличие оксида церия является предпочтительным, он не требуется во всех вариантах реализации и во многих случаях умышленно опускается. Однако, в некоторых иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения в стекло в его часть с красителем могут быть введены небольшие количества оксида эрбия (напр., от примерно 0,1 до 0,5% оксида эрбия).
[0034] Общее количество железа, присутствующее в стекольной шихте и в получившемся стекле, т.е. в его части с красителем, в соответствии со стандартной практикой выражено здесь в единицах Fe2O3. Это, однако, не означает, что все железо действительно находится в форме Fe2O3 (см. обсуждение выше в этом отношении). Аналогично количество железа в двухвалентном состоянии (Fe2+) указывается в здесь как FeO, даже несмотря на то, что все двухвалентное железо в стекольной шихте или в стекле может не находиться в форме FeO. Как указано выше, железо в двухвалентном состоянии (Fe2+; FeO) является сине-зеленым красителем, тогда как железо в трехвалентном состоянии (Fe3+) является желто-зеленым красителем; и этот сине-зеленый краситель двухвалентное железо вызывает особую озабоченность, поскольку как сильный краситель оно придает стеклу заметный цвет, который иногда может быть нежелательным, если необходимо получить нейтральный или чистый цвет.
[0035] Следует отметить, что обращенная к падающему свету поверхность стеклянной подложки 1 в разных иллюстративных вариантах реализации настоящего изобретения может быть плоской или с рисунком.
[0036] На фиг. 2 представлен вид в сечении солнечного элемента или фотоэлектрического устройства для преобразования света в электроэнергию согласно иллюстративному варианту реализации настоящего изобретения. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения в солнечном элементе по фиг. 2 используется просветляющее покрытие 3 и стеклянная подложка 1, показанные на фиг. 1(а) или фиг. 1(b). Входящий или падающий свет сначала падает на просветляющее покрытие 3, проходит сквозь него, а затем через стеклянную подложку 1 с высоким пропусканием и низким содержанием железа, попадая на фотоэлектрический полупроводник солнечного элемента (см. тонкопленочный слой солнечного элемента на фиг. 2). Следует отметить, что солнечный элемент может также включать в себя, но не обязательно, электрод, такой как прозрачный проводящий оксид (ППО), пленку усиливающего отражения оксида или этиленвинилацетата (ЭВА), и/или задний металлический контакт, как показано на фиг. 2. Конечно, могут быть использованы и другие типы солнечных элементов, и солнечный элемент по фиг. 2 приведен просто в целях иллюстрации и облегчения понимания. Как поясняется выше, просветляющее покрытие 3 уменьшает отражения падающего света и позволяет большему количеству света попасть на тонкопленочный полупроводниковый слой солнечного элемента, тем самым, позволяя солнечному элементу работать более эффективно.
[0037] Хотя некоторые из описанных выше просветляющих покрытий 3 используются в контексте солнечных элементов/модулей, настоящее изобретение ими не ограничивается. Просветляющие покрытия по настоящему изобретению могут применяться по другим назначениям, таким как рамы для картин, дверцы каминов и прочее. Кроме того, на стеклянной подложке под просветляющим покрытием может/могут быть предусмотрен(ы) другой(ие) слой(и), так что просветляющее покрытие считается находящимся на стеклянной подложке даже в том случае, если между ними имеются другие слои. Кроме того, хотя в варианте реализации по фиг. 1(b) градиентный слой 3а находится непосредственно на стеклянной подложке 1 и контактирует с ней, в альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения между стеклянной подложкой и градиентным слоем можно предусмотреть другой(ие) слой(и).
[0038] Хотя настоящее изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом реализации, следует понимать, что изобретение не должно ограничиваться описанными вариантами реализации, а, наоборот, предназначено охватывать различные модификации и эквивалентные компоновки, заключенные в рамках сути и объема приложенной формулы изобретения.
Изобретение относится к солнечным элементам с просветляющим покрытием. Технический результат изобретения заключается в уменьшении отражения света от стеклянной подложки. На стеклянную подложку наносят фотоэлектрический слой и просветляющее покрытие, обращенное в сторону падающего света. Для формирования просветляющего покрытия используют пламенный пиролиз. Поверхность просветляющего покрытия имеет шероховатость, которая определяется возвышениями "d" пиков относительно соседних впадин и зазором "g" между соседними пиками или между соседними впадинами. Средняя величина "d" возвышения составляет примерно 5-60 нм, а среднее разделяющее расстояние "g" составляет примерно 10-80 нм. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.
1. Способ изготовления солнечного элемента, содержащий:
обеспечение фотоэлектрического слоя и по меньшей мере стеклянной подложки на обращенной к падающему свету стороне фотоэлектрического слоя;
обеспечение просветляющего покрытия, предусматриваемого на стеклянной подложке, причем это просветляющее покрытие включает в себя по меньшей мере один слой и расположено на обращенной к падающему свету стороне стеклянной подложки; и
при этом для формирования по меньшей мере части просветляющего покрытия, которое предусмотрено на обращенной к падающему свету стороне стеклянной подложки солнечного элемента, используют пламенный пиролиз, при этом поверхность просветляющего покрытия имеет шероховатость, которая определяется возвышениями "d" пиков относительно соседних впадин и зазором "g" между соседними пиками или между соседними впадинами, при этом средняя величина "d" возвышения составляет примерно 5-60 нм, а среднее разделяющее расстояние "g" составляет примерно 10-80 нм.
2. Способ по п.1, при котором для формирования просветляющего покрытия используют пламенный пиролиз при приблизительно атмосферном давлении, причем просветляющее покрытие содержит SiO2.
3. Способ по п.1, при котором пламенный пиролиз содержит принудительную подачу силана, жидкого и/или газообразного, в по меньшей мере одну горелку и/или пламя для того, чтобы вызвать осаждение слоя, содержащего оксид кремния, на стеклянную подложку в качестве по меньшей мере части просветляющего покрытия.
4. Способ по п.3, при котором силан содержит TEOS и/или HDMSO.
5. Способ по п.1, при котором пламенный пиролиз используют для формирования на стеклянной подложке слоя, содержащего SiO2.
6. Способ по п.5, при котором на стеклянной подложке между стеклянной подложкой и слоем, содержащим SiO2, предусматривают другой слой.
7. Способ по п.1, при котором просветляющее покрытие включает в себя градиентный слой, предусмотренный непосредственно на стеклянной подложке и контактирующий с ней, причем этот градиентный слой включает в себя смесь оксида кремния и оксида титана, причем в дальней части градиентного слоя, более удаленной от стеклянной подложки, имеется больше оксида титана, чем в ближней части градиентного слоя, более близкой к стеклянной подложке; и
при этом просветляющее покрытие дополнительно содержит слой, содержащий оксид кремния, расположенный поверх градиентного слоя, причем по меньшей мере этот слой, содержащий оксид кремния, осаждают посредством этом пламенного пиролиза.
8. Способ по п.7, при котором ближняя часть градиентного слоя имеет меньшее значение показателя преломления, чем у дальней части градиентного слоя.
9. Способ по п.7, при котором ближняя часть градиентного слоя выполнена преимущественно из оксида кремния.
10. Способ по п.7, при котором ближняя часть градиентного слоя имеет значение показателя преломления от примерно 1,46 до 1,9.
11. Способ по п.7, при котором ближняя часть градиентного слоя имеет значение показателя преломления от примерно 1,46 до 1,7, при этом оксидом титана является TiO2, а оксидом кремния является SiO2.
12. Способ по п.7, при котором дальняя часть градиентного слоя имеет значение показателя преломления от примерно 2,0 до 2,55.
13. Способ по п.7, при котором дальняя часть градиентного слоя имеет значение показателя преломления от примерно 2,3 до 2,55.
14. Способ по п.7, при котором дальняя часть градиентного слоя выполнена преимущественно из оксида титана.
15. Способ по п.7, при котором слой, содержащий оксид кремния, имеет приблизительно четвертьволновую толщину.
16. Способ по п.7, при котором слой, содержащий оксид кремния, составляет от примерно 80 до 140 нм в толщину.
17. Способ по п.7, при котором ближняя часть градиентного слоя выполнена из примерно 40-100% оксида кремния, а дальняя часть градиентного слоя выполнена из примерно 50-100% оксида титана.
18. Способ по п.7, при котором ближняя часть градиентного слоя выполнена из примерно 70-100% оксида кремния, а дальняя часть градиентного слоя выполнена из примерно 70-100% оксида титана.
19. Способ по п.1, при котором просветляющее покрытие содержит градиентный слой, включающий в себя смесь оксида кремния и оксида металла (М), причем в дальней части градиентного слоя, более удаленной от стеклянной подложки, имеется больше оксида металла (М), чем в ближней части градиентного слоя, более близкой к стеклянной подложке, и при этом М является одним или более из группы Ti, Zr и Аl; и при этом просветляющее покрытие дополнительно содержит слой, содержащий оксид кремния, расположенный поверх градиентного слоя.
20. Способ по п.1, при котором стеклянная подложка содержит, мас.%:
при этом стеклянная подложка сама по себе имеет коэффициент пропускания видимого света по меньшей мере 90%, цветовое значение а* на пропускание от -1,0 до +1,0 и цветовое значение b* на пропускание от 0 до +1,5.
21. Солнечный элемент, содержащий:
фотоэлектрический слой и по меньшей мере стеклянную подложку на обращенной к падающему свету стороне фотоэлектрического слоя;
просветляющее покрытие, обеспеченное на стеклянной подложке по меньшей мере частично пламенным пиролизом, причем это просветляющее покрытие включает в себя по меньшей мере один слой и расположено на обращенной к падающему свету стороне стеклянной подложки, причем поверхность просветляющего покрытия имеет шероховатость, которая определяется возвышениями "d" пиков относительно соседних впадин и зазором "g" между соседними пиками или между соседними впадинами, при этом средняя величина "d" возвышения составляет примерно 5-60 нм, а среднее разделяющее расстояние "g" составляет примерно 10-80 нм; и при этом стеклянная подложка содержит, мас.%:
при этом стеклянная подложка сама по себе имеет коэффициент пропускания видимого света по меньшей мере 90%, цветовое значение а* на пропускание от -1,0 до +1,0 и цветовое значение b* на пропускание от 0 до +1,5.
| JP 2003152202 А, 23.05.2003 | |||
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
| US 6165598 А, 26.12.2000 | |||
| US 4206252 А, 03.06.1980 | |||
| US 4792536 А, 20.12.1988 | |||
| Способ получения покрытий на стекле | 1987 |
|
SU1830053A3 |
