包括太阳能电池的电子设备和用于制造所述太阳能电池的方法 |
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| 申请号 | CN202280057374.X | 申请日 | 2022-05-20 | 公开(公告)号 | CN117836725A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 斯沃奇集团研究和开发有限公司; | 发明人 | J·拜拉特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 太阳能 电池 (10)，其包括由透明材料制成并且旨在暴露于光 辐射 的基底(100)、形成在基底(100)上的第一 电极 (110)以及布置在该第一电极(110)与第二电极(120)之间的 单体 太阳能电池 (130)，第一和第二电极(110，120)由透明导电材料制成，单体太阳能电池(130)配置成吸收光辐射并在所述第一和第二电极(110，120)的 端子 处由光辐射产生 电流 ，第二电极(120)和单体太阳能电池(130)被穿孔，以允许光辐射穿过所述太阳能电池(10)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电子设备，该电子设备包括太阳能电池(10)，所述太阳能电池(10)包括由透明材料制成并旨在暴露于光辐射的基底(100)、形成在所述基底(100)上的第一电极(110)以及布置在该第一电极(110)与第二电极(120)之间的单体太阳能电池(130)，所述太阳能电池(10)的特征在于，所述第一和第二电极(110，120)由透明导电材料制成，所述单体太阳能电池(130)适于吸收光辐射并在所述第一和第二电极(110，120)的端子(111，112)处由光辐射产生电流，所述第二电极(120)和所述单体太阳能电池(130)被所述太阳能电池(10)的空腔(140)穿孔，以便允许光辐射穿过所述太阳能电池(10)，所述电子设备还包括反射元件(150)，所述反射元件(150)配置成反射所述光辐射的至少一部分并且布置成使得所述单体太阳能电池(130)暴露于所述光辐射的被反射部分。 |
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| 说明书全文 | 包括太阳能电池的电子设备和用于制造所述太阳能电池的方法 技术领域背景技术[0003] 在某些应用中，例如在钟表领域，美观是一项关键要求。这导致了所谓的“半透明”太阳能电池的发展，其目的是隐藏起来。 [0005] 太阳能电池具有延伸穿过第二电极和单体太阳能电池并允许部分入射光穿过太阳能电池的沟槽和穿孔。这些沟槽和穿孔被确定尺寸和分布为使得它们为用肉眼观察太阳能电池的使用者在太阳能电池中提供透明度。 [0006] 当然，太阳能电池被孔和/或沟槽覆盖的表面积越大，太阳能电池的透明度越大，其电效率越低。反之，表面积越小，太阳能电池的透明度越低，电效率越高。 [0007] 因此，对太阳能电池美观的需求是以牺牲所述电池的电效率为代价的，因此必须在电池的透明度水平与其电效率之间找到折衷方案。 [0008] 因此，需要提高半透明太阳能电池的电效率而不损害透明度和/或美观性。 发明内容[0009] 本发明通过提供一种包括太阳能电池的电子设备解决了上述缺点，该太阳能电池设计成满足该太阳能电池安装在其中的电子设备、例如钟表的美观要求，同时提供足够水平的电能来为其供电，即，具有高效率。 [0010] 为此，本发明涉及一种包括太阳能电池的电子设备，该太阳能电池包括由透明材料制成并旨在暴露于光辐射的基底、形成在基底上的第一电极、以及布置在该第一电极与第二电极之间的单体太阳能电池(cellule solaireélémentaire)。 [0011] 第一和第二电极由导电且透明的材料制成。 [0012] 单体太阳能电池适于吸收光辐射，即，透过基底传输的光辐射，并在所述第一和第二电极的端子处由光辐射产生电压。第二电极和单体太阳能电池被所述太阳能电池中的空腔穿孔，以允许光辐射穿过所述太阳能电池。 [0013] 该电子设备还包括反射元件，该反射元件配置成反射所述光辐射的至少一部分并且布置成使得单体太阳能电池暴露于光辐射的被反射部分。 [0014] 因此，由于第二电极是透明的，所以单体太阳能电池可以吸收透过基底传输的光辐射以及反射的光辐射。 [0015] 由于本发明，单体太阳能电池因此能够比现有技术中使用的单体太阳能电池吸收更大量的光线，从而导致其效率的显著提高。 [0016] 在特定实施例中，本发明还可包括以下特征中的一个或多个，这些特征必须单独考虑或根据技术上可行的任何组合来考虑。 [0017] 在特定实施例中，第一电极被所述太阳能电池的空腔穿孔。 [0021] 在特定实施例中，第二电极和单体太阳能电池被空腔穿孔。有利地，空腔可具有六边形截面。 [0022] 空腔的截面可替代地具有任何类型的规则或不规则形状，具有简单或复杂的几何形状以在第一电极上形成铺砌(pavage)。 [0023] 在特定实施例中，太阳能电池包括由透明材料制成的保护涂层，其覆盖第一和第二电极以及单体太阳能电池。例如，保护涂层由聚对二甲苯、聚酰亚胺、氮化物或氧化物制成。 [0024] 在特定实施例中，单体太阳能电池具有通孔，以便使第一电极与第二电极连接，从而允许两个端子之间的连接。 [0025] 本发明还涉及一种由如前文所述的电子设备形成的钟表，该钟表包括表壳，该表壳包括限定内部空间的中间部件、表镜和后盖，在该内部空间中容纳有通过太阳能电池供应电能的钟表机芯，并且任选地容纳有表盘，反射元件由所述表盘或所述钟表机芯形成。 [0026] 该钟表还包括如上所述的太阳能电池，其布置成向钟表机芯供应电能，表盘插置在所述太阳能电池与所述钟表机芯之间。 [0027] 更具体地，太阳能电池插置在表镜与钟表机芯之间，或者当钟表中包括表盘时，太阳能电池插置在表镜与表盘之间。 [0028] 在本发明的特定实施例中，太阳能电池紧固至表镜，使得基底在表壳内部抵靠表镜，第二电极面向内部空间。 [0029] 在本发明的特定实施例中，表镜由基底形成，太阳能电池布置成使得第二电极面向内部空间。 [0030] 在本发明的特定实施例中，太阳能电池紧固至表盘，使得基底抵靠表盘，第二电极面向表镜。 [0031] 在本发明的特定实施例中，表盘由基底形成，太阳能电池布置成使得第二电极面向表镜。 [0032] 本发明的又一方面涉及一种用于制造太阳能电池、例如上述太阳能电池的方法，该方法包括以下连续步骤： [0033] ‑在透明基底上沉积透明导电层形式的第一电极， [0036] ‑在所述单体太阳能电池和所述预定区域上沉积透明导电层形式的第二电极，[0037] ‑在预定部分上将第二电极和单体太阳能电池图案化，以便电隔离第一和第二电极。 [0038] 将太阳能电池图案化的步骤允许在太阳能电池中产生空腔。 [0039] 在本发明的特定实施方案中，在将第二电极和单体太阳能电池图案化的步骤期间对第一电极进行穿孔。 [0040] 在本发明的特定实施方案中，第一和第二电极以及单体太阳能电池用形成保护涂层的透明材料封装。 [0043] 在本发明的特定实施方案中，将第二电极和单体太阳能电池图案化的步骤在单次操作中执行。 [0044] 在本发明的特定实施方案中，将第二电极和单体太阳能电池图案化的步骤通过干法蚀刻法来执行。 [0046] 本发明的其他特征和优点将从以下参考附图通过示例给出的非限制性的详细描述中变得显而易见，其中： [0047] 图1示意性地示出了根据本发明的太阳能电池的截面图； [0048] 图2至图5示意性地示出了图1的太阳能电池在根据本发明的制造方法的不同步骤的截面图。 具体实施方式[0049] 本发明的描述是在本发明应用于由钟表(例如手表)形成的电子设备的背景下给出的。然而，不言而喻的是，本发明不限于这种应用，其可以有利地与任何其他电子设备一起使用。 [0050] 还应当指出的是，本文中的术语“透明”是指材料让全部或部分光线、特别是肉眼可见的光透过的能力。 [0051] 根据本发明的一个优选实施例的太阳能电池10适于将光辐射转换成电流，以便经由供电电路向钟表的电机装置或显示装置供电。钟表的供电电路和电机装置或显示装置对于本领域技术人员来说是熟知的，且本身与本发明无关。因此，下面将不详细描述它们并且未在图中示出它们。 [0052] 该钟表包括表壳，该表壳包括中间部件、表镜和后盖。表壳限定了容纳钟表机芯的内部空间，该钟表机芯包括供电电路和上述电机装置或显示装置，以及任选地表盘。这些钟表部件及其布置结构对于本领域技术人员来说是熟知的。 [0053] 在本发明的优选示例性实施例中，太阳能电池10布置在表镜与表盘之间。 [0054] 如图1所示，太阳能电池10包括由透明材料制成的基底100，其旨在经由第一面101暴露于光辐射。在一个替代实施例中，所述光辐射是入射的辐射或透射的辐射。在图1中，入射或透射的辐射由粗箭头20表示。 [0055] 该基底100例如由玻璃、蓝宝石或聚合物制成，例如聚萘二甲酸乙二醇酯，其首字母缩略词为“PEN”，或者聚对苯二甲酸乙二醇酯，其首字母缩略词为“PET”。其他可能性包括例如首字母缩略词为PC的聚碳酸酯或首字母缩略词为PMMA的聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物。 [0056] 基底100可例如在其外周上通过粘合剂结合或通过机械或物理紧固方式、例如离子结合或脉冲电流结合紧固，使得其第一面101布置成抵靠表镜。因此，基底100的第一面101所接受的光辐射是透过表镜传输的辐射。 [0057] 或者，基底100可以构成钟表的表镜。因此，所述基底100的第一面101所接受的光辐射是入射的辐射。 [0058] 可以想象，特别是在这种情况下，基底100可以在其第一面101上进行抗反射处理，以便使透过所述基底接收的光辐射的量最大化。 [0059] 太阳能电池10还包括形成在基底100的第二面102的全部或部分表面上的第一电极110。该第一电极110直接暴露于透过基底100传输的光辐射，该光辐射由穿过所述基底100的辐射产生。 [0060] 如图1所示，单体太阳能电池130布置在该第一电极110与第二电极120之间。 [0061] 在本发明的该替代实施例中，第二电极120旨在面向表壳的内部空间。 [0062] 第一电极110和第二电极120通过单体太阳能电池130彼此连接，并且由导电且透明的材料制成，例如透明导电氧化物，其首字母缩略词为“TCO”。这种透明导电氧化物可以是氧化锌或氧化铟锡。 [0063] 单体太阳能电池130适于吸收光辐射并在第一和第二电极110和120的端子111和112处由光辐射产生电流。 [0064] 从图1中可以看出，单体太阳能电池130具有通孔131，该通孔131允许第一电极110连接到第二电极120，从而允许基底100的同一个面上、在该示例中第二面102上的两个端子111和112之间的简单连接。 [0065] 端子111和112覆盖有导电材料层，导电材料例如为银膏或其他金属材料，以提高端子的导电性。该导电材料层通过本领域技术人员本身已知的任何印刷或材料沉积技术来沉积，例如通过物理气相沉积法来沉积。 [0066] 更具体地，单体太阳能电池130由利用非晶硅制成的多个叠置的薄层(未示出)组成，例如数量为三层。 [0068] 如图1所示，第二电极120和单体太阳能电池130被穿孔以允许透射的辐射穿过所述太阳能电池10。 [0069] 更具体地，太阳能电池10包括穿过第二电极120和单体太阳能电池130的空腔140。这些空腔140在它们不延伸到基底100中的意义上是盲腔。因此，每个空腔140在第二电极 120和单体太阳能电池130中形成同轴的通孔，如图1所示。 [0070] 因此，透射的辐射可穿过太阳能电池10，其中基底100和第一电极110是透明的，并且该透射的辐射的一部分可被电子设备的反射元件150反射。 [0071] 在本发明的优选应用中，这种元件由钟表的表盘或钟表机芯构成。 [0072] 在一个替代实施例中，第一电极110也可以被穿孔，以使太阳能电池10的透明度最大化。因此，空腔140穿过第一电极110、第二电极120以及单体太阳能电池130。因此，每个空腔140都在第一电极110、第二电极120以及太阳能电池130中形成同轴的通孔。 [0073] 表盘或钟表机芯适于反射已经穿过太阳能电池10的空腔140的光辐射(即透射穿过基底和第一电极110传输的辐射)的一部分。例如，表盘或钟表机芯适于反射50％以上它接收到的光辐射。 [0074] 光辐射的被反射部分在本文的其余部分中称为“被反射的辐射”，并且在图1中由细箭头30表示。 [0075] 有利地，单体太阳能电池130因此可吸收透过基底传输的辐射的一部分以及由表盘或钟表机芯反射的辐射的一部分。 [0076] 由于第二电极120由透明材料制成，因此增加了单体太阳能电池130的光吸收表面，从而提高了单体太阳能电池130的效率。 [0077] 有利地，空腔140可具有六边形截面。这种形状的优点是可以最大限度地减少电损耗。 [0078] 空腔140的截面可替代地具有任何类型的规则或不规则形状，具有简单或多种几何形状，以在第一电极110上形成铺砌。举例来说，空腔140可以是丝状的，例如沟槽，或者具有多边形形状，例如三角形、正方形、字母、标志等形状。 [0079] 太阳能电池10可包括由透明材料制成的保护涂层(图中未示出)，其封装第一电极110和第二电极120以及单体太阳能电池130。该保护涂层保护太阳能电池10免受任何外部攻击或污染。 [0080] 这种保护涂层可由聚对二甲苯、聚酰亚胺、氮化物或氧化物制成。 [0081] 在本发明的另一替代实施例中，基底100可在其外周上例如通过粘合剂结合或通过机械紧固装置紧固，使得其第一面101布置成抵靠表盘或钟表机芯。 [0082] 或者，基底100可形成表盘。因此，第二电极120旨在面向表镜。 [0083] 因此，单体太阳能电池130可吸收透过表镜传输的辐射的一部分和由钟表机芯反射的辐射的一部分。 [0084] 本发明还涉及一种用于制造太阳能电池、例如上述太阳能电池10的制造方法。 [0085] 该制造方法包括分别在图2至图5和图1中按时间顺序显示的以下连续步骤： [0086] ‑在透明基底100上沉积透明导电层形式的第一电极110， [0087] ‑在第一电极110上沉积适于吸收光辐射并由光辐射产生电流的单体太阳能电池130， [0088] ‑在预定区域上将单体太阳能电池130图案化，以便形成通孔131，[0089] ‑在单体太阳能电池130和所述预定区域上沉积透明导电层形式的第二电极120，以填充通孔131， [0090] ‑在预定部分上将第二电极120和单体太阳能电池130图案化，以便将第一电极110和第二电极120电隔离。 [0091] 图案化步骤允许在太阳能电池10中形成多个空腔140。 [0092] 在该图案化步骤期间可以将第一电极进一步图案化。 [0093] 有利地，通过实施根据本发明的方法可形成并联或串联的多个太阳能电池。 [0094] 在图中未示出的最后一个步骤中，第一电极110、第二电极120以及单体太阳能电池130可用形成保护涂层的透明材料封装。 [0095] 具体地，可以使用材料沉积法来执行该最后一个步骤，该材料沉积法根据所选择的形成保护涂层的材料而变化。例如，如果保护涂层的材料是聚对二甲苯，则最后一个步骤可通过化学气相沉积法来执行；如果保护涂层的材料是聚酰亚胺，则可以通过离心涂覆来执行；或者，如果所选择的形成保护涂层的材料是氧化物，则通过等离子体增强化学气相沉积法(CVD或ALD)来执行。例如，在保护涂层由氮化物制成的情况下，保护涂层也可以通过物理气相沉积法、通过蒸发或通过阴极溅射来沉积。 [0096] 沉积第一电极110和第二电极120的步骤可通过物理气相沉积法或通过化学气相沉积法来执行。 [0097] 此外，单体太阳能电池130可通过等离子体增强化学气相沉积来沉积。 [0098] 有利地，将第二电极120和单体太阳能电池130图案化的步骤可在单次操作中执行。这种布置可以通过根据本发明的太阳能电池10的特定设计来实现。 [0099] 图案化步骤可通过干法蚀刻法(例如反应离子蚀刻法)、湿法蚀刻法、或者干法蚀刻法和湿法蚀刻法的组合来执行。 |
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