钙钛矿太阳电池组件的制作方法

1.本实用新型主要涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳电池组件。


背景技术：

2.钙钛矿技术凭借其高效率低成本的优点，在近年来得到学术界和工业界的持续关注。目前实验室中小面积钙钛矿太阳电池最高认证效率已达25.5％，可与传统太阳电池相媲美，因而具有广阔的商业化前景。研究制备钙钛矿太阳电池组件是钙钛矿走向商业化的必经之路。
3.如图1是一种太阳能电池组件10的剖面立体结构图。目前，大部分钙钛矿太阳电池组件的结构采用刻蚀隔离的方法，形成如图1所示的各子电池11、12和13相互串联的结构。电池组件10底部由不导电的玻璃glass层以及间断排布的导电玻璃fto层构成。
4.其中，以子电池11为例，其采用的是电子传输层etl(electron transporting layer)、钙钛矿层(perovskite)以及空穴传输层htl(hole transporting layer)，并在其上覆盖金属层au层最终形成金属电极。
5.如图1所示的结构和现有的制备方式存在诸多问题，例如，由于各子电池采用串联的方式，在电池组件的工作过程中会因钙钛矿层的不稳定性等因素造成串联连接的某一块子电池失效、乃至整个电池组件损坏的情况。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题是提供一种钙钛矿太阳电池组件，可以改变太阳电池组件内部的连接方式，提升太阳电池组件的稳定性和可靠性。
7.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种钙钛矿太阳电池组件，包括：导电基底，所述导电基底包括基层和导电层；分隔槽，贯穿所述导电层而将所述导电层分隔为区域阵列，所述区域阵列的每一行包括分隔的多个导电区域；电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层，依次位于每个所述导电区域之上；多个开口，每一开口依次贯穿每个所述导电区域上的所述电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层，以露出每个所述导电区域；以及多个电极，包括：接触每一行最左侧的导电区域上方的空穴传输层的第一公共电极，穿过每一行最右侧的开口而接触最右侧的导电区域的第二公共电极，以及多个连接电极，每一连接电极在每一行中穿过第一开口而接触由所述第一开口露出的第一导电区域，且接触第二导电区域上方的空穴传输层，所述第一导电区域和第二导电区域在所述导电层上相邻。
8.在本实用新型的一实施例中，所述第一公共电极包括柄部和多个齿部，每一齿部从所述柄部延伸，且接触每一行所述最左侧的导电区域上方的空穴传输层。
9.在本实用新型的一实施例中，所述第二公共电极包括柄部和多个齿部，每一齿部从所述柄部延伸，且穿过所述每一行最右侧的开口而接触所述最右侧的导电区域。
10.在本实用新型的一实施例中，每一所述连接电极包括柄部和齿部，所述柄部穿过所述第一开口而接触由所述第一开口露出的所述第一导电区域，所述齿部从所述柄部延伸
且接触所述第二导电区域上方的空穴传输层。
11.在本实用新型的一实施例中，所述电极的厚度为30至100nm。
12.在本实用新型的一实施例中，所述开口的宽度为1～10mm。
13.在本实用新型的一实施例中，还包括：封装材料，封装于所述多个电极之上；以及背板，封装于所述导电基底之下。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
15.本实用新型的钙钛矿太阳电池组件是将整块导电基底的导电层部分隔成按阵列排布的多个导电区域，再依次覆盖电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层，并设置贯穿各层直达导电区域的开口，最后通过图形化设计掩膜制备金属电极，实现了基底上各子电池的串并联组合的连接方式，工艺简单，重复性好，各子电池之间串联和并联方式共存，有利于提高组件的抗失效性，显著提升组件封装后的稳定性。
附图说明
16.包括附图是为提供对本技术进一步的理解，它们被收录并构成本技术的一部分，附图示出了本技术的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：
17.图1是一种太阳能电池组件的剖面立体结构图；
18.图2a～2f是本实用新型一实施例的一种钙钛矿太阳电池组件的各层的分解平面示意图；
19.图3a～3f是本实用新型一实施例的一种钙钛矿太阳电池组件的各层的分解立体示意图；
20.图4是本实用新型一实施例的一种钙钛矿太阳电池组件中电极的结构示意图；以及
21.图5是根据本实用新型一实施例的一种钙钛矿太阳电池组件的制备方法的流程示意图。
22.图1～图4中的附图标记列表
23.10
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太阳能电池组件
24.11～13
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太阳能电池组件10中的子电池
25.20
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钙钛矿太阳电池组件
26.21
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导电基底
27.211
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基层
28.212
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导电层
29.2120
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外接电极
30.22
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分隔槽
31.220
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导电区域
32.2200
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最左侧的导电区域
33.2201
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最右侧的导电区域
34.23
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实体层
35.231
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电子传输层
36.232
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钙钛矿层
37.233
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空穴传输层
38.24
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封装层
39.25
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开口
40.251
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最右侧的开口
41.26
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金属电极层
42.260
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第一公共电极
43.261
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第二公共电极
44.262
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连接电极
45.2600
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第一公共电极柄部
46.2601～2603 第一公共电极齿部
47.2610
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第二公共电极柄部
48.2611～2613 第二公共电极齿部
49.2620
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连接电极柄部
50.2621
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连接电极齿部
具体实施方式
51.为了更清楚地说明本技术的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
52.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
53.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
54.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
55.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、
“
在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
56.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，尽管本技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本技术。
57.应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。
58.本实用新型的一方面提出了一种钙钛矿太阳电池组件，可以改变太阳电池组件内部的连接方式，提升太阳电池组件的稳定性和可靠性。
59.如图2f和3f所示，分别是本实用新型一实施例中的一种钙钛矿太阳电池组件20的俯视平面图和立体示意图。而图2a～2e所示是本实用新型在该实施例中钙钛矿太阳电池组件20的各层的分解平面示意图，以及图3a～3e所示是本实用新型该实施例中钙钛矿太阳电池组件20的各层的分解立体示意图。
60.下面根据图2a～3f对于本实用新型一实施例的一种钙钛矿太阳电池组件20的结构做出说明。
61.首先，从整体上来说，参考图3f所示，电池组件20包括导电基底21、多个分隔槽22以及实体层23，该实体层23参考图3c所示，可以理解为由电子传输层231、钙钛矿层232以及空穴传输层233依次叠加而成的实体层23。进一步的，在实体层23之上，还有封装层24，从而将电池组件20封装为一体。
62.具体的，更清楚的如图3a所示，导电基底21包括基层211和导电层212。
63.示例性的，在本实用新型的一些实施例中，基层211为玻璃衬底或聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺等有机衬底。在本实用新型的其他一些实施例中，导电层212可以为fto、ito、azo、gzo、ag纳米线等透明导电材料，导电层厚度为100至500nm。
64.进一步的，如图2b、2c以及3b所示，在分隔导电层21时，在导电层21的边缘位置还预留有外接电极位置2120，该区域可以直接用作电池组件20和外界实现电连接的接入口或布线区域。
65.如图2b和3b所示，多条分隔槽22贯穿导电层212而将导电层212分隔为区域阵列，区域阵列的每一行包括分隔的多个导电区域220。由于多条分隔槽22是贯穿导电层212，分隔之后的多个导电区域220之间互不导电，每一个导电区域220都可以看作是电池组件中的
一个电极的基础，后续将对于各电极之间的连接方式做出说明。
66.如上所述，如图2c和3c所示的标号23所指示的为电子传输层231、钙钛矿层232和空穴传输层233依次覆盖于每个导电区域220上的结合后的实体层23。在依次排列之后，位于实体层23的上表面即为空穴传输层233。
67.示例性的，电子传输层231可以为tio2、sno2、zno2、izo、富勒烯及衍生物(c60、c70、pcbm)、basno3或azo中的一种或多，其制备方法可以选取溅射法或溶胶凝胶法，厚度为5至100nm。上述钙钛矿层232选取化学式为abx3型的钙钛矿材料，其中，a为cs、rb、ch3nh3或ch2(nh2)2中的一种或多种，b为pb，而x为i或br中的一种或多种，其制备方法为热蒸发法或溶液法。最后，上述空穴传输层233为niox、cuscn、cualo2等无机空穴导电材料或聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺]等一些耐高温的有机空穴导电材料。
[0068]
可以理解的是，无论是图2c中用斜线阴影区域标识的实体层23还是图3c中灰色区域标识的实体层23，其均是为了附图的简洁而对于依次排列的电子传输层231、钙钛矿层232和空穴传输层233进行了抽象和简单的表示。本实用新型不因此对于各层的排布和结构做出限制，例如，电子传输层231、钙钛矿层232和空穴传输层233的形状在某些情况下可以不完全相同、或者各层的尺寸等存在差异。
[0069]
进一步的，如图2d和3d所示，在由电子传输层231、钙钛矿层232和空穴传输层233组合形成的实体层23之上，还具有贯穿实体层23的多个开口25。每一开口25由下至上依次贯穿电子传输层231、钙钛矿层232和空穴传输层233，从而最终在空穴传输层233上露出开口25大小的导电区域220。
[0070]
示例性的，在本实用新型的一些实施例中，上述配置多个开口25的方法可以采用物理划割或使用化学溶剂擦拭的方法，确保位于电子传输层231、钙钛矿层232和空穴传输层233下方的导电层212(即各导电区域220)的一部分(呈现为开口25的大小)裸露出来，从而可以实现不同的电极之间通过开口25所在位置所露出的导电层212连接而导电。
[0071]
在本实用新型的一实施例中，经由上述开口而在导电层露出的导电区域的宽度为1～10mm，但是本实用新型不以此为限。
[0072]
优选地，在该实施例中，如图2d和3d所示，每一个开口25都对应位于其中一个导电区域220的正上方的实体层23上，且对于每一行相邻的导电区域220来说，开口25的位置分别位于前者的上边缘和后者的下边缘，以便于后续电极的连接，但是本实用新型不以此为限。在其他的一些实施例中，开口25的位置和排布可能会因为所想要实现的电极连接方式的不同而发生改变。
[0073]
进一步如图2e和3e所示，在具有多个开口25的实体层23的上表面，还具有金属电极层26，由于金属电极层26的覆盖以及其与多个开口25大小的导电区域220的连接，使得电池组件20具有了多个电极。
[0074]
在本实用新型的一些实施例中，上述金属电极26的材质可以为au、ag、al、cu等金属，其制备方法为热蒸发或丝网印刷法。
[0075]
在本实用新型的一实施例中，上述金属电极层的厚度(也即上述第一公共电极、第二公共电极以及多个连接电极的厚度)为30至100nm，但是本实用新型也不因此而对于金属电极层的厚度做出限制。
[0076]
进一步具体的，如上所述，多条分隔槽22贯穿导电层212而将导电层212分隔为区
域阵列，区域阵列的每一行包括分隔的多个区域220。现参考图2b和3b所示，上述区域阵列在每一行的最左侧和最右侧分别具有最左侧的导电区域2200和最右侧的导电区域2201。
[0077]
可以理解的是，由于图2a～3f仅示出了具有两列的区域的情况，因此图中示出的两列即分别为最左侧的导电区域2200和最右侧的导电区域2201。在本实用新型的其他实施例中，在最左侧的导电区域2200和最右侧的导电区域2201之间还排布有多列的其他导电区域220。
[0078]
继续如图2e和3e所示，电池组件20中的多个电极中具有一个第一公共电极260和一个第二公共电极261。其中，第一公共电极260接触每一行最左侧的导电区域2200上方的空穴传输层(在图2e和3e中，显示为实体层23的最上表面)的第一公共电极260。
[0079]
现参考图2d和3d所示，如上所述，多个开口25错落的露出每一行相邻的两个导电区域220，且上述区域阵列的每一行最右侧的导电区域2201最右侧的开口251露出。继续如图2e和3e所示，第二公共电极261会穿过每一行最右侧的开口251而接触最右侧的导电区域2201。
[0080]
除了上述的第一公共电极260和第二公共电极261，在上述多个电极中还具有一种连接电极262，在每一行中位于第一公共电极260和第二公共电极261之间。每一连接电极262在每一行中穿过第一开口而接触由第一开口露出的第一导电区域，且接触第二导电区域上方的空穴传输层，第一导电区域和第二导电区域在导电层上相邻。
[0081]
可以理解的是，图2a～3f仅仅示出了两列的导电区域220，因此，最左侧的导电区域2200和最右侧的导电区域2201自然在导电层212上是相邻的。由此便在附图中仅示出了位于最左侧的第一公共电极260、最右侧的第二公共电极261以及二者之间的一个连接电极262，由此，图2e和3e所示的每一行的连接电极262，在所在行中所穿过的第一开口也即最左侧的导电区域2200上的开口、而所接触的第二导电区域上方的空穴传输层也即最右侧的导电区域2201上方的空穴传输层233。
[0082]
但是本实用新型不以上述的连接电极262的位置和个数为限制。在本实用新型的其他一些实施例中，在每一行中具有多个连接电极。
[0083]
如图4所示，是在以上的实施例中，钙钛矿太阳电池组件20中多个电极的结构示意图。
[0084]
具体的，如图4所示，第一公共电极260包括柄部2600和多个齿部2601、2602和2603，各个齿部都是从柄部2600延伸出来的，且齿部的个数在一些实施例中代表了电池组件所具有的行数。参考图2e和3e所示，各个齿部2601、2602和2603接触每一行最左侧的导电区域2200的空穴传输层233(在图2e和3e中，显示为实体层23的上表面)。
[0085]
相似的，如图4所示，第二公共电极261包括柄部2610和多个齿部2611、2612和2613，各个齿部也都是从柄部2610延伸出来的。参考图2e和3e所示，各个齿部2611、2612和2613从柄部2610延伸，穿过每一行最右侧的导电区域2201上的最右侧的开口251而接触最右侧的导电区域2201。
[0086]
在该实施例中，多个连接电极262呈“刀”形，也各自具有柄部2620以及齿部2621。可以理解的是，参考图2e和3e所示，对于导电层212上的同一行中的任意两个相邻的导电区域220而言，定义在前的为第一导电区域而定义在后的为第二导电区域。某一个连接电极的柄部2620位于在前的第一导电区域上且穿过在前的第一导电区域上的第一开口而接触由
该第一开口露出的在前的第一导电区域，该连接电极的齿部2621位于在后的第二导电区域上且接触在后的第二导电区域上方的空穴传输层。进一步的，该连接电极的齿部2621所在的上述第二导电区域对于其在同一行相邻的之后的一连接电极来说，又重新作为第一导电区域，以此类推。在每一行中，连接电极262采用正反交替的形式依次连接，且在每一行的最左侧和最右侧分别与电池组件20的第一公共电极260和第二公共电极261相连。
[0087]
在本实用新型的一些其他实施例中，上述导电基底之下还具有背板，与上述封装材料一起封装，对于电池组件起到保护的作用。
[0088]
示例性的，上述封装层24所用材料可以为乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物、聚烯烃纤维、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、聚酯、聚烯烃、沙林树脂或环氧树脂。而封装背板可以为玻璃或有机背板，层压机封装过程中，压制温度为80至150摄氏度，压制时间为1至60分钟。
[0089]
上述的钙钛矿太阳电池组件分隔导电区域，在电子传输层、钙钛矿层以及空穴传输层开口并配合图形化的金属电极层，由此，在电池组件中每一行的各电极之间即实现了串联，并且在各行之间由于开口的特定位置又形成了并联的方式，从而实现了钙钛矿太阳电池组件内部的连接方式改变，即使在某一行中的某电极失效，仍有与其并联的其他行中的电极可以工作，有效地提升了太阳电池组件的稳定性和可靠性。
[0090]
为了更好的理解本实用新型的一种钙钛矿太阳电池组件的电池组件，下面对于根据本实用新型的一种钙钛矿太阳电池组件的制备方法做出简要的说明。
[0091]
如图5所示，是根据本实用新型一实施例的一种钙钛矿太阳电池组件的制备方法50的流程示意图。图5使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
[0092]
如图5所示，钙钛矿太阳电池组件的制备方法50包括以下步骤：
[0093]
51：提供导电基底，导电基底包括基层和导电层；
[0094]
52：切割导电层以形成贯穿的分隔槽，分隔槽将导电层分隔为区域阵列，区域阵列的每一行包括分隔的多个导电区域；
[0095]
53：在每个导电区域上依次形成电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层；
[0096]
54：在每个导电区域上形成依次贯穿电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层的开口，每个开口露出每个导电区域；
[0097]
55：形成接触每一行最左侧的导电区域上方的空穴传输层的第一公共电极，穿过每一行最右侧的开口而接触最右侧的导电区域的第二公共电极，以及多个连接电极，每一连接电极在每一行中穿过第一开口而接触由第一开口露出的第一导电区域，且接触第二导电区域上方的空穴传输层，第一区域和第二区域在导电层上相邻。
[0098]
在本实用新型的一实施例中，上述钙钛矿太阳电池组件的制备方法还包括清洗导电基底。
[0099]
示例性的，在本实用新型的一实施例中，上述切割导电层以形成贯穿的分隔槽的步骤包括物理划割和激光刻蚀，分隔槽的宽度为0.1～1mm。
[0100]
在本实用新型的一实施例中，上述形成接触每个区域中的部分导电区域和空穴传输层的电极的步骤包括热蒸发法或丝网印刷法，电极的厚度为30至100nm。
[0101]
在本实用新型的一些其他的实施例中，上述钙钛矿太阳电池组件的制备方法还包括覆盖封装材料及背板以封装成钙钛矿太阳电池组件。
[0102]
示例性的，上述覆盖封装材料及背板以封装成钙钛矿太阳电池组件的步骤包括：通过热压完成封装，其中压制温度为80至150摄氏度，压制时间为1至60分钟。
[0103]
采用上述制备方法所制备的本实用新型的一种钙钛矿组件可以改变太阳电池组件内部的连接方式，从而提升太阳电池组件在使用过程中的稳定性和可靠性。
[0104]
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述实用新型披露仅仅作为示例，而并不构成对本技术的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本技术进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本技术中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本技术示范实施例的精神和范围。
[0105]
同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
[0106]
同理，应当注意的是，为了简化本技术披露的表述，从而帮助对一个或多个实用新型实施例的理解，前文对本技术实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本技术对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
[0107]
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本技术一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
[0108]
虽然本技术已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本技术，在没有脱离本技术精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本技术的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本技术的权利要求书的范围内。