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CN102312530A - 一体式太阳能瓦片及其制造方法 - Google Patents

一体式太阳能瓦片及其制造方法 Download PDF

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CN102312530A CN2010102196901A CN201010219690A CN102312530A CN 102312530 A CN102312530 A CN 102312530A CN 2010102196901 A CN2010102196901 A CN 2010102196901A CN 201010219690 A CN201010219690 A CN 201010219690A CN 102312530 A CN102312530 A CN 102312530A
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silicon nitride
tile
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陆惠民
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Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

一种一体式太阳能瓦片，包括曲面瓦片本体、氮化硅薄膜、第一接触电极、非晶硅薄膜、第二接触电极、金属导线层及保护膜。所述氮化硅薄膜覆盖于所述曲面瓦片本体之顶面，所述第一接触电极贴于所述氮化硅薄膜之表面，所述非晶硅薄膜覆盖所述氮化硅薄膜及所述第一接触电极，所述第二接触电极贴于所述非晶硅薄膜之表面并与所述第一接触电极相互绝缘。所述金属导线层设置于所述非晶硅薄膜的表面并且电连接所述第二接触电极。所述保护膜覆盖于所述金属导线层表面。本发明还揭露了一种制造所述太阳能瓦片的方法。本发明之太阳能瓦片制造方法可将太阳能电池与屋顶瓦片制造整合为一体，从而使得太阳能瓦的结构简单，成本降低。

Description

一体式太阳能瓦片及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种一体式太阳能瓦片及其制造方法。
背景技术
建筑光电一体化是太阳能技术发展的趋势，是个全新的领域，也是个新的市场。将太阳能电池与屋顶瓦片结合为一体已经成为业界广泛使用的技术，但现有技术之太阳能电池均通过分别制程、机构加工定位的方式结合于屋顶瓦片。这样的结构使得整个屋顶瓦片的结构复杂化，增加制造成本。
发明内容
有鉴于此，需提供一种具有一体式结构的太阳能瓦片及制造所述太阳能瓦片的方法，以将太阳能电池与屋顶瓦片一体化制造。
本发明一种实施方式中的一体式太阳能瓦片包括曲面瓦片本体、氮化硅薄膜、第一接触电极、非晶硅薄膜、第二接触电极、金属导线层及保护膜。所述曲面瓦片本体包括顶面及侧面，所述氮化硅薄膜覆盖于所述曲面瓦片本体之顶面，所述第一接触电极贴设于所述氮化硅薄膜之表面，所述非晶硅薄膜覆盖于所述氮化硅薄膜及所述第一接触电极，所述第二接触电极贴设于所述非晶硅薄膜之表面并与所述第一接触电极相互绝缘。所述金属导线层设置于所述非晶硅薄膜的表面并且电连接所述第二接触电极。所述保护膜覆盖于所述金属导线层表面。
本发明一种实施方式中的太阳能瓦片制造方法包括如下步骤：于曲面瓦片本体顶面镀膜形成氮化硅薄膜。于所述氮化硅薄膜表面形成太阳能电池层。所述太阳能电池层形成的步骤包括：于所述氮化硅薄膜之表面贴上第一接触电极作为太阳能电池正极的金属电极；于所述氮化硅薄膜表面沉积非晶硅薄膜，使得所述非晶硅薄膜覆盖所述氮化硅薄膜及所述第一接触电极；在所述非晶硅薄膜表面贴上第二接触电极作为负极金属电极，并保证所述第二接触电极与所述第一接触电极相互绝缘；及于所述非晶硅薄膜表面设置一层金属导线层，并使所述金属导线层电连接所述第二接触电极。于所述太阳能电池层上设置保护膜。及将表面依次设有所述氮化硅薄膜、所述太阳能电池层及所述保护膜的曲面瓦片本体通过真空腔加热，以形成为一体式太阳能瓦片。
相较于现有技术，本发明之太阳能瓦片制造方法可将太阳能电池与屋顶瓦片制造整合为一体，从而使得太阳能瓦的结构简单，成本降低。
附图说明
图1是包括本发明之一种实施方式之一体式太阳能瓦片的立体分解示意图。
图2是图1所示之一体式太阳能瓦片之局部立体图。
图3是在太阳光的照射下，本发明之一体式太阳能瓦片之非晶硅薄膜之局部放大示意图。
图4是本发明之一体式太阳能瓦片制造方法之流程图。
主要元件符号说明
曲面瓦片本体                            10
顶面                                    12
侧面                                    14
氮化硅薄膜                              20
非晶硅薄膜                              30
P型非晶硅薄膜                           32
正电荷                                  320
I型非晶硅薄膜                           34
N型非晶硅薄膜                           36
负电荷                                  360
保护膜                                  40
第一接触电极                            50
第一本体部                             52
第一端部                               54
第二接触电极                           60
第二本体部                             62
第二端部                               64
金属导线层                             80
纵向金属线                             82
横向金属线                             84
具体实施方式
请参阅图1及图2，本发明一种实施方式中的一体式太阳能瓦片包括曲面瓦片本体10、氮化硅(SiN)薄膜20、第一接触电极50、非晶硅(amorphous silicon)薄膜30、第二接触电极60、金属导线层80及保护膜40。所述曲面瓦片本体10包括顶面12及侧面14。氮化硅薄膜20覆盖于所述曲面瓦片本体10顶面12。
所述第一接触电极50贴设于所述氮化硅薄膜20的表面。所述第一接触电极50包括第一本体部52及第一端部54，所述第一本体部52呈长条状并贯穿所述氮化硅薄膜20，所述第一端部54垂直设置于所述第一本体部52的一端，并延伸至所述曲面瓦片本体10的侧面14。所述非晶硅薄膜30覆盖于所述氮化硅薄膜20及所述第一接触电极50，所述第二接触电极60贴设于所述非晶硅薄膜30表面，并与所述第一接触电极50相互绝缘。所述第二接触电极60包括第二本体部62和第二端部64，所述第二本体部62贴设于所述非晶硅薄膜30表面的一边缘处，所述第二端部64垂直设置于所述第二本体部62的一端并延伸至所述曲面瓦片本体10的侧面14。所述第一接触电极50与所述第二接触电极60分别位于所述非晶硅薄膜30的两面，用于作为本发明之太阳能瓦片之两个金属电极。本实施方式中，所述第二端部64与所述第一端部54分别位于靠近所述曲面瓦片本体10之侧面14之两端处，用于作为本发明之太阳能瓦片之两个接线端。所述两个接线端用于将太阳能瓦片连接到接线盒，所述第一接触电极50与所述第二接触电极60分别设置于靠近本发明之太阳能瓦片的两端处，以方便太阳能瓦片与接线盒之间连接安装。
所述金属导线层80设置于所述非晶硅薄膜30的表面，并且电连接所述第二接触电极60。本实施方式中，所述金属导线层80包括纵横交错设置多条纵向金属线82及横向金属线84，其中一条纵向金属线82的一端搭接于所述第二接触电极60的第二本体部62，以实现所述金属导线层80与所述第二接触电极60之间的电连接关系。
所述第一接触电极50、非晶硅薄膜30、第二接触电极60及所述金属导线层80共同形成了本发明之太阳能瓦片之完整的太阳能电池层。
所述保护膜40覆盖于所述金属导线层80表面，所述保护膜40呈透明状，以利于太阳光的穿透。所述保护膜40包括层迭设置的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)层及聚乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)层，其中所述乙烯-醋酸乙烯共聚物层贴近所述太阳能电池层，所述聚乙烯-四氟乙烯共聚物层位于最外层。
综上所述，所述氮化硅薄膜20、所述第一接触电极50、所述非晶硅薄膜30、所述第二接触电极60、所述金属导线层80及所述保护膜40依次层迭设置于所述曲面瓦片本体10顶面12，并形成一体式太阳能瓦片。
本发明一种实施方式中的太阳能瓦制作方法是以所述曲面瓦片本体10为基材，所述曲面瓦片本体10可以为陶瓷瓦、粘土瓦、混凝土瓦等常用基材。请参阅图4，具体的制造方法包括如下步骤。
于所述曲面瓦片本体10的顶面12上镀膜形成氮化硅薄膜20。本实施方式中，通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)法于所述曲面瓦片本体10顶面12形成所述氮化硅薄膜20，可选择直接等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备。
利用所述PECVD设备沉积氮化硅薄膜20的加工艺包括以下步骤：
(1)清洗曲面瓦片本体10：将曲面瓦片本体10放入玻璃洗液中浸泡十余小时后放入丙酮中清洗，然后用无水乙醇清洗，之后用热风烘干。
(2)沉积氮化硅薄膜20：将清洗后的曲面瓦片本体10放入PECVD真空室内，开始抽真空，并开始升温。当真空室温度上升至约300℃并保持稳定时，给真空室充入稀释的N2及8～12％的SiH4和NH3至1～5Pa，此时控制SiH4和NH3的气体流量比为30：5，并加上射频功率使其开始放电，功率密度为约为0.25W/cm2。所述沉积氮化硅薄膜步骤需要沉积两次，先沉积20～35分钟，之后再重复沉积30～45分钟。
(3)热处理工艺：将沉积完成的氮化硅薄膜20的曲面瓦片本体10放入烘箱内，冲入N2气进行保护，然后按照5～10℃/min进行升温，到达280℃后保温2～4小时，再按照5～10℃/min的速率进行降温，直至回到室温。
另有其他实施方式中，还可以通过溅射法(Sputtering)或远距电浆辅助化学气相沉积法(Remote PECVD)形成所述氮化硅薄膜20。
接着于所述氮化硅薄膜20表面形成太阳能电池层。首先于所述氮化硅薄膜20之表面贴上第一接触电极50作为太阳能电池正极的金属电极。本实施方式中，将所述第一接触电极50贴设于靠近所述曲面瓦片本体10之一端处。
然后利用化学气相沉积的方法于所述氮化硅薄膜20表面沉积非晶硅薄膜30，使得所述非晶硅薄膜30覆盖所述氮化硅(SiN)薄膜20及所述第一接触电极50。本实施方式中，于直接等离子体增强化学气相沉积设备中沉积非晶硅薄膜30，具体包括如下步骤：
(1)在氮化硅薄膜20上制备P型非晶硅薄膜32，其中通入的各气体流量约为：B2H6：25SCCM，CH4：25SCCM，SIH4：40SCCM，射频功率约为100W，衬底温度为100℃，溅射气压为：1Pa，溅射时间约为：1分钟。
(2)在所述P型非晶硅薄膜32上制备I型非晶硅薄膜34，其中通入的各气体流量为：SIH4：20SCCM，射频功率为100W，衬底温度为200℃，溅射气压为：1Pa，溅射时间为：45分钟。
(3)在所述I型非晶硅薄膜34上制备N型非晶硅薄膜36，其中通入的各气体流量为：PH3：30SCCM，SIH4：15SCCM，射频功率为100W，衬底温度为：250℃，溅射气压为：1Pa，溅射时间为：1.5分钟。
沈积完成所述非晶硅薄膜30后，在所述非晶硅薄膜30表面贴上第二接触电极60作为负极金属电极，第二接触电极60与第一接触电极50相互绝缘。本实施方式中，将所述第二接触电极60贴设于靠近所述曲面瓦片本体10之另一端处。
于所述非晶硅薄膜30表面设置一层金属导线层80，并使所述金属导线层80电连接所述第二接触电极60。
此时，形成了本发明之太阳能瓦之完整的太阳能电池层。
于所述太阳能电池层之金属导线层80上设置保护膜40，先沉积乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)层，再沉积聚乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)层，使得所述乙烯-醋酸乙烯共聚物层贴近所述太阳能电池层，所述聚乙烯-四氟乙烯共聚物层位于最外层。
最后，将表面依次设有氮化硅薄膜、太阳能电池层及保护膜40的曲面瓦片本体10通过真空腔加热，以形成为一体式太阳能瓦片。
请参阅图3，当太阳光照射本发明之太阳能瓦片时，太阳光线穿透所述保护膜40，使所述太阳电池层吸收太阳光能。所述非晶硅薄膜30吸收太阳光能，使得所述N型非晶硅薄膜36内的电子受到光能激发涌入P型非晶硅薄膜32中，以填补所述P型非晶硅薄膜32内的电洞。在所述N型非晶硅薄膜36和P型非晶硅薄膜32的接合处，因电子-电洞的结合形成一个载子空乏区，所述P型非晶硅薄膜32中带有正电荷320，所述N型非晶硅薄膜36中带有负电荷360，因此，形成一个内建电场。所述金属导线层80将所述N型非晶硅薄膜上所带有的负电荷360收集并传输至第二接触电极60。
由于金属导线具有良好的导电性能，所述金属导线层80作为太阳能电池层所产生的电子的传输载体，将电子传输至第二接触电极60，提高了本发明之太阳能瓦片之将太阳能转化为电能的效率。由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，将直流电转换成交流电，则可供电至家庭用电或工业用电。
本发明之太阳能瓦片制造方法将太阳能电池与屋顶瓦片制造为一体，从而使得太阳能瓦的结构简单，成本降低。

Claims (9)

1.一种一体式太阳能瓦片，包括：
曲面瓦片本体，包括顶面和侧面；
氮化硅薄膜，覆盖所述曲面瓦片本体之顶面；
第一接触电极，贴于所述氮化硅薄膜之表面；
非晶硅薄膜，覆盖所述氮化硅薄膜及所述第一接触电极；
第二接触电极，贴于所述非晶硅薄膜之表面，并与所述第一接触电极相互绝缘；
金属导线层，设置于所述非晶硅薄膜的表面，并且电连接所述第二接触电极；及
保护膜，覆盖于所述金属导线层表面；
所述氮化硅薄膜、所述第一接触电极、所述非晶硅薄膜、所述第二接触电极、所述金属导线层及所述保护膜依次层迭设置于所述曲面瓦片本体顶面，并形成一体式太阳能瓦片。
2.如权利要求1所述之一体式太阳能瓦片，其中，所述第一接触电极包括第一本体部及第一端部，所述第一本体部呈长条状并贯穿所述氮化硅薄膜，所述第一端部垂直设置于所述第一本体部之一端，并延伸至所述曲面瓦片本体之侧面。
3.如权利要求2所述之一体式太阳能瓦片，其中，所述第二接触电极包括第二本体部和第二端部，所述第二本体部贴设于所述非晶硅薄膜表面之一边缘处，所述第二端部垂直设置于所述第二本体部之一端并延伸至所述曲面瓦片本体之侧面。
4.如权利要求3所述之一体式太阳能瓦片，其中，所述金属导线层包括纵横交错设置多条纵向金属线及横向金属线，其中一条纵向金属线之一端搭接于所述第二接触电极之第二本体部，以实现所述金属导线层与所述第二接触电极之间的电连接关系。
5.如权利要求4所述之一体式太阳能瓦片，其中，所述保护膜呈透明状，并包括层迭设置的乙烯-醋酸乙烯共聚物层及聚乙烯-四氟乙烯共聚物层。
6.一种一体式太阳能瓦片制造方法，包括：
于曲面瓦片本体顶面镀膜形成氮化硅薄膜；
于所述氮化硅薄膜表面形成太阳能电池层，包括：
于所述氮化硅薄膜之表面贴上第一接触电极作为太阳能电池正极的金属电极；
于所述氮化硅薄膜表面沉积非晶硅薄膜，使得所述非晶硅薄膜覆盖所述氮化硅薄膜及所述第一接触电极；
在所述非晶硅薄膜表面贴上第二接触电极作为负极金属电极，并保证所述第二接触电极与所述第一接触电极相互绝缘；及
于所述非晶硅薄膜表面设置一层金属导线层，并使所述金属导线层电连接所述第二接触电极；
于所述太阳能电池层上设置保护膜；及
将表面依次设有所述氮化硅薄膜、所述太阳能电池层及所述保护膜的所述曲面瓦片本体通过真空腔加热，从而形成一体式太阳能瓦片。
7.如权利要求6所述之一体式太阳能瓦片制造方法，其中，于所述曲面瓦片本体顶面镀膜形成所述氮化硅薄膜包括：
清洗并烘干所述曲面瓦片本体；
沉积所述氮化硅薄膜；及
将沉积完成的氮化硅薄膜的曲面瓦片本体放入烘箱内进行热处理工艺。
8.如权利要求7所述之一体式太阳能瓦片制造方法，其中，于所述氮化硅薄膜表面沉积非晶硅薄膜的步骤包括：
在所述氮化硅薄膜上制备P型非晶硅薄膜；
在所述P型非晶硅薄膜上制备I型非晶硅薄膜；及
在所述I型非晶硅薄膜上制备N型非晶硅薄膜。
9.如权利要求8所述之一体式太阳能瓦片制造方法，其中，于所述太阳能电池层上设置所述保护膜时先沉积乙烯-醋酸乙烯共聚物层，再沉积聚乙烯-四氟乙烯共聚物层，使所述聚乙烯-四氟乙烯共聚物层位于最外层。
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