CN104009117B - 一种柔性薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性薄膜太阳能电池的制备方法，该制备方法包括步骤：在固定于玻璃载体上的柔性玻璃上形成第一透明导电层，并在第一透明导电层上形成第一开口；在第一透明导电层上形成覆盖第一开口的发射极薄膜，并形成第二开口；在发射极薄膜上形成覆盖第二开口的第二透明导电层，并在第二透明导电层以及发射极薄膜上形成第三开口；在第二透明导电层上形成第一柔性粘结层；在第一柔性粘结层上形成第一柔性薄板；对上述结构进行封装，在封装后移除玻璃载体。相应的，本发明还提供采用本方法制备的柔性薄膜太阳能电池。采用本发明的技术方案，能够有效降低柔性薄膜太阳能电池制备的碎片率，提高生产效率，增加电池强度。

Description

一种柔性薄膜太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明属于薄膜太阳能电池的制造领域，具体地说涉及一种柔性薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着节能环保理念的深入人心以及光伏领域的迅速发展，以太阳能电池进行发电的技术不断进步，薄膜太阳能电池，特别是柔性薄膜太阳能电池的发展取得了显著进步。但是现有柔性薄膜太阳能电池的衬底多为不透钢材料，在其制备过程中，难以在同一块衬底上实现多个电池串联的结构，而只能做成单个的柔性电池结构。这样，在实际应用时需要将单个电池串联以提高电池应用的使用电压。这种方法在很大程度上加大了柔性太阳能电池应用产品的加工制备工序，复杂度高。此外，以不透钢为衬底的柔性太阳能电池不能实现透明的效果。

目前，以透明玻璃为衬底的硅基薄膜电池产业化技术也已经相当成熟。可以制作成多个电池串联的电池组件，这些电池组件封装后可以直接应用。其制备温度一般在200℃左右，同时要求所选用的透明玻璃对特定激光无明显吸收。

透明塑料兼具透明和柔性的特点，可以作为柔性透明薄膜电池衬底的备选材料。但是高透过性的塑料，如PET、PE等塑料，一般在难以承受200℃的高温，因此在硅基薄膜电池方面难以应用。而耐高温的塑料，如PI等，对于特定波长的激光会明显吸收，如对于波长为355nm的吸收率可达到85％以上，这样会导致激光不能通过PI而实现对透明导电层TCO划线绝缘的作用。

因此，在没有出现兼具耐高温和高透光性的柔性材料，或者硅基薄膜电池工艺中没有新型的对TCO导电层有效绝缘技术的前提下，在同一衬底上制备柔性并由多个电池串联的薄膜电池组件存在巨大的挑战。

发明内容

本发明提供了一种在同一衬底上制作多个电池串联的柔性薄膜太阳能电池。

根据本发明的一个方面，提供一种柔性薄膜太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括步骤：

步骤S101，将柔性玻璃固定在厚度为2～4mm上的玻璃载体上；

步骤S102，在所述柔性玻璃上形成第一透明导电层，并在所述第一透明导电层上形成第一开口；

步骤S103，在所述第一透明导电层上形成发射极薄膜，所述发射极薄膜覆盖所述第一开口，并在所述发射极薄膜上紧邻所述第一开口形成第二开口；

步骤S104，在所述发射极薄膜上形成第二透明导电层，所述第二透明导电层覆盖所述第二开口，并在所述第二透明导电层以及所述发射极薄膜上形成第三开口；

所述第三开口紧邻所述第二开口，并远离所述第一开口；

步骤S105，在所述第二透明导电层上形成第一柔性粘结层；

步骤S106，在所述第一柔性粘结层上形成第一柔性薄板；

步骤S107，对所述柔性玻璃、第一透明导电层、发射极薄膜、第二透明导电层、第一柔性粘结层和第一柔性薄板进行封装，在封装后移除所述玻璃载体。

根据本发明的一个具体实施方式，在所述步骤S107之后还包括：

步骤108，在所述柔性玻璃的另一面依次形成第二柔性粘结层和第二柔性薄板；

步骤109，对所述柔性薄膜太阳能电池进行封装。

根据本发明的另一个方面，提供一种柔性薄膜太阳能电池，所述柔性薄膜太阳能电池由下至上依次包括：柔性玻璃、由第一透明导电层、发射极薄膜和第二透明导电层组成的串联薄膜电池、第一柔性粘结层和第一柔性薄板；所述柔性薄膜太阳能电池采用本发明提供的制备方法制备。

根据本发明的一个具体实施方式，在所述柔性玻璃相对于所述串联薄膜电池的另一侧依次包括：第二柔性粘结层和第二柔性薄板。

本发明采用的厚度在0.03～0.75mm的柔性玻璃具有较大的可变形量，在一定范围内可以卷曲而表现为柔性；同时由于玻璃透明，对激光的吸收很小，可以实现与传统常规硅基薄膜电池工艺中激光划线绝缘的效果。

由于柔性玻璃的厚度很小，因而机械强度很小、易碎。在电池制备过程中，将柔性玻璃放在厚玻璃载体上，可以有效避免柔性玻璃的破碎，从而满足在电池制备过程机械传输的要求。当在柔性玻璃上制备好电池结构后，通过柔性粘结层及柔性薄板材料的粘合，不仅可以完成薄膜电池的封装，而且更为重要的是其机械强度明显增强，去除掉厚玻璃载体后依旧可以满足成品太阳能电池转移、运输和使用的要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1所示为根据本发明提供的一种柔性薄膜太阳能电池的制备方法的一个具体实施方式的流程示意图；

图2所示为根据本发明提供的一种柔性薄膜太阳能电池的制备方法的另一个具体实施方式的流程示意图；

图3～图12所示为根据本发明提供的一种柔性薄膜太阳能电池的形成过程中的结构示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

参考图1，图1所示为根据本发明提供的一种柔性薄膜太阳能电池的制备方法的一个具体实施方式的流程示意图。

步骤S101，将柔性玻璃210固定在厚度为2～4mm上的玻璃载体100上，如图3所示。优选的，所述柔性玻璃210的厚度为0.03mm～0.75mm，例如：0.03mm，0.1mm，0.3mm或者0.75mm。优选的，为了增加制备的柔性薄膜太阳能电池的硬度，所述柔性玻璃210为化学法钢化的薄玻璃。

参考图4和图5，执行步骤S102，在所述柔性玻璃210上形成第一透明导电层310，并在所述第一透明导电层310上形成第一开口。

第一透明导电层(Transparent Conductive Oxide，TCO)310的形成可采用Oerlikon薄膜电池生产体系或上海理想能源科技的低温化学气相沉积法(LPCVD)沉积透明氧化物材料而形成。可选的，形成所述第一透明导电层310的材料包括：氧化锡、氧化铟锡、氧化铟、掺硼氧化锌、掺铝氧化锌和/或掺镓氧化锌。优选采用掺硼氧化锌(ZnO)制备第一透明导电层310。

优选的，采用激光烧灼的方式在第一透明导电层310上形成第一开口。优选的，采用波长为355nm的紫外激光来实现对第一开口的形成。

步骤S103，在所述第一透明导电层310上形成发射极薄膜410，所述发射极薄膜410覆盖所述第一开口，如图6所示。

可选的，所述发射极薄膜410包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的一种或多种。所述非晶硅、微晶硅、多晶硅或单晶硅薄膜形成包含一个p-n结、n-p结、p-i-n结或者n-i-p结的单结结构，或形成包含多个p-n结、n-p结、p-i-n结或者n-i-p结的多结结构。

以非晶硅(a-Si)形成的具有p-i-n结构的发射极薄膜410为例，其可以采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)方式沉积p型、i型、n型三层非晶硅而得。优选的，如需调节透光率，可以调整i层(本征层)的厚度来调整透光率。

之后参考图7，在所述发射极薄膜410上紧邻所述第一开口形成第二开口。优选的，采用激光烧灼的方式在发射极薄膜410上形成第二开口。优选的，采用波长为532nm的绿色激光来实现对第二开口的形成。

步骤S104，如图8所示，在所述发射极薄膜上410形成第二透明导电层320，所述第二透明导电层320覆盖所述第二开口。

可选的，第二透明导电层320可以用低温化学气相沉积法(LPCVD)沉积形成。

可选的，形成第二透明导电层320的材料包括：氧化锡、氧化铟锡、氧化铟、掺硼氧化锌、掺铝氧化锌和/或掺镓氧化锌。优选采用掺硼氧化锌(ZnO)制备第二透明导电层320。

参考图9，并在所述第二透明导电层320以及所述发射极薄膜410上形成第三开口。值得注意的是，所述第三开口紧邻所述第二开口，并远离所述第一开口。即第二开口在中间，第一开口和第三开口分列在第二开口的两侧。第三开口的形成可使薄膜太阳能电池形成串联结构。

优选的，采用激光烧灼的方式在第二透明导电层320和发射极薄膜410上形成第三开口。优选的，采用波长为532nm的绿色激光来实现对第三开口的形成。

形成第三开口之后，继续执行步骤S105，参考图10，在所述第二透明导电层320上敷设第一柔性粘结层510。可选的，第一柔性粘结层510的形成材料包括但不限于：PVB(PolyVinyl Butyral)、EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)或透明硅树脂薄膜。

步骤S106，在所述第一柔性粘结层510上敷设第一柔性薄板610。可选的，所述第一柔性薄板610的形成材料包括但不限于：硅胶、树脂、聚乙烯类、含氟薄膜以及平整具有绒面结构的透光塑料膜材料等。

步骤S107，对所述柔性玻璃210、第一透明导电层310、发射极薄膜410、第二透明导电层320、第一柔性粘结层510和第一柔性薄板610进行层压封装。在封装后移除所述玻璃载体100，如图11所示。封装后即形成了所需的柔性薄膜太阳能电池，由于已经在柔性玻璃210上形成了各个所需层，因此去除玻璃载体100后，也不会影响柔性薄膜太阳能电池的强度。

虽然，柔性薄膜太阳能电池的机械强度已经符合应用、装载、运输等环节的要求，但是为了能使薄膜太阳能电池的机械强度更强，进一步减小碎片率，优选的，参考图2，在所述步骤S107之后还包括：

步骤108，在所述柔性玻璃210上依次形成第二柔性粘结层520和第二柔性薄板530。如图12所示，第二柔性粘结层520和第二柔性薄板530形成在柔性玻璃210上，相对于第一透明导电层310等其它层的另一侧。

可选的，第二柔性粘结层520的形成材料包括但不限于：PVB(PolyVinylButyral)、EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)或透明硅树脂薄膜。

可选的，所述第二柔性薄板620的形成材料包括但不限于：硅胶、树脂、聚乙烯类、含氟薄膜以及平整具有绒面结构的透光塑料膜材料等。

步骤109，对所述柔性薄膜太阳能电池进行层压封装。优选的，采用层压的方式进行封装，使用太阳能电池组件层压机进行层压封装，完成柔性薄膜电池的制作。上述制作方法提供的柔性太阳能电池结构简单、容易实现，具有大规模应用的前景。

本发明还提供一种采用本发明提供的上述方法制备的柔性薄膜太阳能电池。该柔性薄膜太阳能电池由下至上依次包括：柔性玻璃210、由第一透明导电层310、发射极薄膜410和第二透明导电层320组成的串联薄膜电池、第一柔性粘结层510和第一柔性薄板520。

优选的，为了增加柔性薄膜太阳能电池的机械强度，进一步减小碎片率，在所述柔性玻璃210相对于所述串联薄膜电池的另一侧依次还包括：第二柔性粘结层520和第二柔性薄板620，也就是对柔性薄膜太阳能电池进行双侧封装。

可选的，所述发射极薄膜410包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的一种或多种。所述非晶硅、微晶硅、多晶硅或单晶硅薄膜形成包含一个p-n结、n-p结、p-i-n结或者n-i-p结的单结结构，或形成包含多个p-n结、n-p结、p-i-n结或者n-i-p结的多结结构。

优选的，所述柔性玻璃的厚度为0.03mm～0.75mm，例如：0.03mm，0.05mm，0.1mm，0.3mm或者0.75mm。

由于本发明要求保护的柔性薄膜太阳能电池是采用本发明公开的柔性薄膜太阳能电池的制备方法制备的，因此关于该柔性薄膜太阳能电池结构中所用到的材料等特征均可参考本申请文本的相关描述，在此就不再赘述。

由于在本发明中作为柔性薄膜太阳电池衬底的柔性玻璃的厚度很小，因此其机械强度低、且易碎。本发明在太阳能电池的制备过程中，将其放在以厚玻璃载体上，有效避免了柔性玻璃210衬底的破碎，从而满足了玻璃衬底在电池制备过程机械传输的要求。当在柔性玻璃上制作好电池结构后，通过柔性粘结层及柔性薄板材料的粘合，不仅可以完成薄膜电池的封装，还可以使其机械强度明显增强，满足了成品太阳能电池转移、运输和使用的要求。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：

a)将柔性玻璃固定在厚度为2～4mm的玻璃载体上；

b)在所述柔性玻璃上形成第一透明导电层，并在所述第一透明导电层上形成第一开口；

c)在所述第一透明导电层上形成发射极薄膜，所述发射极薄膜覆盖所述第一开口，并在所述发射极薄膜上紧邻所述第一开口形成第二开口；

d)在所述发射极薄膜上形成第二透明导电层，所述第二透明导电层覆盖所述第二开口，并在所述第二透明导电层以及所述发射极薄膜上形成第三开口；

所述第三开口紧邻所述第二开口，并远离所述第一开口；

e)在所述第二透明导电层上形成第一柔性粘结层，所述第一柔性粘结层覆盖所述第三开口；

f)在所述第一柔性粘结层上形成第一柔性薄板；

g)对所述柔性玻璃、第一透明导电层、发射极薄膜、第二透明导电层、第一柔性粘结层和第一柔性薄板进行封装，在封装后移除所述玻璃载体。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤g)之后还包括步骤：

h)在所述柔性玻璃的另一面依次形成第二柔性粘结层和第二柔性薄板；

i)对所述柔性薄膜太阳能电池进行封装。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述柔性玻璃的厚度为0.03mm～0.75mm。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，采用激光烧灼的方式形成所述第一开口、所述第二开口和所述第三开口。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，采用波长为355nm的激光形成所述第一开口；采用波长为532nm的激光形成所述第二开口和所述第三开口。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述发射极薄膜包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的一种或多种；

所述非晶硅、微晶硅、多晶硅或单晶硅薄膜形成包含一个p-n结、n-p结、p-i-n结或者n-i-p结的单结结构，或形成包含多个p-n结、n-p结、p-i-n结或者n-i-p结的多结结构。

7.一种柔性薄膜太阳能电池，所述柔性薄膜太阳能电池由下至上依次包括：柔性玻璃、由第一透明导电层、发射极薄膜和第二透明导电层组成的串联薄膜电池、第一柔性粘结层和第一柔性薄板；

其特征在于，

所述柔性薄膜太阳能电池采用权利要求1～6中的任意一种制备方法制备。

8.根据权利要求7所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于，在所述柔性玻璃相对于所述串联薄膜电池的另一侧依次包括：第二柔性粘结层和第二柔性薄板。

9.根据权利要求7或8所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于，所述发射极薄膜包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的一种或多种；

所述非晶硅、微晶硅、多晶硅或单晶硅薄膜形成包含一个p-n结、n-p结、p-i-n结或者n-i-p结的单结结构，或形成包含多个p-n结、n-p结、p-i-n结或者n-i-p结的多结结构。

10.根据权利要求7或8所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于，所述柔性玻璃的厚度为0.03mm～0.75mm。