專利名稱：一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能電池制造工藝，特別涉及用于一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池 及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展、技術(shù)快速的更新?lián)Q代以及對(duì)能源的需求，現(xiàn)在能源 結(jié)構(gòu)正在發(fā)生著根本性的變革。傳統(tǒng)的能源煤炭、石油、天然氣的使用量將在2020 年-2040年到達(dá)高峰，而在2050年后將會(huì)逐漸枯竭?？稍偕茉?主要是太陽(yáng)能)等替 代能源從2000年開始迅猛發(fā)展，到2050年使用量將達(dá)到高峰。傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池是使用 單晶硅或多晶硅薄片，其中硅材料應(yīng)用較多，浪費(fèi)嚴(yán)重，硅元素提純工藝復(fù)雜且成本太 高。薄膜太陽(yáng)能電池使用非晶硅或其他材料，硅元素量使用很少或不使用硅材料，所以 基本無(wú)原料瓶頸，尤其是非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池，成本低且工藝成熟，所以發(fā)展很快， 成為目前薄膜太陽(yáng)能電池最成熟的產(chǎn)品之一。非晶微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池是新一代薄膜電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)中的姣姣者，它以轉(zhuǎn) 換效率高、穩(wěn)定性好、成本低廉等主要特點(diǎn)見長(zhǎng)，很可能成為光伏技術(shù)中首先實(shí)現(xiàn)電網(wǎng) 等價(jià)點(diǎn)的主流技術(shù)。傳統(tǒng)薄膜電池是以玻璃襯底為基礎(chǔ)制作的，玻璃既是一種很好的保 護(hù)材料，又具有良好的透光性，是一種絕佳的襯底材料。但是玻璃也有它的局限性，如 玻璃的不可彎曲性以及重量較重，影響它在某些特殊領(lǐng)域中的應(yīng)用。比較直接的如曲面 型產(chǎn)品，像汽車頂棚的陽(yáng)光窗，或無(wú)人駕駛飛機(jī)上貼機(jī)翼安裝的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)等；再 如便攜式、可卷可折疊式充電系統(tǒng)等；另外，這些應(yīng)用中很多共性的要求是系統(tǒng)的重量 比較輕，這對(duì)航空航天應(yīng)用來(lái)說尤其重要?，F(xiàn)有柔性薄膜太陽(yáng)能電池的襯底材料通常 采用不銹鋼薄膜和聚合物膜。由于不銹鋼薄膜成本高、分量重以及具有導(dǎo)電性，因此要 滿足以上這些應(yīng)用的需要，輕型聚合物膜是一種比較理想的襯底材料。它不導(dǎo)電，因此 可以用現(xiàn)成的激光切割工藝制造組件，而不需要將薄膜電池制成后再切開，然后重新串 聯(lián)。聚合物襯底如聚酰亞胺(Kaptan)薄膜具有耐高低溫、耐酸鹼、耐溶劑、電氣絕緣(H 級(jí))、防輻射、適合真空制膜工藝、及厚度薄而拉力好等性能，是柔性太陽(yáng)能電池的一種 優(yōu)良選擇。如圖1所示，其中示出一種傳統(tǒng)的單結(jié)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)。該非 晶硅薄膜太陽(yáng)能電池是在透明基板1(主要是玻璃)上依次沉積、濺射受光面電極2、光電 轉(zhuǎn)換層3、襯面電極4而形成。作為透明基板1，可采用玻璃板、透明樹脂膜等。受光 面電極2由例如ITO(錮錫氧化物)等透明導(dǎo)電性氧化物構(gòu)成。從受光面電極2側(cè)開始， 光電轉(zhuǎn)換層3具有ρ型非晶硅層、i型非晶硅層及η型非晶硅層的層積結(jié)構(gòu)。襯面電極4 由例如銀、鋁、鈦、銅等金屬材料和ITO、SnO等金屬氧化物的層積膜構(gòu)成。然而以前傳統(tǒng)的薄膜電池工藝，不管是p-i-n結(jié)構(gòu)還是n-i-p結(jié)構(gòu)，都有至少一 道工序采用較高溫度，即超過聚合物膜的最高承受溫度(約400°C )。如p-i-n結(jié)構(gòu)中用 氧化錫采用常壓化學(xué)氣相沉積法(APCVD)形成作為電極的透明導(dǎo)電膜材料是在500°C左右的溫度上制備的；而在n-i-p結(jié)構(gòu)中則要形成具備良好絨面結(jié)構(gòu)的銀層也是在相當(dāng)高的 襯底溫度下制備的。因此傳統(tǒng)的工藝比較難以應(yīng)用于柔性聚合物襯底，即使改變工藝并 降低鍍膜溫度，所制作的太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率比較低，一般在5%以下，影響應(yīng)用效果 而且成本太高。因此這種傳統(tǒng)用于玻璃襯底的薄膜太陽(yáng)能電池制造工藝難以直接移植應(yīng)用于制 造以聚合物材料作為襯底的柔性薄膜太陽(yáng)能電池的制造。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)工藝中工藝溫度高的不利影響，降低工藝難度，同時(shí)避免對(duì) 于應(yīng)用效果和成本的不利影響，實(shí)現(xiàn)將傳統(tǒng)玻璃襯底的薄膜太陽(yáng)能電池制造工藝稍加修 改后應(yīng)用于制造柔性襯底的薄膜太陽(yáng)能電池，在此提出一種新型的柔性薄膜太陽(yáng)能電池 及其制造方法。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，在此提供一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其中包括如 下結(jié)構(gòu)用柔性聚合物薄膜構(gòu)成的進(jìn)光面襯底；在進(jìn)光面襯底上淀積氧化鋅形成的第一 電極層；在第一電極層上由依次形成的P型、i型和η型非晶硅層構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換層；以 及在所述光電轉(zhuǎn)換層上淀積氧化鋅形成的第二電極層。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，在此提供一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其中包括 如下結(jié)構(gòu)用柔性聚合物薄膜構(gòu)成的背光面襯底；在背光面襯底上淀積氧化鋅形成的第 三電極層；在第三電極層上由依次形成的η型、i型和ρ型非晶硅層構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換層； 以及在所述光電轉(zhuǎn)換層上淀積氧化鋅形成的第四電極層。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，其中所述進(jìn)光面襯底由透光性大于80%且可承 受大于200°C的溫度的聚合物薄膜構(gòu)成；所述背光面襯底由可承受大于200°C的溫度的聚 合物薄膜構(gòu)成。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，其中所述進(jìn)光面襯底的材料采用聚萘二甲酸 乙二醇酯(PEN)或者聚醚砜(PES)；所述背光面襯底的材料采用聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)、聚醚砜(PES)或者聚酰亞胺(Kapton)材料。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，其中所述第一至第四電極層是采用低壓化學(xué)氣 相淀積(LPCVD)工藝在150°C _250°C的溫度下淀積氧化鋅形成的。

圖1示出普通薄膜太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)；圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型的p-i-n柔性薄膜太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)；圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型的n-i-p柔性薄膜太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)；以及
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
由于上文所提到的傳統(tǒng)用于玻璃襯底的薄膜太陽(yáng)能電池制造工藝不能直接應(yīng)用 于制造高效率的柔性薄膜太陽(yáng)能電池，為了實(shí)現(xiàn)將制造玻璃襯底的薄膜太陽(yáng)能電池制造 工藝改變?yōu)橹圃煲跃酆衔锬橐r底的柔性薄膜太陽(yáng)能電池，并且降低設(shè)備投入成本和提高產(chǎn)品效率。本實(shí)用新型提出一種新型的柔性薄膜太陽(yáng)能電池及其制造方法。由于傳統(tǒng)用于玻璃襯底的薄膜太陽(yáng)能電池制造工藝中，制造p-i-n薄膜太陽(yáng)能電 池時(shí)一般用氧化錫采用常壓化學(xué)氣相沉積法(APCVD)形成作為電極的透明導(dǎo)電膜，以及 制造n-i-p薄膜太陽(yáng)能電池時(shí)一般采用需要在高溫下制成具有良好絨面結(jié)構(gòu)的銀層作為背 電極。因此需要修改這些形成電極薄膜的高溫工藝，降低形成電極薄膜的溫度。為此， 本實(shí)用新型采用以低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)技術(shù)制備的氧化鋅材料作為前后電極來(lái)制 作薄膜太陽(yáng)能電池，由于其制備溫度不超過250°C，所以可以很容易采用柔性聚合物襯底 材料。由于不需要改變基本工藝條件，因此電池的轉(zhuǎn)換效率可以做到和在玻璃襯底上基 本一致，即目前在9%左右。具體來(lái)說，對(duì)于p-i-n型結(jié)構(gòu)，僅將玻璃襯底置換成柔性聚合物襯底。在制作過 程中可以將透明聚合物襯底黏附在玻璃基板上，這樣制作時(shí)工藝不需做大的改動(dòng)。制作 完成后再?gòu)牟ＡО迳辖蚁拢缓蟀凑招枰傩蟹庋b，做成最后產(chǎn)品。除將聚合物襯底黏附在玻璃基板上進(jìn)行各種工藝制作程序以外，還可以應(yīng)用卷 到卷(roll-to-roll)方法直接使用柔性聚合物襯底進(jìn)行加工。這種方法可能對(duì)所有的機(jī)器 均要作較大的改動(dòng)。作為陽(yáng)光入射一面的封裝材料，這種p-i-n結(jié)構(gòu)所用襯底材料必須同時(shí)滿足幾個(gè) 條件，即0 透光性 >80%0耐溫性，襯底的可承受溫度須> 200°C0如直接作為封裝材料，則需要具有較強(qiáng)的抗?jié)B透性和抗紫外射線等性能0其他物理和化學(xué)性能，如抗拉力、熱伸縮系數(shù)、耐腐蝕性等等為了全部滿足以上各項(xiàng)條件，本實(shí)用新型采用以下兩種聚合物材料作為柔性薄 膜太陽(yáng)能電池的襯底材料a)經(jīng)過熱處理的PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)此材料能承受超過200°C的處理 溫度，由于其抗紫外線的性能不好，容易老化。因此，需要另外用玻璃或乙烯-四氟乙 烯共聚物(Tefzel)作為正面封裝材料，或者將以PEN作為襯底的薄膜太陽(yáng)能電池貼在建 筑物玻璃內(nèi)側(cè)表面以玻璃阻擋紫外線，防止薄膜襯底老化。b) PES (聚醚砜)此材料是一種可能的PEN替代材料，不但耐溫性好，抗紫外 線性能也較佳。對(duì)于n-i-p結(jié)構(gòu)，即將柔性襯底放在背光面，之上以n，i，ρ的順序依次鍍膜。 此種結(jié)構(gòu)可供選擇的襯底材料種類相對(duì)多些，因?yàn)楦咄腹庑詶l件可以稍稍放寬。除以上 PEN和PES材料之外，Kapton是一種可用的柔性襯底材料。由于其透光性較差，對(duì)整體 太陽(yáng)電池有較高透光性要求的應(yīng)用產(chǎn)品，如汽車頂窗等，則不太適合。這種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品可用玻璃或Tefzel作為正面封裝材料，背封裝材料可以是玻璃或 者聚合物材料，如熱塑料性聚脂(TPT)等，或者根本就不加背封裝。下面參照附圖描述本實(shí)用新型的柔性薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和制造工藝。圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型的p-i-n柔性薄膜太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)。其中柔性襯 底21為進(jìn)光面襯底，其采用透光性大于80%、可承受溫度大于200°C的聚合物薄膜。優(yōu) 選采用PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PES(聚醚砜)材料的薄膜。在柔性襯底21上通過LPCVD工藝在大約150°C _250°C的溫度下淀積氧化鋅(ZnO)作為前電極22，然后依 次在前電極上形成ρ型、i型及η型非晶硅層的層積結(jié)構(gòu)作為光電轉(zhuǎn)換層23，該光電轉(zhuǎn)換 層23可以是有多組p-i-n層的疊層結(jié)構(gòu)。最后在光電轉(zhuǎn)換層23上通過LPCVD工藝在大 約150°C _250°C的溫度下淀積氧化鋅(ZnO)作為背電極24。圖3示出根據(jù)本實(shí)用新型的n-i-p柔性薄膜太陽(yáng)能電池的層結(jié)構(gòu)。其中柔性襯 底34為背光面襯底，其采用可承受溫度大于20(TC的聚合物薄膜。優(yōu)選采用PEN(聚萘 二甲酸乙二醇酯)、PES (聚醚砜)或Kapton(聚酰亞胺)材料的薄膜。在柔性襯底34上 通過LPCVD工藝在大約150°C -250°C的溫度下淀積氧化鋅(ZnO)作為背電極33，然后 依次在前電極上形成η型、i型及ρ型非晶硅層的層積結(jié)構(gòu)作為光電轉(zhuǎn)換層32，該光電轉(zhuǎn) 換層32可以是有多組n-i-p層的疊層結(jié)構(gòu)。最后在光電轉(zhuǎn)換層32上通過LPCVD工藝在 大約150°C _250°C的溫度下淀積氧化鋅(ZnO)作為前電極31。雖然結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在所附 權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改。
權(quán)利要求1.一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于包括如下結(jié)構(gòu) 用柔性聚合物薄膜構(gòu)成的進(jìn)光面襯底(21)；在進(jìn)光面襯底(21)上淀積氧化鋅形成的第一電極層(22)；在第一電極層(22)上由依次形成的ρ型、i型和η型非晶硅層構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換層 (23)；以及在所述光電轉(zhuǎn)換層(23)上淀積氧化鋅形成的第二電極層(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其中進(jìn)光面襯底(21)由透光性大于80%且可承受大于200°C的溫度的聚合物薄膜構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其中進(jìn)光面襯底(21)的材料采用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或者聚醚砜(PES)。
4.一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于包括如下結(jié)構(gòu) 用柔性聚合物薄膜構(gòu)成的背光面襯底(34)；在背光面襯底(34)上淀積氧化鋅形成的第三電極層(33)；在第三電極層(33)上由依次形成的η型、i型和ρ型非晶硅層構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換層 (32)；以及在所述光電轉(zhuǎn)換層(32)上淀積氧化鋅形成的第四電極層(31)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其中背光面襯底(34)由可承受大于200°C的溫度的聚合物薄膜構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其中背光面襯底(34)的材料采用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)或者聚酰亞 胺(Kapton)材料。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其中包括如下結(jié)構(gòu)用柔性聚合物薄膜構(gòu)成的進(jìn)光面襯底(21)；在進(jìn)光面襯底(21)上淀積氧化鋅形成的第一電極層(22)；在第一電極層(22)上由依次形成的p型、i型和n型非晶硅層構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換層(23)；以及在所述光電轉(zhuǎn)換層(23)上淀積氧化鋅形成的第二電極層(24)。本實(shí)用新型通過采用氧化鋅低溫淀積工藝形成薄膜太陽(yáng)能電池的前后電極層，使得用聚合物薄膜作為柔性襯底成為可能，并且能夠?qū)⒂糜谥圃觳Ａбr底的薄膜太陽(yáng)能電池的工藝移植為制造聚合物襯底的柔性薄膜太陽(yáng)能電池。
文檔編號(hào)H01L31/02GK201796902SQ200920269428
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者周曦, 楊立友, 牛新偉 申請(qǐng)人:浙江正泰太陽(yáng)能科技有限公司