專利名稱：Solar cell wherein solar photovoltaic thin film is directly formed on base的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廉價(jià)的太陽(yáng)能電池，這種太陽(yáng)能電池可安裝在建筑、民用工程結(jié) 構(gòu)、或各種運(yùn)輸機(jī)械，例如車輛和客車，等的表面上。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，薄膜太陽(yáng)能電池已在電源效率，耐久性和成本上出現(xiàn)問(wèn)題。此外，太陽(yáng)能 電池安裝一個(gè)建筑物上，一般情況下，面板型太陽(yáng)能電池單元(包括背面絕緣材料，負(fù)電 極，一個(gè)發(fā)電元件，透明電極，表面保護(hù)層)已被放在了外面，如屋頂，并在其后配有一個(gè)支 臺(tái)裝置。為了使這種帶有支臺(tái)裝置的太陽(yáng)能電池的附件成為不必要，已提出各種太陽(yáng)能電 池已與屋頂粘合劑材料整合在一起的裝置。例如，在1號(hào)專利文件中，描述了一種其中鋼板配置成屋面材料的太陽(yáng)能電池和 一種已被集成的太陽(yáng)能電池。所描述的屋面材料是由有保護(hù)層的太陽(yáng)能電池，例如氟樹脂 膜，以及更容易吸收太陽(yáng)光的增透膜以及一種與硅或無(wú)定形硅配置的PN結(jié)型多層結(jié)構(gòu)，一 種將太陽(yáng)能電池粘在鋼板上的膠粘劑層，一種確保當(dāng)太陽(yáng)能電池板粘在鋼鐵上時(shí)的絕緣的 涂膜以及一種用以保護(hù)和絕緣鋼板的涂膜。2號(hào)專利文件公開了一種屋頂材料，其中一種做成片狀具有彈性的太陽(yáng)能電池模 塊與一種具有曲面的陶瓷屋面基材整合，例如，一種煅燒的瓦是通過(guò)有粘性的粘合劑由具 有水力特性的原材料，如水泥，石膏和無(wú)機(jī)材料做成。此外，3號(hào)專利文件公開了一種太陽(yáng)能電池模塊集成到建筑材料，其中的一個(gè)太陽(yáng) 能電池板背面是用粘合劑固定在一個(gè)建材面板上，不包括太陽(yáng)能電池板和建材面板的背面 末端邊緣部分。此外，4號(hào)專利文件公開了一種實(shí)施例，其中一種薄膜太陽(yáng)能電池通過(guò)一種粘在作 為密封層背面的鋁復(fù)合板上的聚酰亞胺膜上的銀或鋁結(jié)構(gòu)粘在負(fù)電極上。在這種情況下， 沒有直接使用鋁復(fù)合板的鋁做為負(fù)電極的描述。此外，氟樹脂膜是用作表面保護(hù)層。此外，5號(hào)專利文件公開了一種制作太陽(yáng)能電池的技術(shù)，通過(guò)利用一種電鍍鋼板和 涂面鋼板作為基底，利用對(duì)負(fù)電極背面表面，也就是鋼板表面上的聚酯樹脂或氟樹脂作為 一種絕緣材料，并且用氟樹脂膜層壓整個(gè)部分。另外，在這個(gè)例子中，電鍍鋼板和涂面鋼板 并不直接作為負(fù)極。此外，氟樹脂薄膜用于保護(hù)層表面。1號(hào)專利文件日本的專利申請(qǐng)公 布號(hào)H11-166304。2號(hào)專利文件日本的專利申請(qǐng)公布號(hào)2000-145074。3號(hào)專利文件日 本的專利申請(qǐng)公布號(hào)2002-4529。4號(hào)專利文件日本的專利申請(qǐng)公布號(hào)2002-151718。5 號(hào)專利文件日本的專利申請(qǐng)公布號(hào)2001-267616。
發(fā)明披露
本發(fā)明解決的問(wèn)題在上述在先技術(shù)中，示例(4號(hào)專利文件)，其中金屬建材包括一種鋁板和一種鋼 板作為基底，金屬表面不直接作為太陽(yáng)能電池的負(fù)極使用。此外，一般來(lái)說(shuō)，關(guān)于絕緣材料 (5號(hào)專利文件)，如陶瓷，通過(guò)在負(fù)電極和絕緣材料之間插入一種樹脂材料制成的絕緣層 或密封層，負(fù)電極裝在絕緣材料上。但是，其中沒有太陽(yáng)能電池負(fù)電極直接裝在陶瓷上的例子。此外，有一種太陽(yáng)能電池，其中薄膜太陽(yáng)能電池不是直接放到太陽(yáng)能電池上的，但面板 型太陽(yáng)能電池單元(絕緣材料，負(fù)電極，發(fā)電單元，透明電極以及表面保護(hù)材料)單獨(dú)制作 并粘貼到外部。在這種情況下，有一個(gè)缺點(diǎn)，就是所需的附加部分會(huì)增加成本。傳統(tǒng)上，雖 然當(dāng)試圖利用直接附在負(fù)電極上的導(dǎo)電基底，有一個(gè)問(wèn)題是，在其表面存在氧化層，使基底 和裝在導(dǎo)電基底上的太陽(yáng)能電池之間電阻變大，并降低發(fā)電效率。另一方面，如上所述，如果薄膜太陽(yáng)能電池是直接裝在屋頂材料之上，薄膜太陽(yáng)能 電池和基材可以整合在一起。因此，不同的是薄膜太陽(yáng)能電池單元是后粘到屋頂材料的基 材上，附件成本變得不必要了。然而，如上述1至5號(hào)專利文件中所描述，傳統(tǒng)的集成是通 過(guò)用粘合劑提前將作為獨(dú)立體制作的太陽(yáng)能電池單元粘合到基材表面上來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這樣的 整合中，難以形成一個(gè)橫跨整個(gè)基材表面以達(dá)到最大程度延伸的太陽(yáng)能電池，并且也難以 降低材料成本。此外，在基材上裝薄膜太陽(yáng)能電池時(shí)，透明電極是放在最外面的。然而，這 樣也有個(gè)問(wèn)題，透明電極很容易因燈或水劣變。本發(fā)明的目的是解決有關(guān)發(fā)電效率，耐用性 以及這樣的薄膜太陽(yáng)能電池成本的問(wèn)題。
解決問(wèn)題的方法本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種太陽(yáng)能電池，其包括一種形成在基材上的半導(dǎo)體 薄膜，一種形成在半導(dǎo)體薄膜上的透明導(dǎo)電膜，以及一種含氮的至少覆蓋了透明導(dǎo)電膜的 上表面的水分?jǐn)U散防止膜，。本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供第一方面的太陽(yáng)能電池，其中水分?jǐn)U散防止膜是由從 氮化硅薄膜和碳氮化硅薄膜組合中選擇任何一個(gè)元素形成的。本發(fā)明的第三個(gè)方面是提供第一，二，三方面中的任何一種太陽(yáng)能電池，其中，基 材從鐵，鋁，鋅，銅，及其合金組成的組合和表面處理產(chǎn)品中選擇，其中上述合金之一的鐵合 金包括碳鋼和不銹鋼，其中上述表面處理產(chǎn)品之一的鐵表面處理產(chǎn)品包括鍍鋅鋼板和鍍鋁 鋅鋼板，其上述合金之一的鋁合金包括硬鋁和銅鋁合金，其中上述表面處理產(chǎn)品之一的鋁 表面處理產(chǎn)品包括陽(yáng)極氧化鋁，其中上述合金之一的銅合金包括黃銅，絲綿和青銅。本發(fā)明的第四個(gè)方面是提供第一個(gè)方面的一種太陽(yáng)能電池，其中，基材包括一種 非導(dǎo)電材料和形成在非導(dǎo)電材料上的導(dǎo)電膜，其中非導(dǎo)電材料是從塑料，紙張，木材，石材， 陶瓷，玻璃，板巖，板巖混合物和硅酸鈣組成的組合中挑選出來(lái)的。本發(fā)明的第五個(gè)方面是提供第一，二，四方面中的任何一方面的太陽(yáng)能電池，其 中，導(dǎo)電膜是通過(guò)采用化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積，熱噴涂，涂層和化學(xué)鍍等方法之一，用 金屬，碳或其混合物制作。本發(fā)明的第六方面是提供第一，二，三，四和五方面中的任何一方面的太陽(yáng)能電 池，其中基材的導(dǎo)電膜的表面是進(jìn)行了超聲波清洗和/或酸洗以及氫等離子體處理。本發(fā)明的第七方面是提供第一個(gè)方面的太陽(yáng)能電池，其中半導(dǎo)體薄膜包括硅化合 物半導(dǎo)體和鍺或其復(fù)合材料的任何其中之一。本發(fā)明的第八方面是提供第一個(gè)方面的太陽(yáng)能電池，其中透明導(dǎo)電膜的主要材料 是氧化鋅，銦錫氧化物或氧化錫。本發(fā)明第九方面是提供第一個(gè)方面的太陽(yáng)能電池，其中，基材是由建筑材料，其包 括屋頂材料，瓷磚，漿料，板巖板，鋁盤，薄鋼板和樹脂膜中的至少一種組成。
該發(fā)明的作用
據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，它有可能實(shí)現(xiàn)至少對(duì)太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率和薄膜耐用性之 一有所提高并降低成本。
發(fā)明介紹

圖1的截面圖，顯示了本發(fā)明的第一個(gè)太陽(yáng)能電池的實(shí)施例。圖2的截面圖，顯 示了本發(fā)明的第二個(gè)太陽(yáng)能電池的實(shí)施例。圖3的截面圖，顯示了本發(fā)明的第三個(gè)太陽(yáng)能 電池的實(shí)施例。圖4的截面圖，顯示了本發(fā)明的第四個(gè)太陽(yáng)能電池的實(shí)施例。
編號(hào)說(shuō)明1.基材2.半導(dǎo)體薄膜2a. N型半導(dǎo)體薄膜2b. I型半導(dǎo)體薄膜2c. P型半導(dǎo)體薄膜 3.透明電極膜4.水分?jǐn)U散防止膜5.透明保護(hù)膜(板形透明保護(hù)層材料)6.密封劑7a.負(fù) 極電極材料7b.正極電極材料8.透明保護(hù)層材料(膜狀透明保護(hù)層材料)11.基材12.導(dǎo) 電膜
首詵實(shí)施例的詳細(xì)介紹對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例的太陽(yáng)能電池，薄膜太陽(yáng)能電池是在基材上自己形成的。因 此，完整的太陽(yáng)能電池中的電阻增加的問(wèn)題和耐用性下降問(wèn)題得以解決。例如，本發(fā)明的實(shí) 施例的太陽(yáng)能電池應(yīng)用到建筑外墻材料，太陽(yáng)能電池上的最大光吸收表面是安全可靠的， 相對(duì)于通過(guò)安裝用膠粘劑單獨(dú)放置在基材上的太陽(yáng)能電池單元的傳統(tǒng)的綜合性太陽(yáng)能電 池。此外，基底，如硅基底或玻璃基底，用于單獨(dú)構(gòu)成太陽(yáng)能電池，成為不必要的。因此，材 料的成本可以降低。在本發(fā)明的實(shí)施例的太陽(yáng)能電池中，背側(cè)面是太陽(yáng)能電池基底本身。因此，例如， 當(dāng)用陶瓷為基底，作為構(gòu)成太陽(yáng)能電池的一個(gè)原件的電極不需要通過(guò)有機(jī)材料來(lái)保護(hù)。對(duì)于一個(gè)接收陽(yáng)光的光吸收表面，通過(guò)透明導(dǎo)電薄膜表面上形成一種耐用氮化物 的水分?jǐn)U散防止膜，太陽(yáng)能電池薄膜元件可以是安全可靠的。例如，最好形式是至少用氮化 硅薄膜和碳氮化硅(SiCN)薄膜中的一種構(gòu)成這種水分?jǐn)U散防止膜。例如，當(dāng)陶瓷作為本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的基材時(shí)，與單獨(dú)形成的面板類型 太陽(yáng)能電池用膠粘劑粘連接到外部材料而后插入相比，成本可以降低。本發(fā)明的實(shí)施例可以參照以下所附圖紙。圖1顯示了一個(gè)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池截面剖視圖。在圖1中，編 號(hào)1表示基材，其配置太陽(yáng)能電池。這個(gè)基材1在這本發(fā)明的實(shí)施例中是導(dǎo)電的。更好是 整個(gè)基材1是導(dǎo)電的。這導(dǎo)電的基材1可能是由鐵，鋁，鋅，銅，這些金屬的合金或用這些金 屬進(jìn)行了表面處理的產(chǎn)品形成的。作為鐵合金基材，碳鋼或不銹鋼是首選。已用鐵基材進(jìn) 行了表面處理的產(chǎn)品可能包括鍍鋅鋼板或鍍鋁鋅鋼板。此外，作為鋁合金基材，硬鋁或銅鋁 合金是首選。已用鋁基材進(jìn)行了表面處理的產(chǎn)片可能包括陽(yáng)極氧化鋁。，此外，作為銅合金 基材，黃銅，鎳銀和青銅是首選。例如，當(dāng)鋁或鋼板作為導(dǎo)電的基材時(shí)，有很多問(wèn)題，其中表面形成氧化膜和電導(dǎo)率 下降。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，為了利用這些作為電極的導(dǎo)電基材的材料，氧化物是要從表面 去除的。除了去除氧化物，提供其上有薄膜太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能電池，。從表面去除氧化膜 的工藝不僅限于上述工藝。但是，在進(jìn)行超聲波清洗工藝和/或在空氣中酸性清洗之后，當(dāng) 在真空中的氫氣流動(dòng)時(shí)，高頻產(chǎn)生等離子體?；谋砻姹┞督o等離子體。在這種情況下，為了防止氧化劣變，最好是在成膜過(guò)程之前通過(guò)進(jìn)行電鍍和熱噴
5涂到背面，或在完成成膜過(guò)程之后通過(guò)上漆或粘貼膜，來(lái)保護(hù)傳導(dǎo)基材的背面(相對(duì)于已 被分層的該薄膜太陽(yáng)能電池的表面的背面)。在基底背面上進(jìn)行這樣的工藝可用于發(fā)明的 其他實(shí)施例。被本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例采用的一種半導(dǎo)體薄膜，至少包含硅，半導(dǎo)體復(fù)合物和鍺 其中一個(gè)或其合成物。編號(hào)2代表一種半導(dǎo)體薄膜，其中多個(gè)數(shù)薄膜元件已是層狀，用以配 置薄膜太陽(yáng)能電池在作為基底的基材1的表面上。編號(hào)3代表了外側(cè)表面的透明電極薄膜。如上所述，半導(dǎo)體薄膜2是由多個(gè)薄膜元件形成的。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體薄膜2 是由3層N-型半導(dǎo)體薄膜2a，i-型半導(dǎo)體薄膜2b和ρ-型半導(dǎo)體薄膜2c型，從表面到基 材1依照這個(gè)順序組成的。也就是說(shuō)，本實(shí)施例的太陽(yáng)能電池有非晶硅太陽(yáng)能電池一般所 采用p-i-n連接結(jié)構(gòu)。由上述多層形成的半導(dǎo)體薄膜2 (2a，2b，2c)的形成可通過(guò)從表面到基材1，依照η 型半導(dǎo)體薄膜2a，I型半導(dǎo)體薄膜2b和ρ型半導(dǎo)體薄膜的秩序，利用CVD (化學(xué)氣相沉積) 方法，該方法也可用于普通非晶硅太陽(yáng)能電池中的半導(dǎo)體薄膜的制作。透明電極膜3，其配置帶有半導(dǎo)體薄膜2的太陽(yáng)能電池，與半導(dǎo)體薄膜2用相同的 方式形成。同樣，透明電極薄膜3可通過(guò)利用PVD (物理氣相沉積)方法并被放置到ρ型半 導(dǎo)體薄膜2c的外表面上。此時(shí)成膜溫度設(shè)置低于該基材1的耐熱溫度并且低于不導(dǎo)致沉 積的透明電極膜3和P-型半導(dǎo)體薄膜2C之間擴(kuò)散的溫度。水分?jǐn)U散防止膜4是放在透明電極膜3的外表面上。例如，利用CVD即化學(xué)氣相沉 積法，該水汽分?jǐn)U散防止薄膜4可以放置并形成在透明電極膜3的外表面上。一般來(lái)說(shuō)，在 電極上形成半導(dǎo)體薄膜2和透明電極薄膜3，以及形成薄膜太陽(yáng)能電池的方法中，有一個(gè)問(wèn) 題，即由于光和水汽使薄膜元件包括透明電極薄膜3劣變。不過(guò)，在這本發(fā)明的實(shí)施例中， 該薄膜元件的劣變是可以預(yù)防的，其耐用性可通過(guò)在透明電極薄膜3的光吸收部分上使用 水分?jǐn)U散防止膜4得以改善。透明保護(hù)板5是一種板形透明保護(hù)材料(透明的保護(hù)層)，是通過(guò)密封劑6黏附到 水分?jǐn)U散防止膜的外表面。半導(dǎo)體薄膜2 (2a，2b，2c)，透明電極膜3以及水分?jǐn)U散防止膜4 是用透明防護(hù)板5，密封劑6和基材1密封的。從而，耐用性能進(jìn)一步得到改善。用于黏附 透明保護(hù)板5的密封劑可由有機(jī)硅樹脂，聚氨酯樹脂和環(huán)氧樹脂形成。此外，關(guān)于基材1，最好是用電極材料。在這種情況下，用于負(fù)電極的電極材料7a 連接到基材1，用于正電極的電極材料7b通過(guò)密封劑連接到透明電極膜3。為了很好的連 接電極材料7b及透明電極膜3成為一個(gè)透明導(dǎo)電膜，通過(guò)汽相沉積并使用焊接，將金屬膜 黏附到透明電極膜3的末端，電極材料7b可黏附到透明電極膜3。在這種情況下，當(dāng)一種夾絲強(qiáng)化玻璃用作透明保護(hù)板5時(shí)，透明保護(hù)板5可以作為 一種透明保護(hù)層材料，也可以作為電極材料7b。另一方面，當(dāng)用作基材的材料是一種彈性鋁片或鋼板，膜狀透明保護(hù)層材料8，也 就是說(shuō)，樹脂保護(hù)膜可用作透明保護(hù)層材料5。也就是說(shuō)，圖2顯示了有關(guān)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池第二個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明的這個(gè)第 二個(gè)實(shí)施例同本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例是一樣的，除了膜狀透明保護(hù)層材料8，S卩，樹脂保護(hù) 膜，用于代替本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中作為透明保護(hù)層材料的透明保護(hù)板5。因此，相同的編號(hào)給予共同的配置元件。因此，該元件的說(shuō)明，其中與第一個(gè)實(shí)施例重疊的將被省略。在 本發(fā)明的第二實(shí)施例中，如圖所示，用樹脂保護(hù)膜覆蓋和分開整個(gè)發(fā)電元件的方法可以加 以利用。對(duì)于高分子材料，可用作保護(hù)膜，。例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，聚乙烯，乙烯 (元)丙烯酸共聚樹脂，乙烯醋酸乙烯共聚樹脂或氟樹脂是首選。接下來(lái)，一種關(guān)于本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的第三個(gè)實(shí)施，如參考圖3所述。在本發(fā)明 的第三個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池不同于本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池(圖1)，其中第三 個(gè)實(shí)施例的水分?jǐn)U散防止膜4不僅覆蓋了透明電極膜3的上表面，也覆蓋了透明電極膜3 和半導(dǎo)體薄膜2的側(cè)表面。除此之外，第三個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池與本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施 例是一樣的。因此，相同的編號(hào)給予了同樣出現(xiàn)在第一個(gè)實(shí)施例中的配置元件。此外，重疊 部分元件的說(shuō)明將被省略。在這本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例中，使用水分?jǐn)U散防止膜4，這樣水分?jǐn)U散防止膜4覆 蓋半導(dǎo)體薄膜2的側(cè)表面。因此，該半導(dǎo)體薄膜2的劣變可以進(jìn)一步延長(zhǎng)，因此耐用性得以 提高。顯然易見，覆蓋了半導(dǎo)體薄膜2的側(cè)表面的水分?jǐn)U散防止膜4也可應(yīng)用于第二，四個(gè) 實(shí)施例的太陽(yáng)能電池，這將在下面解釋。接下來(lái)，是本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池，如圖4所述。在圖4中，編號(hào)11是 基材，其構(gòu)成太陽(yáng)能電池的方式與第一個(gè)實(shí)施例的基材1的一樣。該基材11不同基材1，它 是不導(dǎo)電的。該不導(dǎo)電基材11可能是用由適當(dāng)?shù)牟牧现谱鞯?，如水泥，陶瓷，塑料，石材，?材，紙張，玻璃，絕緣的鐵素體，板巖，板巖混合物或硅酸鈣。當(dāng)利用絕緣基材11時(shí)，導(dǎo)電膜預(yù)先形成在其表面上。預(yù)先形成在絕緣基材表面上 的導(dǎo)電膜可能是用導(dǎo)電材料，其材料例如用于第一個(gè)實(shí)施例中的太陽(yáng)能電池基材1的材料 或那些材料的混合物。通過(guò)一些其他方法可以形成導(dǎo)電膜，例如，通過(guò)利用化學(xué)氣相沉積， 物理氣相沉積，熱噴涂方法，涂裝或化學(xué)鍍等方法之一。如上述組合配置，存在該導(dǎo)電材料 和有機(jī)金屬混合物的酸性鹽類。在第四個(gè)實(shí)施例中，一種薄膜太陽(yáng)能電池是這么配置的首先，在基材11表面形 成了導(dǎo)電膜12。然后，半導(dǎo)體薄膜2 (2a，2b，2c)形成在導(dǎo)電膜12的表面上。此外，透明電 極膜3形成在半導(dǎo)體薄膜2的表面上。水分?jǐn)U散防止膜4放置在透明電極膜3的外表面上。此外，在該表面上，與第一至 三的實(shí)施例是一樣，透明保護(hù)板5是固定并用密封劑6密封在其表面上。該電極材料連接 到形成在基材11上的導(dǎo)電膜12。在這種情況下，負(fù)電極的電極材料7a連接到導(dǎo)電膜12。 然后，穿過(guò)密封劑，正極的電極材料7b連接到透明電極膜3。在第四個(gè)實(shí)施例中的半導(dǎo)體薄膜2 (2a, 2b，2c)，透明電極膜3，水分?jǐn)U散防止膜4 和透明保護(hù)板5，同第一個(gè)實(shí)施例是一樣的。因此，對(duì)應(yīng)的原件用相同的編號(hào)，并且相應(yīng)的重 疊部分就省略了。上述本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例，例如，利用一種技術(shù)，如CVD，PVD，熱法，噴涂，油漆和 化學(xué)鍍，導(dǎo)電膜12可用導(dǎo)電材料制作，如金屬，金屬氧化物，金屬氮化物和導(dǎo)電聚合物。在 這個(gè)時(shí)的成膜溫度設(shè)定在該基材11的耐熱溫度及在不導(dǎo)致沉積的透明電極膜3和P-型半 導(dǎo)體薄膜2c之間相互擴(kuò)散的溫度之下。正如上述本發(fā)明的第一至四的實(shí)施例，薄膜太陽(yáng)能電池是直接配置在基底上，例
7如導(dǎo)電薄膜12形成基材1或基材11上，并整合進(jìn)太陽(yáng)能電池。通過(guò)利用這種配置的太陽(yáng)能 電池，太陽(yáng)能電池可以配置在上述各種結(jié)構(gòu)類型的表面上，如建筑物，土木工程建筑，車輛， 飛機(jī)，船只或空間衛(wèi)星。在這種情況下，根據(jù)要用太陽(yáng)能電池的地方的環(huán)境，本發(fā)明的太陽(yáng) 能電池可以做成平板狀或弧形板狀。通過(guò)配置并結(jié)合預(yù)定尺寸和形狀的太陽(yáng)能電池，太陽(yáng) 能電池也可以當(dāng)作一種帶有復(fù)雜表面形狀的結(jié)構(gòu)表面材料。如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例的太陽(yáng)能電池是一種使用基材1 (或基材11)本身作為 基底的薄膜太陽(yáng)能電池配置而成的太陽(yáng)能電池。因此，與通過(guò)使用的膠粘劑粘貼單獨(dú)配置 的太陽(yáng)能電池在基材上來(lái)配置的太陽(yáng)能電池相比，，它可以保證作為太陽(yáng)能電池的最大光 吸收部分。同時(shí)用于配置單獨(dú)個(gè)體的太陽(yáng)能電池的硅基底或玻璃基底成為不必要的，并且 可以降低材料成本。接下來(lái)，該太陽(yáng)能電池的配置和本發(fā)明實(shí)第1-3的施例的形成過(guò)程將說(shuō)明如下。 實(shí)施例11.基材1材料鋁合金板，厚度約5毫米(約50 μ m的不均勻表面) 工藝經(jīng)過(guò)噴砂工藝的清洗工藝
清洗工藝用毛刷輥進(jìn)行物理清洗 I
用堿性清洗液進(jìn)行超聲波清洗的(5分鐘) I
用純凈水進(jìn)行超聲波清洗(3分鐘) I
用臭氧水進(jìn)行超聲波清洗(5分鐘) I
用純凈水沖洗
此外，通過(guò)等離子體去除氧化膜，如下所述。氬1SLM和H dOOsccm被傳遞給一步法淋 浴板型微波刺激高密度等離子體設(shè)備(參考非專利文獻(xiàn)1)。通過(guò)提供3kw的微波功率，有 效生成 自由基并且H自由基主要是去除氧化的鋁和表面的水分。此外，也是有可能清除鋁(Al)的氧化物及表面的水分，通過(guò)傳遞氬1SLM從二步 法淋浴板形微波刺激高密度等離子體設(shè)備(非專利文獻(xiàn)1)的上行淋浴板，作為基底偏壓使 用約100伏特的射頻功率(13.56)到基底(基座)上，并且射離子到等離子區(qū)里。此時(shí)，另 外一種惰性氣體，可用于代替氬氣。此外，只要不形成圍繞著基底成為自由的等離子體，就 可以合適地選擇頻率和射頻功率。通過(guò)進(jìn)行上述去除氧化膜，半導(dǎo)體薄膜和負(fù)電極之間的 電阻可降低，并且能有效地去除電動(dòng)勢(shì)。
(非專利文獻(xiàn)1)
T. Ohmi, M. Hirayama和A. Teramoto,《以半導(dǎo)體生產(chǎn)為基礎(chǔ)的硅刺激反應(yīng)技術(shù)的新領(lǐng) 域》，J. Phys. D ，《應(yīng)用物理學(xué)》，39頁(yè)1-17行，2006年1月。
2.N型半導(dǎo)體薄膜2a料涂抹P (磷)的硅元素薄膜，厚度IOOOnm工藝化學(xué)氣相沉積 (微波40ff/cm2,壓力IOOmTorr,參考CVD系統(tǒng))氣體流量數(shù)氬540cc/min硅烷1. 5cc/mm 磷化氫 0. 03cc/min 氫氣 10cc/min
3.I型半導(dǎo)體薄膜2b材料硅薄膜，厚度2 μ m的工藝化學(xué)氣相沉積(微波40W/cm2， 壓力IOOmTorr,參考CVD系統(tǒng))氣體流量數(shù)氬540cc/min硅烷1. 5cc/mm氫氣10cc/min
4.P型半導(dǎo)體薄膜2c材料涂抹B (硼)的硅薄膜，厚度，IOOOnm工藝化學(xué)氣相沉積 (微波40W/cm2，壓力IOOmTorr,參考CVD系統(tǒng))氣體流量數(shù)氬540cc/min硅烷1. 5cc/ mmB2H60. 03cc/min 氧氣 10cc/min
5.透明電極膜3材料質(zhì)ZnO，厚度1μ m工藝物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積(微波 40ff/cm2)，在IOOmTorr之下，氣體流量數(shù)氬氣200cc/min，氧氣20cc/min含鋅有機(jī)金屬 有(以下任一 )-.Zn (MOPD) 2 或 C18H30O6ZnDIPZ 或 C6H14ZnDMZn 或 Zn (CH3) 2DEZn 或 Zn (C2H5) 2
6.水分?jǐn)U散防止膜4材料氮化硅(SiN)薄膜和/或碳氮化硅(SiCN)膜，更確切地說(shuō) 水分?jǐn)U散防止膜4如下加工形成。氬氣ISLM和NH3氣體lOOsccm傳遞到二步法淋浴板型微波刺激高密度等離子體 設(shè)備(非專利文獻(xiàn)1)的上行淋浴板，并且3kw的微波功率用于激發(fā)等離子體。然后，硅烷 20sCCm傳遞到較低行的淋浴板來(lái)沉積IOOnm的氮化矽薄膜。然后，傳遞硅烷19sCCm和四 甲基硅烷(SiH(CH3)5) =Isccm進(jìn)行沉積IOOnm的SiCN薄膜。當(dāng)重復(fù)上述工藝5次，13. 5 μ m 的SiN/SiCN被沉積并且用小應(yīng)力獲得水分?jǐn)U散防止薄膜。此時(shí)，惰性氣體可代替氬。隊(duì)和 H2的混合氣體可以用來(lái)代替氨氣。此外，根據(jù)基材的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整SiN薄膜和SiCN薄膜 的厚度可以減小在SiN/SiCN中產(chǎn)生的應(yīng)力。這樣，水分?jǐn)U散防止膜4可以覆蓋透明電極膜3的整個(gè)表面(光吸收表面)，并可 提高耐用性。此外，通過(guò)沉積水分?jǐn)U散防止膜4，可進(jìn)一步提高作為太陽(yáng)能電池的耐用性，這 樣不僅透明電極膜3的光吸收表面，以及半導(dǎo)體薄膜2的側(cè)邊也可能被覆蓋，如上述的第三 個(gè)實(shí)施例。
7.透明防護(hù)板5材料透明玻璃，厚度5毫米工藝黏附(硅樹脂作為密封劑6來(lái) 黏附透明防護(hù)板5，能夠密封半導(dǎo)體薄膜2(2a，2b，2c)，透明電極膜3和水分?jǐn)U散防止膜4。)
8.電極材料的7B(正極)材料樹脂包銅線工藝焊接(用焊接將上述銅線連接到透 明電極膜3。)
9.電極材料的第7A(負(fù)極)材料樹脂包銅導(dǎo)線工藝焊接(用焊接將上面提到的銅 線連接到基材1 (鋁塑板)。)此外，丙烯酸清漆涂在鋁基底背面(相對(duì)于太陽(yáng)能電池的分 層側(cè)面)。實(shí)施例21.基材1材料鋼板，厚度5mm，鋅/鋁電鍍
工藝鋅/鋁電鍍工藝之后的清洗工藝
清洗工藝負(fù)電極的一面工藝經(jīng)過(guò)噴砂工藝之后清洗工藝 清洗工藝用毛刷輥進(jìn)行物理清洗 4
用堿性清洗液進(jìn)行超聲波清洗(5分鐘) I
用純凈水進(jìn)行超聲波清洗(3分鐘) I
用臭氧水進(jìn)行超聲波清洗(5分鐘) I
用純凈水沖洗
2.N型半導(dǎo)體薄膜2a與實(shí)施例1相同。
3.I型半導(dǎo)體薄膜2b與實(shí)施例1相同。4.P型半導(dǎo)體薄膜2c與實(shí)施例1相同。
5.透明電極膜3材料ΙΤ0，厚1μ m工藝在IOOmTorr之下進(jìn)行物理氣相沉積，通過(guò)瞄 準(zhǔn)ΙΤ0，進(jìn)行氬/氧氣(惰性氣體/氧氣)的反應(yīng)濺射法。
6.水分?jǐn)U散防止膜4與實(shí)施例1相同。
7.透明防護(hù)板5材料透明夾絲玻璃，厚度3mm工藝黏附(用作為密封劑6的聚氨酯 黏附透明防護(hù)板5，能夠密封半導(dǎo)體薄膜2 (2a, 2b，2c)，透明電極膜3，水分?jǐn)U散防止膜4)。
8.電極材料的7b(正極)與實(shí)施例1相同。
9.電極材料的7a(負(fù)電極)與實(shí)施例1相同。
10.如果需要，涂層材料可以涂在鋼板的背面(相對(duì)于太陽(yáng)能電池的分層側(cè)面)。 實(shí)施例31.基材11材料陶瓷磚，厚度，15毫米(金屬導(dǎo)電膜放置在表面上)工藝清洗基 材表面，并且通過(guò)噴涂工藝，在清洗過(guò)的表面上形成了一層鋁膜(金屬導(dǎo)電膜12)。清洗工藝與實(shí)施例1相同。
2.N型半導(dǎo)體薄膜2a與實(shí)施例1相同。
3.I型半導(dǎo)體薄膜2b與實(shí)施例1相同。
4.P型半導(dǎo)體薄膜2c與實(shí)施例1相同。
5.透明電極膜3與實(shí)施例1相同。
6.水分?jǐn)U散防止膜4與實(shí)施例1相同。
7.透明防護(hù)板5材料透明玻璃，厚度7mm工藝與實(shí)施例1相同。
8.電極材料的第7b(正極)與實(shí)施例1相同。
9.電極物料7a(負(fù)極)材料樹脂包銅線工藝焊接(用焊接將上述銅線連接到基材 11表面上的導(dǎo)電膜12。)
此外，上述實(shí)施例1至3中，CVD或PVD的工藝溫度進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置，例如，考慮到該基材 1或11的耐熱溫度，設(shè)置在100°C -400°C范圍內(nèi)。用于說(shuō)明以上所述發(fā)明的更好的實(shí)施例和1至3實(shí)施例說(shuō)明了作為太陽(yáng)能電池結(jié) 構(gòu)的非晶硅太陽(yáng)能電池的連接結(jié)構(gòu)。然而，只要基材本身是作為基底配置的，在本發(fā)明中的 太陽(yáng)能電池可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用到使用鍺及化合物的半導(dǎo)體材料的太陽(yáng)能電池中。
0061]III-V 組=GaAs, InP，AlGaAsII-VI 組CdS，CdTe, and Cu2SI-III 組=CuInSe2, CuInS2工業(yè)應(yīng)用基于本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池，通過(guò)配置使用基材本身作為基底的薄膜太陽(yáng)能 電池，集成基材和薄膜太陽(yáng)能電池。因此，與用粘合劑集成連接到基材的獨(dú)立配置的太陽(yáng)能 電池相比，能夠保證作為太陽(yáng)能電池的最大光吸收部分。同時(shí)，其上獨(dú)立配置太陽(yáng)能電池的 基底，例如，硅基底或玻璃基底，成為不必要的。因此，材料的成本可以降低。此外，與獨(dú)立配置的面板形太陽(yáng)能電池單元附到太陽(yáng)能電池之后相比，成本可降 低。此外，通過(guò)形成耐用的氮化物水分?jǐn)U散防止膜的氮化硅膜，和/或用于表面(光吸 收表面)的氮碳化硅膜，得以在透明導(dǎo)電薄膜的表面上吸收太陽(yáng)光，例如，可能用來(lái)保護(hù)太 陽(yáng)能電池的薄膜元件并且持久性得以提高。此外，通過(guò)不僅覆蓋了透明電極膜的光吸收表 面?zhèn)冗叄哺采w了帶有水分?jǐn)U散防止膜的薄膜元件側(cè)邊，作為太陽(yáng)能電池的耐久性能得到進(jìn)一步改善。這樣，通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例，太陽(yáng)能電池可以被整合并能夠在幾乎所有材料的表 面上設(shè)置太陽(yáng)能電池。特別是，本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池適合建筑和土木工程結(jié)構(gòu)中的 應(yīng)用。此外，本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能電池可以用作裝在各種運(yùn)輸機(jī)械表面上的太陽(yáng)能電池， 如車輛，飛機(jī)，船只和衛(wèi)星，可大大有助于節(jié)約能源。該申請(qǐng)請(qǐng)求優(yōu)先權(quán)，基于日本專利申請(qǐng)?zhí)?008-030707，于2008年2月12日遞交， 其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。
權(quán)利要求
一種太陽(yáng)能電池包括一種形成在基材上的半導(dǎo)體薄膜；一種形成在該半導(dǎo)體薄膜上的透明導(dǎo)電膜；及一種至少覆蓋了該透明導(dǎo)電膜上部表面的含氮的水分?jǐn)U散防止膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該水分?jǐn)U散防止膜至少是由一種氮化硅薄膜和一種碳氮化硅薄膜形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該基材是選自鐵，鋁，鋅，銅及其合金的組合及一種其表面處理產(chǎn)品。 其中該合金中的鐵合金包括碳鋼和不銹鋼，其中該表面處理產(chǎn)品中的鐵表面處理產(chǎn)品包括鍍鋅鋼板和鍍鋅鋁薄鋼板， 其中該合金中的鋁合金中包括硬鋁鋁和銅鋁合金，其中該表面處理產(chǎn)品中的鋁表面處理產(chǎn)品包括陽(yáng)極氧化處理的產(chǎn)品包括陽(yáng)極化鋁，并且其中該合金中的銅鋁合金包括黃銅，絲綿和青銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該基材包括一種非導(dǎo)電材料和一種在非導(dǎo)電材料上形成的導(dǎo)電膜， 其中該非導(dǎo)電材料選自塑料，紙張，木材，石材，陶瓷，玻璃，板巖組成，成分，板巖和硅 酸鈣組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中由金屬，碳或其混合物形成的該導(dǎo)電膜是由從化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積，熱噴 涂，涂層和化學(xué)鍍的方法組合中所選的一種方法提供的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該基材導(dǎo)電薄膜表面進(jìn)行超聲波清洗和/或酸性清洗以及氫離子處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該半導(dǎo)體薄膜包括硅化合物半導(dǎo)體、鍺或其合成材料中的任何一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該透明導(dǎo)電膜的主要材料是氧化鋅，銦錫氧化物或氧化錫。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其中該基材是用建筑材料構(gòu)建的，其中包括屋頂材料，漿料，瓷磚，石板，鋁盤，薄片鋼 板，鋼板和樹脂膜中至少一種。
全文摘要
文檔編號(hào)H01L31/04GK101952974SQ20098010504
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2009年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月12日
發(fā)明者Teramoto Akinobu, Moyama Kazuki, Ohmi Tadahiro, Wakayama Yoshihide 申請(qǐng)人:Tokyo Electron Ltd, Univ Tohoku