專利名稱：大面積柔性薄膜太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能電池技術領域，特別是涉及一種大面積柔性薄膜太陽能電池。
背景技術：
能源是人類社會發(fā)展的動力，是國民經濟發(fā)展和人民生活水平提高的重要物質基礎。目前廣泛使用的常規(guī)能源(主要是煤、石油、天然氣等化石能源)有限，且多年過度的開發(fā)利用已造成嚴重的環(huán)境問題，制約著經濟和社會的發(fā)展。因此，開發(fā)可再生能源是關系到國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關鍵措施之一。在各種可再生能源中，太陽能光伏發(fā)電技術是近些年來太陽能利用領域中發(fā)展最快，最前沿的研究領域。其中薄膜太陽能電池因為耗材少、制造成本低而成為研究的熱點。 目前的薄膜太陽能電池按襯底可分為硬性襯底(如玻璃襯底)和柔性襯底(如高溫塑料、 樹脂聚合物、鋁箔、鋼帶)兩大類。柔性襯底薄膜太陽電池由于重量輕、可卷曲的特性，具有便于攜帶、易與建筑一體化和高功率重量比的優(yōu)點，從而在軍事和民用上均具有良好的應用前景，極大地擴展了太陽能電池的應用空間。柔性襯底薄膜太陽電池便于采用卷到卷(roll-to-roll)的連續(xù)沉積工藝，雖生產成本較高但可大面積連續(xù)化生產。如果采用質量較輕且不易破碎的柔性太陽電池制作電站，不僅可以大大降低電池的運輸成本和電站的建設成本，而且更便于在已有建筑的頂部和四周安裝，且不需要增加建筑物的承重要求。也可以制造出可以自由移動的太陽能電站，還可制造出便攜式、大眾化太陽能電池，這樣不僅可以最大限度的利用太陽能，而且可以滿足形形色色的能源需求。目前，柔性薄膜太陽能電池基本都是在柔性襯底上制備。但是，在柔性襯底表面沉積薄膜的生產設備與現(xiàn)有的、在硬性材料上沉積薄膜的設備不兼容，而且非常昂貴，工藝也較為復雜。其中，在利用臨時襯底作為柔性轉移襯底制造柔性薄膜太陽電池的方法中，存在著臨時襯底需要蝕刻去除，不可重復利用，且不利于大面積產業(yè)化等問題。而且在柔性襯底上直接形成的薄膜太陽能電池難以高效地實現(xiàn)大面積內級聯(lián)(monolithic integration)。有諸多嘗試，在玻璃等硬性基板表面粘貼柔性襯底，再在柔性襯底表面沉積薄膜層系來完成柔性薄膜太陽能電池的制造。但其遇到的問題包括對柔性襯底材料的苛刻要求，例如耐溫性、真空腔室的非污染性、高溫過程后的透光性，以及襯底與器件層系熱膨脹系數(shù)的相對匹配、柔性襯底與硬性基板的溫度性能匹配等。另外，大面積柔性襯底很難保證在整個器件制造過程中自始至終保持平展地鋪設在玻璃表面、且工藝完成后利于柔性襯底的剝離。即使有這種材料，例如聚酰亞胺，但其價格昂貴，而且很難自始至終保持平展。特別在大面積柔性薄膜太陽能電池的制造過程中，形成內級聯(lián)的激光劃線工藝會對其造成損傷。本發(fā)明人經過潛心研究和積極探索，在申請?zhí)枮?01010501502. 4和 201010540004. 0的中國專利申請中提出了一種新型的柔性薄膜太陽能電池和制造方法，其宗旨是硬性制造、柔性成型，直接在玻璃等硬性載板上形成脫離保護層和包括透明導電前電極(TCO)、單結或多結半導體光電轉換單元(例如p-i-n疊層結構)和背電極等層系結構的薄膜太陽能電池層系，且使其具有內級聯(lián)結構，再將柔性載體(柔性承載層)牢靠地結合在電池層系上，然后將柔性載體和電池層系(包括脫離保護層)一起整體性地從硬性載板表面脫離，經過進一步封裝，從而形成低成本、大面積、高度集成內級聯(lián)的柔性薄膜太陽能電池及其組件。在上述的技術方案中，所形成的柔性薄膜太陽能電池的脫離保護層要求具有很好的透明度、光散射率、耐高溫性、抗拉強度和尺寸穩(wěn)定性。但由于目前脫離保護層的材料主要為各類硅膠、高溫膠、高溫涂料和各種含有聚酰亞胺和特氟隆的聚合物，以及UV固化聚合物，其綜合性能還不夠理想，雖然具有較好的耐高溫性，但總體的透明度、光散射能力和抗拉強度還不夠，整體尺寸穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種大面積柔性薄膜太陽能電池，不但能夠提高脫離保護層的抗拉強度和尺寸穩(wěn)定性，而且能夠提高該層的透明度和光散射能力，進一步提高光電轉換效率。為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種大面積柔性薄膜太陽能電池，包括至少一層脫離保護層，在制造時所述脫離保護層形成于硬性載板表面；形成于所述脫離保護層表面的具有內級聯(lián)的薄膜太陽能電池層系；以及與所述薄膜太陽能電池層系結合的柔性承載層；其特征在于所述脫離保護層中包含金屬氧化物粉末?？蛇x的，所述金屬氧化物粉末為二氧化硅SiO2、氧化鈦TiO2、氧化鋁Al2O3、氧化鍺 GeO2、氧化鋅&ι0、氧化錫SnA中的一種或幾種的組合。可選的，所述金屬氧化物粉末在一層中的大小相同或不同?？蛇x的，所述金屬氧化物粉末在多層的每層中的大小相同或不同?？蛇x的，所述脫離保護層和電池層系之間具有至少一層結合層?？蛇x的，所述結合層的材料為透明、柔性、耐溫、絕緣材料，包括絕緣性金屬氧化物、氧化物、氮化物或碳化物，各類硅膠、各類聚合物、各類高溫膠、各類高溫涂料，以及含上述材料的混合物?？蛇x的，所述柔性承載層的材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、耐熱透明樹脂、光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂或沙林樹脂，及各種聚合物或含上述成分的復合材料?？蛇x的，所述脫離保護層的材料為透明、柔性、耐溫、且抗拉的可成膜材料，包括含各類硅酮、硅膠、各類聚合物、各類高溫膠、各類高溫涂料，以及含上述材料的混合物?？蛇x的，所述聚合物包括含聚酰亞胺、特氟隆的聚合物。可選的，所述脫離保護層與硬性載板表面之間還具有剝離層?？蛇x的，所述剝離層的材料為透明、耐溫材料，包括含各類硅膠、各類脫模劑、各類聚合物、各類玻璃離型劑、各種耐高溫油脂及潤滑劑，以及含上述材料的混合物。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明的技術方案在脫離保護層材料中加入金屬氧化物粉末。加入金屬氧化物粉末后的脫離保護層材料所形成的脫離保護層不但在整體的抗拉強度和尺寸穩(wěn)定性上有所提高，而且更為重要的是，由于金屬氧化物粉末作為極小的透明顆粒均勻分布在脫離保護層中，金屬氧化物粉末能夠增加脫離保護層的整體透明度和光散射率，使脫離保護層在透光率和光散射能力、且是全波段光譜范圍的光散射能力方面有了很大的提高。由于脫離保護層的光散射率有了很大提高，對于TCO(透明導電前電極)的絨性要求可大為降低，TCO可以做成平坦的層，從而降低了短路(shunt)的風險，有利于提高開路電壓。由于脫離保護層的透光率光散射率的提高，使背電極金屬層反射界面的光損失整體上減小，有更多的光被吸收，提高了光電轉換效率。此外，加入了金屬氧化物粉末之后，脫離保護層的顏色變深，使太陽能電池的整體顏色發(fā)黑，外觀更加美觀。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。為清楚起見，放大了層的厚度。圖1為根據本發(fā)明實施例的大面積柔性薄膜太陽能電池結構示意圖；圖2為根據本發(fā)明另一實施例的大面積柔性薄膜太陽能電池結構示意圖；圖3為根據本發(fā)明又一實施例的大面積柔性薄膜太陽能電池結構示意圖；圖4為根據本發(fā)明再一實施例的大面積柔性薄膜太陽能電池結構示意圖；圖5為本發(fā)明的大面積柔性薄膜太陽能電池從硬性載板表面脫離的狀態(tài)示意圖。所述示圖是示意性的，而非限制性的，在此不能過度限制本發(fā)明的保護范圍。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。圖1為根據本發(fā)明實施例的大面積柔性薄膜太陽能電池結構示意圖。如圖1所示，根據本發(fā)明實施例的柔性薄膜太陽能電池包括脫離保護層200，形成于脫離保護層200 表面的、包括透明導電前電極300、p-i-n光電轉換單元400和金屬背電極500在內的具有內級聯(lián)的薄膜太陽能電池層系；以及與薄膜太陽能電池層系結合的柔性承載層600。柔性承載層600的材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯PET、耐熱透明樹脂、光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂或沙林樹脂，及各種聚合物或含上述成分的復合材料。脫離保護層200為一層或多層(圖中僅示出一層)。其中，在脫離保護層200中含有金屬氧化物粉末，201表示眾多的粉末顆粒。金屬氧化物粉末包括二氧化硅SiO2、氧化鈦TiO2、氧化鋁Al2O3、氧化鍺GeO2、氧化鋅&ι0、氧化錫SnA中的一種或幾種的組合。脫離保護層200的材料要求是可成膜材料，要能夠便于大面積均勻敷設形成膜層，包括各類硅膠、各類聚合物、各類高溫膠、各類高溫涂料，以及含上述材料的混合物?？蛇x的例子例如含有聚酰亞胺、特氟隆TEFLON、氟化乙烯丙烯共聚物FEP或硅酮silicone材料的聚合物，或UV固化聚合物。加入金屬氧化物粉末201后，不但能夠減少脫離保護層材料的用量，降低成本，而且脫離保護層200在整體的抗拉強度和尺寸穩(wěn)定性上都有所提高。 更為重要的是，由于金屬氧化物粉末作為極小的透明顆粒201均勻分布在脫離保護層200 中，金屬氧化物粉末能夠增加脫離保護層的整體透明度和光散射率，使脫離保護層在透光率和光散射能力、且是全波段光譜范圍的光散射能力方面有了很大的提高。對于透明導電前電極300的絨性要求可大為降低，透明導電前電極300可以做成平坦的層，能夠減少短路 (shunt)的發(fā)生，有利于提高開路電壓。由于脫離保護層200的透光率光散射率的提高，使背電極金屬層500反射界面的光損失整體上減小，有更多的光被吸收，提高了光電轉換效率。圖2為根據本發(fā)明另一實施例的柔性薄膜太陽能電池結構示意圖。如圖2所示， 本實施例中，除了脫離保護層200之外，還有一層脫離保護層210，脫離保護層200和脫離保護層210共同作為脫離保護層。在脫離保護層200和脫離保護層210中分別含有金屬氧化物粉末201，其包括二氧化硅SiO2、氧化鈦TiO2、氧化鋁Al2O3、氧化鍺GeO2、氧化鋅SiO、氧化錫SnA中的一種或幾種的組合，且脫離保護層200和脫離保護層210中的金屬氧化物粉末顆粒201的大小相同。圖3為根據本發(fā)明又一實施例的柔性薄膜太陽能電池結構示意圖。如圖3所示， 本實施例中，除了脫離保護層200之外，還包括一層脫離保護層220，脫離保護層200和脫離保護層220共同作為脫離保護層。在脫離保護層200和脫離保護層220中又分別含有金屬氧化物粉末。且脫離保護層200和脫離保護層220中的金屬氧化物粉末顆粒201和202的大小不同。圖4為根據本發(fā)明再一實施例的柔性薄膜太陽能電池結構示意圖。如圖4所示， 本實施例中，在脫離保護層200中亦含有金屬氧化物粉末，但是包含有不同大小的粉末顆粒201和202。含有粉末顆粒大小不同的脫離保護層200的光散射系數(shù)要高于粉末顆粒大小相同的脫離保護層200。在其它實施例中，脫離保護層200和電池層系之間具有至少一層結合層。結合層的材料為透明、柔性、耐溫、絕緣材料，包括絕緣性金屬氧化物、氧化物、氮化物或碳化物，各類硅膠、各類聚合物、各類高溫膠、各類高溫涂料，以及含上述材料的混合物。脫離保護層200與硬性載板100表面之間還具有剝離層110。剝離層的材料為透明、耐溫材料，包括含各類硅膠、各類脫模劑、各類聚合物、各類玻璃離型劑、各種耐高溫油脂及潤滑劑，以及含上述材料的混合物。圖5為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池從硬性載板表面脫離的狀態(tài)示意圖。如圖5所示，通過例如提拉、牽引柔性承載層600或風刀吹離等方式，柔性承載層600連同薄膜太陽能電池層系(包括TCO前電極300、p-i-n光電轉換單元 400和金屬背電極500)和脫離保護層200 —起整體性地從玻璃100表面脫離。剝離層110 作為粘合材料，可以全部或部分的留在玻璃100上。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。 因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種大面積柔性薄膜太陽能電池，包括至少一層脫離保護層，在制造時所述脫離保護層形成于硬性載板表面；形成于所述脫離保護層表面的具有內級聯(lián)的薄膜太陽能電池層系；以及與所述薄膜太陽能電池層系結合的柔性承載層；其特征在于所述脫離保護層中包含金屬氧化物粉末。
2.根據權利要求1所述的大面積柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述金屬氧化物粉末為二氧化硅SiO2、氧化鈦TiO2、氧化鋁Al2O3、氧化鍺GeO2、氧化鋅SiO、氧化錫SnA中的一種或幾種的組合。
3.根據權利要求2所述的大面積柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述金屬氧化物粉末在一層中的大小相同或不同。
4.根據權利要求2所述的大面積柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述金屬氧化物粉末在多層的每層中的大小相同或不同。
5.根據權利要求1所述的大面積柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述脫離保護層和電池層系之間具有至少一層結合層。
6.根據權利要求5所述的大面積柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述結合層的材料為透明、柔性、耐溫、絕緣材料，包括絕緣性金屬氧化物、氧化物、氮化物或碳化物，各類硅膠、各類聚合物、各類高溫膠、各類高溫涂料，以及含上述材料的混合物。
7.根據權利要求1所述的大面積柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述柔性承載層的材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯、耐熱透明樹脂、光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂或沙林樹脂，及各種聚合物或含上述成分的復合材料。
8.根據權利要求1所述的大面積柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述脫離保護層的材料為透明、柔性、耐溫、且抗拉的可成膜材料，包括含各類硅酮、硅膠、各類聚合物、各類高溫膠、各類高溫涂料，以及含上述材料的混合物。
9.根據權利要求8所述的大面積柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述聚合物包括含聚酰亞胺、特氟隆的聚合物。
10.根據權利要求1所述的大面積柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述脫離保護層與硬性載板表面之間還具有剝離層。
11.根據權利要求10所述的大面積柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述剝離層的材料為透明、耐溫材料，包括含各類硅膠、各類脫模劑、各類聚合物、各類玻璃離型劑、各種耐高溫油脂及潤滑劑，以及含上述材料的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大面積柔性薄膜太陽能電池，包括至少一層脫離保護層，在制造時所述脫離保護層形成于硬性載板表面；形成于所述脫離保護層表面的具有內級聯(lián)的薄膜太陽能電池層系；以及與所述薄膜太陽能電池層系結合的柔性承載層；所述脫離保護層中包含金屬氧化物粉末。本發(fā)明的大面積柔性薄膜太陽能電池不但能夠提高脫離保護層的抗拉強度和尺寸穩(wěn)定性，而且能夠提高該層的透明度和光散射能力，進一步提高光電轉換效率。
文檔編號H01L31/048GK102176478SQ20111006981
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權日2011年3月23日
發(fā)明者張超華, 施成營, 李沅民, 連重炎 申請人:泉州市博泰半導體科技有限公司