[发明专利]一种柔性薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造工艺，特别涉及用于一种柔性薄膜太 阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的高速发展、技术快速的更新换代以及对能源的需 求，现在能源结构正在发生着根本性的变革。传统的能源：煤炭、 石油、天然气的使用量将在2020年-2040年到达高峰，而在2050 年后将会逐渐枯竭。可再生能源(主要是太阳能)等替代能源从2000 年开始迅猛发展，到2050年使用量将达到高峰。传统太阳能电池 是使用单晶硅或多晶硅薄片，其中硅材料应用较多，浪费严重，硅 元素提纯工艺复杂且成本太高。薄膜太阳能电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，所以基本无原料瓶颈， 尤其是非晶硅薄膜太阳能电池，成本低且工艺成熟，所以发展很快， 成为目前薄膜太阳能电池最成熟的产品之一。

非晶微晶硅薄膜太阳能电池是新一代薄膜电池产业化技术中的 姣姣者，它以转换效率高、稳定性好、成本低廉等主要特点见长， 很可能成为光伏技术中首先实现电网等价点的主流技术。传统薄膜 电池是以玻璃衬底为基础制作的，玻璃既是一种很好的保护材料， 又具有良好的透光性，是一种绝佳的衬底材料。但是玻璃也有它的 局限性，如玻璃的不可弯曲性以及重量较重，影响它在某些特殊领 域中的应用。比较直接的如曲面型产品，像汽车顶棚的阳光窗，或 无人驾驶飞机上贴机翼安装的太阳能发电系统等；再如便携式、可 卷可折叠式充电系统等；另外，这些应用中很多共性的要求是系统 的重量比较轻，这对航空航天应用来说尤其重要。现有柔性薄膜太 阳能电池的衬底材料通常采用不锈钢薄膜和聚合物膜。由于不锈钢 薄膜成本高、分量重以及具有导电性，因此要满足以上这些应用的 需要，轻型聚合物膜是一种比较理想的衬底材料。它不导电，因此 可以用现成的激光切割工艺制造组件，而不需要将薄膜电池制成后 再切开，然后重新串联。聚合物衬底如聚酰亚胺(Kapton)薄膜具有耐 高低温、耐酸硷、耐溶剂、电气绝缘(H级)、防辐射、适合真空 制膜工艺、及厚度薄而拉力好等性能，是柔性太阳能电池的一种优 良选择。

如图1所示，其中示出一种传统的单结非晶硅薄膜太阳能电池 的层结构。该非晶硅薄膜太阳能电池是在透明基板1(主要是玻璃) 上依次沉积、溅射受光面电极2、光电转换层3、衬面电极4而形 成。作为透明基板1，可采用玻璃板、透明树脂膜等。受光面电极 2由例如ITO(锢锡氧化物)等透明导电性氧化物构成。从受光面 电极2侧开始，光电转换层3具有p型非晶硅层、i型非晶硅 层及n型非晶硅层的层积结构。衬面电极4由例如银、铝、钛、 铜等金属材料和ITO、SnO等金属氧化物的层积膜构成。

然而以前传统的薄膜电池工艺，不管是p-i-n结构还是n-i-p结构， 都有至少一道工序采用较高温度，即超过聚合物膜的最高承受温度 (约400℃)。如p-i-n结构中用氧化锡采用常压化学气相沉积法 (APCVD)形成作为电极的透明导电膜材料是在500℃左右的温度上 制备的；而在n-i-p结构中则要形成具备良好绒面结构的银层也是在 相当高的衬底温度下制备的。因此传统的工艺比较难以应用于柔性 聚合物衬底，即使改变工艺并降低镀膜温度，所制作的太阳能电池 的转换效率比较低，一般在5％以下，影响应用效果而且成本太高。

因此这种传统用于玻璃衬底的薄膜太阳能电池制造工艺难以直 接移植应用于制造以聚合物材料作为衬底的柔性薄膜太阳能电池的 制造。

发明内容

为了实现将传统玻璃衬底的薄膜太阳能电池制造工艺稍加修改 后应用于制造柔性衬底的薄膜太阳能电池，在此提出一种新型的柔 性薄膜太阳能电池及其制造方法。

根据本发明的一个方面，在此提供一种柔性薄膜太阳能电池， 其中包括如下结构：用柔性聚合物薄膜构成的进光面衬底；在进光 面衬底上淀积氧化锌形成的第一电极层；在第一电极层上由依次形 成的p型、i型和n型非晶硅层构成的光电转换层；以及在所述光电 转换层上淀积氧化锌形成的第二电极层。

根据本发明的另一个方面，在此提供一种柔性薄膜太阳能电池， 其中包括如下结构：用柔性聚合物薄膜构成的背光面衬底；在背光 面衬底上淀积氧化锌形成的第三电极层；在第三电极层上由依次形 成的n型、i型和p型非晶硅层构成的光电转换层；以及在所述光电 转换层上淀积氧化锌形成的第四电极层。