CN101154695A - 利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，该方法将金属衬底浸入电解液中进行表面处理，使金属衬底具有绒面结构，然后在绒面金属铝箔上制备前电极、然后激光切割、制备P－I－N层、激光切割、制备背电极、激光切割和层压聚合物衬底，最后再去除金属衬底制成柔性转移衬底太阳电池。所述本发明中作为柔性转移衬底的金属衬底表面平整且具有绒面结构，使在其表面沉积的前电极也随之具有一定的绒度，从而使所制备的太阳电池具有很好的陷光结构，提高太阳电池效率。
Description
【技术领域】
本发明涉及薄膜太阳电池器件制作工艺，尤其是一种利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法
【背景技术】
人类社会的发展伴随着能源消耗的增加，与此同时，常规能源(如石油、煤炭等)储量在逐年减少，而且使用常规能源造成环境污染和气候恶化，导致地球生态环境的污染、破坏日趋严重。因此，人类对“可再生能源”、“绿色能源”的研究、开发和利用越来越重要、紧迫。这其中，太阳能无疑是人类未来能源的首选。从上世纪70年代起，许多国家掀起了太阳能光伏发电热潮，美国、日本、欧盟、印度等国家纷纷制定雄心勃勃的中长期发展规划推动光伏技术和光伏产业的发展，推动这一新能源产业的发展。
薄膜太阳电池是太阳电池的一种类型，其中硅薄膜太阳电池因为耗材少、制造成本低，且原材料丰富、无毒、无污染等优点备受青睐。硅薄膜太阳电池按衬底可分为硬衬底(如玻璃衬底)和柔性衬底(如不锈钢、聚合物)两大类。目前的硅薄膜太阳电池大部分是在硬衬底上制备的，但这种电池比较厚重，且容易破碎，运输和保管均有不便之处。在柔性衬底上制备的太阳电池，特点是轻、薄和可卷曲性，可以用在硬衬底太阳电池难以胜任的许多其他领域，例如太阳能汽车、飞机、飞艇、建筑等需要特殊曲面场合应用，且由于轻、薄和可卷曲的特性，非常便于储存，但是使用不锈钢衬底，制备集成电池工艺较为复杂，使用聚合物衬底，对电池的沉积温度有较大的限制。
一种新型的柔性转移衬底太阳电池，可以克服上述不锈钢衬底和聚合物衬底太阳电池的缺点。该转移衬底是以一种金属箔片为临时衬底，在上面以p-i-n的顺序沉积电池，然后再转移到聚合物衬底上取代金属箔片。使用这种技术的主要优点是：可以使用与常规玻璃衬底相当的温度和类似工艺去沉积透明导电薄膜(TCO)和各个硅层，这样能以较高的沉积速率制备出高质量的材料，同时使聚合物衬底上的卷对卷(roll-to-roll)的沉积集成技术成为可能。
在该新型的柔性转移衬底太阳电池结构中，临时衬底可选用低成本的金属铝箔，但是未经表面处理的金属铝箔表面存在许多由于轧制、运输过程中产生的机械划痕和凹坑，而所制备的前电极(SnO2、ITO等)以及硅薄膜电池的厚度都在微米量级，这些划痕的存在会使得这些薄膜难于致密、无法完整地覆盖金属箔的表面，使得电池性能劣化，更严重的是，在需要去除该电池的金属铝箔临时衬底的后续工艺中，会使电池受腐蚀液的影响，发生脱落现象，从而造成太阳电池的性能降低甚至无法使用。
【发明内容】
本发明目的旨在为克服现有技术的不足，而提供一种利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，该方法中的转移衬底表面平整，且具有绒面结构的柔性转移衬底太阳电池及其制备方法。
本发明为实现上述目的，设计了一种利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，其包括以下步骤：金属衬底浸入电解液中进行表面处理；在表面处理后的金属衬底上，沉积前电极、激光切割划线、P-I-N硅薄膜电池、激光切割划线、沉积背电极；激光切割划线；在背电极上层压聚合物衬底；最后去除金属衬底并进行电池封装处理。
本发明有益效果是：在柔性太阳电池的制备中，采用金属衬底作为太阳电池的柔性转移衬底，克服了不锈钢衬底和聚合物衬底太阳电池的缺点。该金属衬底经过电解液的表面处理，表面平整且具有绒面结构(绒面结构以原子力显微镜测试的表面粗糙度在20-100nm为尺度)，使在其表面沉积的前电极也随之具有一定的绒度，从而使所制备的太阳电池具有很好的陷光结构，从而有利于提高电池的光吸收，提高电池短路电流和开路电压，以及填充因子，进而提高太阳电池的光电转换效率，提高太阳电池效率。
【附图说明】
图1为本发明的柔性转移衬底太阳电池结构示意图；
图2为本发明的柔性转移衬底太阳电池制备方法流程图；
图3为未表面处理的金属铝箔示意图；
图4为经过表面处理后的金属铝箔示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的技术方案进行详细的说明。
本发明利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池，包括依次处理或制备：金属衬底A，透明导电薄膜T，激光切割前电级，p型窗口层P，本征有源区I，N+区N，激光切割硅电池层，背电极M，激光切割背电极，层压聚合物衬底S等。其中的金属衬底A经过电化学抛光处理，表面的平整度得到很好的改善，同时还具有一定的绒度，作为柔性转移衬底太阳电池的临时转移衬底。
所述金属衬底表面处理的工艺参数为：电解液，高氯酸和无水乙醇，配比为1∶1～1∶10；表面处理电压3-20V以上；电解液温度，-10～50℃；电极间距，1～10cm；表面处理时间，0.1～30分钟。
所述金属衬底是厚度为0.05mm～2mm的铝箔或铜箔。
所述前电极T，是采用超声喷雾或电子束蒸发等技术沉积透明导电薄膜TCO，采用SnO2或ITO等材料。
所述P-I-N硅薄膜电池，是采用等离子增强化学气相沉积法依次沉积p型窗口层、本征有源区和N+区三硅层。
所述背电极M，是采用金属有机化学气相沉积或者溅射法制备，背电极M为金属Ag、Al和ZnO中至少一种。
所述聚合物衬底S，采用厚度为0.1mm～2.0mm的透明的PET或其它封装用聚合物膜材料。
所述去除金属衬底并进行电池封装处理，具体为采用湿法腐蚀将金属衬底去除，然后采用聚合物将电池进行封装处理。
本发明制备的柔性转移衬底太阳电池，首先采用电解液对铝箔A进行表面处理，然后在铝箔A上沉积前电极透明导电薄膜T，激光切割前电极，等离子增强化学气相沉积(PECVD)法依次沉积p型窗口层P、本征有源区I、N+区N三硅层，激光切割硅电池层，金属有机化学气相沉积或者溅射法制备背电极M，激光切割，在背电极上层压聚合物衬底S，最后去除铝箔A并进行电池封装处理，得到柔性转移衬底太阳电池。
请参考图2所示，具体制备工艺为：
1、将铝箔A浸入电解液中进行表面处理，具体工艺参数如下：
电解液采用高氯酸(或其它相应不易损害铝箔的酸类化学品)和无水乙醇(或其它有机溶剂)，其配比为1∶1～1∶10；
表面处理电压：3-20V；
电解液温度：-10～50℃；
电极间距：1～10cm；
表面处理时间：0.1～30分钟。
2、在表面处理后的铝箔A上，沉积前电极透明导电薄膜T；激光切割前电极；
3、采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)等薄膜沉积技术依次沉积p型窗口层P、本征有源区I、N+区N三硅层；激光切割硅电池层；
4、制备背电极M；激光切割，并将电极引出；
5、用层压机将电池与聚合物衬底S层压在一起；
6、采用湿法腐蚀将铝箔A去除；
7、将电池用聚合物封装好。
实施例1：
电解液采用高氯酸(或其它相应不易损害铝箔的酸类化学品)和无水乙醇(或其它有机溶剂)，其配比为1∶4；
表面处理电压：12V；
电解液温度：15℃；
电极间距：2.5cm；
表面处理时间：2.5分钟。
处理后的金属铝箔，首先采用超声喷雾技术制备SnO2透明导电薄膜，激光切割划线，然后经过超声清洗后放入PECVD沉积系统中进行电池中P，I，N各层的沉积，沉积后经过激光切割划线，采用蒸发技术进行背电极Al的制备，然后激光切割划线，用聚合物层压，层压后放入腐蚀液中腐蚀去除临时衬底铝箔，然后电池封装。
实施例2：
电解液采用高氯酸(或其它相应不易损害铝箔的酸类化学品)和无水乙醇(或其它有机溶剂)，其配比为1∶4；
表面处理电压：18.5V；
电解液温度：2℃；
电极间距：4cm；
表面处理时间：1分钟。
值得注意的是，提高硅薄膜太阳电池的有效途径之一是采用陷光结构。绒面结构的透明导电前电极是构成硅薄膜太阳电池高效陷光结构的关键因素。为在柔性转移衬底太阳电池中实现良好的陷光结构，在对铝箔表面进行表面处理的时，通过控制表面处理工艺参数，使铝箔表面具有一定绒度，从而使在其表面制备的透明导电薄膜也随之具有一定的绒度，使所制备的柔性转移衬底太阳电池具有很好的陷光结构。因此，上述步骤中，步骤1所描述的铝箔的表面处理工艺是整个柔性转移衬底太阳电池工艺的关键所在。
如图3和图4所示，举例说明太阳电池柔性转移衬底金属箔片处理前后的差异，其中图3为未表面处理的铝箔，图4为表面处理后的铝箔。在本例中，采用在厚度为0.1mm的铝箔上，按照上述步骤1中所述选择表面处理参数，对铝箔表面进行电化学处理。从图3和图4可看出，与未处理的样品相比，经表面处理后样品表面划痕基本消失，并且具有一定的绒度。
对铝箔的表面处理，是通过控制电解液的浓度和其他抛光参数(包括电压、温度、时间)来对铝箔表面的粗糙度进行调整，使得其表面的粗糙度能达到几十纳米，这样不仅减小了铝箔表面粗糙度对其后沉积的透明导电前电极生长的影响，使得前电极能致密地生长在铝箔表面，同时在具有一定绒度的铝箔上制备的透明导电薄膜也会具有一定的绒度。
综上，本发明提供了一种柔性转移衬底太阳电池结构及制备方法，该柔性转移衬底表面平整且具有绒面结构，使在其表面沉积的薄膜也随之具有一定的绒度，从而使所制备的太阳电池具有很好的陷光结构，从而有利于提高电池的光吸收，提高电池短路电流和开路电压，以及填充因子，进而提高太阳电池的光电转换效率，提高太阳电池效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
金属衬底浸入电解液中进行表面处理；
在表面处理后的金属衬底上，沉积前电极、激光切割划线、P-I-N硅薄膜电池、激光切割划线、沉积背电极；激光切割划线；
在背电极上层压聚合物衬底；
去除金属衬底并进行电池封装处理。
2.根据权利要求1所述的利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，其特征在于：所述金属衬底浸入电解液中进行表面处理，该表面处理的工艺参数为，
电解液，高氯酸和无水乙醇，配比为1∶1～1∶10
表面处理电压，3-20V；
电解液温度，-10～50℃；
电极间距，1～10cm；
表面处理时间，0.1～30分钟。
3.根据权利要求1或2所述的利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，其特征在于：所述金属衬底是厚度为0.05mm～2mm的铝箔或铜箔。
4.根据权利要求3所述的利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，其特征在于：所述前电极是SnO2或ITO透明导电薄膜。
5.根据权利要求3所述的利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，其特征在于：所述沉积P-I-N硅薄膜电池是采用等离子增强化学气相沉积法依次沉积p型窗口层、本征有源区和N+区三硅层。
6.根据权利要求3所述的利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，其特征在于：所述背电极包含Ag、Al和ZnO中至少一种。
7.根据权利要求3所述的利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，其特征在于：所述去除金属衬底并进行电池封装处理，具体为采用湿法腐蚀将金属衬底去除，然后采用聚合物将电池进行封装处理。
8.根据权利要求4-6所述的任一或组合的利用绒面临时衬底制备柔性转移衬底太阳电池的方法，其特征在于：所述去除金属衬底并进行电池封装处理，具体为采用湿法腐蚀将金属衬底去除，然后采用聚合物将电池进行封装处理。
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