CN101510575A - 一种聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的制造方法 - Google Patents

一种聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的制造方法 Download PDF

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张建军
倪牮
陈新亮
繁正海
薛俊明
侯国付
赵颖
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Abstract

一种聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的制造方法，将透光性好的浆体聚酰亚胺刮涂在普通玻璃上，分两部低温固化，形成玻璃－聚酰亚胺薄膜复合衬底，然后按着玻璃衬底硅基薄膜太阳电池组件的制备工艺形成电池组件，引线封装后采用室温下用水浸泡的方式将已制备好的太阳电池组件从玻璃上剥离，从而获得塑料衬底的柔性电池集成组件。本发明的优点是：可利用现已成熟的玻璃衬底硅基薄膜太阳电池组件的制备设备和加工技术制造新型塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件，节省了昂贵的柔性衬底太阳电池设备和工艺的设计、可大大降低了制造成本，有利于加快该类新型电池的产业化进程。

Description

一种聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的制造方法
【技术领域】
本发明涉及薄膜太阳电池制造技术，特别是一种聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的制造方法。
【背景技术】
塑料衬底柔性薄膜太阳电池具有重量轻、易弯曲、可塑性好、比功率高等优点，相对于刚性衬底太阳电池，应用前景更为广阔，不但有利于房屋建筑一体化等不平整物面的应用，更是平流层气球平台等空间应用不可替代的高比功率清洁可再生能源产品，因而被称为第三代空间电池。
目前使用塑料做衬底的柔性薄膜太阳电池中，硅基薄膜柔性电池最具实现大面积组件生产的可行性。因为塑料衬底大都耐温性差，一般低于200℃，只有硅基薄膜电池工艺满足此要求。然而，硅基薄膜电池制造技术主要采用电容式平行板电极沉积系统，利用气体辉光放电化学气相沉积硅基薄膜，并用激光切割实现各子电池之间的内部连接，形成集成组件。因此要求衬底极其平整，以保证PECVD沉积过程中平板电极电场的均匀性、衬底表面等离子体分布的均匀性和激光切割深度的一致性。为此，硅薄膜电池普遍采用廉价的玻璃衬底。塑料衬底与玻璃衬底的区别在于塑料衬底薄(几十微米)而柔软，不易平坦固定。另外在加热过程中，热膨胀严重，受边缘固定限制使衬底因热膨胀形成锅面凸起形状，因而不能保持衬底与电极之间距离、衬底表面温度、等离子分布、反应气体分布等的一致性，从而无法实现薄膜厚度和性能的一致性，以及激光切割深度的一致性。因此，塑料衬底等柔性硅薄膜电池需要采用卷到卷(roll toroll)技术加工制造。然而，这种技术所需设备和加工工艺复杂，设计、制造、维护成本很高，至今未能实现大规模生产。
【发明内容】
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种方法简单、容易实施、制造成本低，并且便于实现大规模生产的聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的制造方法。
本发明的技术方案：
一种聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的制造方法，步骤如下：1)以普通玻璃为载体，将聚酰亚胺浆体刮涂在玻璃载体上，在80℃温度下进行固化然后在200℃温度下进行化学亚胺化，形成玻璃-聚酰亚胺薄膜复合衬底，聚酰亚胺薄膜厚度为20μm～100μm，在可见光范围内的透过率大于80％，真空中可以耐受200℃的高温烘烤；
2)采用溅射或金属有机化学气相淀积方法，在玻璃-聚酰亚胺薄膜复合衬底上低温制备氧化锌透明导电薄膜前电极，衬底温度为100-200℃，氧化锌薄膜的厚度为500nm-1000nm，电阻率为10-3～10-4S/cm；
3)采用YAG激光器切割上述氧化锌透明导电薄膜；
4)在玻璃-聚酰亚胺-氧化锌衬底基片上，采用玻璃衬底硅基薄膜太阳电池的工艺制备pin型硅基薄膜电池，pin型硅基薄膜电池为单结结构、双结叠层结构或三结叠层结构；
5)采用倍频YAG激光器切割上述硅基薄膜电池；
6)采用真空蒸镀或溅射的方法制备铝或银金属背电极；
7)采用倍频YAG激光器切割金属背电极，形成集成电池组件；
8)分别从集成组件的正极和负极引线，然后采用乙烯—醋酸乙烯共聚物膜和柔性耐候聚酯膜对集成组件进行封装；
9)将封装好的集成电池组件放在水中浸泡5分钟～30分钟，然后将电池组件从玻璃临时载体上剥离，即可制得聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件。
本发明的有益效果是：采用本发明提出的聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池组件的制造方法，可以大大降低制造成本，便于实现大规模生产，特别是有利于对已经实现大规模生产的制造玻璃衬底硅基薄膜电池组件的设备进行技术改造，从而加快了该类新型太阳电池产业化的进程，以满足社会要求，特别是满足我国平流层气球平台、航空等对超轻、高比功率光伏能源的迫切需求。
【附图说明】
图1为剥离前塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的结构示意图。
图中：1.普通玻璃载体         2.聚酰亚胺薄膜       3.ZnO透明导电薄膜
      4.硅基薄膜电池         5.金属背电极
【具体实施方式】
实施例：
在普通玻璃衬底上刮涂聚酰亚胺浆料，在80℃下固化2小时，接着升至200℃，进行化学亚胺化，形成聚酰亚胺薄膜，膜层厚度50μm；在玻璃/聚酰亚胺衬底上溅射ZnO透明导电薄膜，衬底温度150℃，膜层厚度800nm；采用硅烷作为反应源气体，通过射频等离子增强化学气相沉积法，辉光激发频率为13.56MHz，按照玻璃衬底硅基薄膜太阳电池制备工艺制备单结pin非晶硅薄膜太阳电池：p层为a-SiC:B:H薄膜，膜层厚度10nm，i层为a-Si:H薄膜，膜层厚度300nm，n层为a-Si:P:H薄膜，膜层厚度30nm，衬底温度均为175℃；采用蒸发法蒸镀铝背电极；放在水中浸泡10分钟，然后将电池从玻璃上剥离。图1为剥离前塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的结构示意图，图中：1.普通玻璃载体  2.聚酰亚胺薄膜3.ZnO透明导电薄膜4.硅基薄膜电池5.金属背电极。在AM1.5，100mW/cm2，25℃条件下测试剥离前后电池的I-V特性，剥离后电池的I-V特性没有变化，比功率达到596W/kg。

Claims (1)

1.一种聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件的制造方法，其特征在于步骤如下：
1)以普通玻璃为载体，将聚酰亚胺浆体刮涂在玻璃载体上，在80℃温度下进行固化然后在200℃温度下进行化学亚胺化，形成玻璃-聚酰亚胺薄膜复合衬底，聚酰亚胺薄膜厚度为20μm～100μm，在可见光范围内的透过率大于80％，真空中可以耐受200℃的高温烘烤；
2)采用溅射或金属有机化学气相淀积方法，在玻璃-聚酰亚胺薄膜复合衬底上低温制备氧化锌透明导电薄膜前电极，衬底温度为100-200℃，氧化锌薄膜的厚度为500nm-1000nm，电阻率为10-3～10-4S/cm；
3)采用YAG激光器切割上述氧化锌透明导电薄膜；
4)在玻璃-聚酰亚胺-氧化锌衬底基片上，采用玻璃衬底硅基薄膜太阳电池的工艺制备pin型硅基薄膜电池，pin型硅基薄膜电池为单结结构、双结叠层结构或三结叠层结构；
5)采用倍频YAG激光器切割上述硅基薄膜电池；
6)采用真空蒸镀或溅射的方法制备铝或银金属背电极；
7)采用倍频YAG激光器切割金属背电极，形成集成电池组件；
8)分别从集成组件的正极和负极引线，然后采用乙烯—醋酸乙烯共聚物膜和柔性耐候聚酯膜对集成组件进行封装；
9)将封装好的集成电池组件放在水中浸泡5分钟～20分钟，然后将电池组件从玻璃临时载体上剥离，即可制得聚酰亚胺塑料衬底柔性硅基薄膜太阳电池集成组件。
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