CN102148270A

CN102148270A - 柔性薄膜太阳能电池及其制造方法

Info

Publication number: CN102148270A
Application number: CN2011100006150A
Authority: CN
Inventors: 林朝晖; 许志
Original assignee: FUJIAN GOLDEN SUN SOLAR TECHNIC Co Ltd
Current assignee: FUJIAN GOLDEN SUN SOLAR TECHNIC Co Ltd
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2011-08-10

Abstract

本发明公开了一种柔性薄膜太阳能电池和其制造方法，该柔性薄膜太阳能电池包括金属柔性衬底，位于所述金属柔性衬底表面的石墨烯背电极，至少包括一结n-i-p叠层结构的电池单元，以及位于所述电池单元表面的透明导电前电极，和位于所述前电极表面的封装层。本发明的柔性薄膜太阳能电池及其制造方法能够进一步提高柔性薄膜太阳能电池的光电转换效率。

Description

柔性薄膜太阳能电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种柔性薄膜太阳能电池及其制造方法。

背景技术

光电器件生活的各个领域有着广泛的应用。光电器件主要包括，利用半导体光敏特性工作的光电导器件，利用半导体或有机材料的光电效应工作的光伏器件，半导体发光器件，以及利用半导体薄膜三极管(TFT)调节或驱动各类物质光性能的显示器件。其中常见的发光器件有发光二极管(LED)、光电晶体管、TFT-LCD液晶显示器件、LED平板显示器件等。此外还有AMLCD宽温液晶显示屏，又叫主动式矩阵(Active Matrix)液晶显示器。常见的半导体光伏器件包括单晶硅、多晶硅、硅基薄膜太阳能电池、CIGS薄膜电池等。

上述的光电器件通常是在硬性基底例如玻璃上制造，所制造出的器件称为硬性器件。近年来出现了柔性光电器件，例如，主动矩阵有机发光二极管面板(AMOLED)，其被称为下一代显示技术，是可制成折叠显示屏的柔性显示屏技术，应用前景十分可观。柔性的太阳能电池也已经进入了量产阶段，其既可以是例如非晶硅的硅基薄膜材料也可以是薄膜晶体半导体材料。目前大都利用印刷和真空薄膜沉积技术对柔性衬底进行卷曲式(roll-to-roll)加工。柔性太阳能电池、柔性显示器件、柔性照明器件的应用十分广泛，不但适用于屋顶材料、墙壁表面以及其它建筑物材料，而且重量轻，便于安装携带，适用于各种表面形状的物体表面安装。因此，无论是柔性太阳能电池还是柔性显示器件以及柔性照明器件都受到了业界的高度关注。

传统的光电器件(包括半导体光伏器件和半导体发光器件)都是在硅衬底或玻璃基板表面利用半导体工艺，例如真空沉积(PECVD、LPCVD、APCVD、PVD、蒸发)、刻蚀等工艺制造而成。而目前柔性光电器件和柔性显示器件基本都是在柔性衬底(例如高温塑料、树脂、铝箔、钢带等材料)表面沉积包括透明导电前电极和背电极以及二者之间器件的层系而制成。但是在柔性衬底表面沉积膜层材料的生产设备与现有的在硬性材料上沉积薄膜的设备不兼容，且非常昂贵。而且在柔性衬底上直接形成的光电器件不便于大面积集成。

有诸多尝试将柔性衬底粘贴于玻璃等硬性基板表面来完成柔性光电器件的制造。所说的柔性衬底要求具有很好的透明度、耐高温性、抗拉强度和尺寸稳定性。但是，出于尺寸稳定性、透明度和电极导电率的考虑，目前的柔性薄膜太阳能电池限制了光电转换效率的进一步提高和制造成本的降低。因此，探索新型的柔性薄膜太阳能电池和制造方法是本领域技术人员面临的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性薄膜太阳能电池及其制造方法，能够进一步提高柔性薄膜太阳能电池的光电转换效率。

为达到上述目的，一方面，本发明提供的一种柔性薄膜太阳能电池，包括金属柔性衬底，位于所述金属柔性衬底表面的石墨烯背电极，至少包括一结n-i-p叠层结构的电池单元，以及位于所述电池单元表面的透明导电前电极，和位于所述前电极表面的封装层。

可选的，所述金属包括铜或银。

可选的，所述透明导电前电极的材料为石墨烯。

可选的，所述封装层的材料为透明、柔性、耐温、防潮且抗拉的可成膜材料，包括含各类硅酮、硅胶、各类含氟聚合物、各类高温胶、各类高温涂料，以及含上述材料的混合物。

可选的，所述聚合物包括含聚酰亚胺、特氟隆的聚合物、FEP、PFA、乙烯-乙酸乙烯共聚物EVA。

可选的，所述n层为磷掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述p层为硼掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述i层为非晶硅或非晶硅锗合金。

另一方面，本发明提供的一种柔性薄膜太阳能电池的制造方法，包括：

提供金属箔片；

在所述金属箔片表面沉积石墨烯作为背电极；

在所述石墨烯表面沉积n层、在所述n层表面沉积i层、在所述i层表面沉积p层；

在所述p层表面沉积透明导电前电极；

在所述前电极表面形成封装层。

可选的，所述方法还包括在所述p层表面依次沉积至少一组n-i-p叠层结构的步骤。

可选的，所述金属包括铜或银。

可选的，所述透明导电前电极的材料为石墨烯。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的柔性薄膜太阳能电池以金属箔片作为柔性衬底，以石墨烯材料作为透明导电背电极，制造工艺为依次在石墨烯背电极表面沉积n层、i层和p层，并可形成单结或多结电池结构。金属箔片作为柔性衬底的尺寸稳定性有了很大提高，且可使制造成本进一步降低。石墨烯背电极具有良好的透明度和优异的导电性，能够进一步提高柔性薄膜太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。

图1为根据本发明实施例的柔性薄膜太阳能电池的结构示意图；

图2a至图2d为说明本发明柔性薄膜太阳能电池制造方法的器件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细的说明。图1为根据本发明实施例的柔性薄膜太阳能电池的结构示意图。如图1所示，本发明的柔性薄膜太阳能电池包括金属柔性衬底100，该金属柔性衬底100可以是铜片或银片，位于金属柔性衬底100表面的石墨烯背电极200，石墨烯具有许多优异的力学、热学、电学和化学性能，石墨烯背电极200在这里因其优异的导电性和透明度，会使电池性能得以提升。

在石墨烯背电极200至少包括一结n-i-p叠层结构的电池单元。本实施例中，在石墨烯背电极200表面包括第一n-i-p叠层结构300，其包括n层301、i层302和p层303。所述n层301为磷掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述p层303为硼掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述i层302优选为非晶硅锗合金，以利于吸收长波光。在第一n-i-p叠层结构300表面为第二n-i-p叠层结构400，其包括n层401、i层402和p层403。所述n层401为磷掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述p层403为硼掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述i层402优选为非晶硅或非晶硅锗合金。在第二n-i-p叠层结构400表面为第三n-i-p叠层结构500，其包括n层501、i层502和p层503。所述n层501为磷掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述p层503为硼掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述i层502优选为非晶硅。

在第三n-i-p叠层结构500为透明导电前电极600，其可以是氧化锡、氧化锌，也可以是石墨烯。在透明导电前电极600表面还包括封装层700，该封装层700的材料为透明、柔性、耐温、防潮且抗拉的可成膜材料，包括含各类硅酮、硅胶、各类含氟聚合物、各类高温胶、各类高温涂料，以及含上述材料的混合物。所说的聚合物包括含聚酰亚胺、特氟隆的聚合物、FEP、PFA、乙烯-乙酸乙烯共聚物EVA。

图2a至图2d为说明本发明柔性薄膜太阳能电池制造方法的器件结构示意图。如图所示，本发明的柔性薄膜太阳能电池的制造方法首先提供金属箔片100，例如铜箔或银箔；然后，利用化学气相沉积法(CVD法)，在所述金属箔片100表面沉积石墨烯作为背电极200；例如以铜或银为基片的管状沉积炉中通入含碳气体，例如，碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在铜或银的表面，形成石墨烯。然后。利用PECVD工艺在石墨烯表面沉积磷掺杂的非晶硅或纳米晶硅n层301、在所述n层301表面沉积非晶硅锗i层302、在所述i层302表面沉积硼掺杂的非晶硅或纳米晶硅p层303。在形成单结电池300之后，在本发明的其他实施例中，还可以在电池300的p层303表面依次沉积至少一组n-i-p叠层结构，例如包括n层401、i层402和p层403的叠层结构400，和包括n层501、i层502和p层503叠层结构500，形成多结太阳能电池。

然后，在最后一结电池的p层(例如503)表面利用LPCVD工艺沉积氧化锡或氧化锌作为透明导电前电极600，也可以沉积石墨烯作为透明导电前电极600。然后在前电极600表面形成封装层700。封装层700的材料为透明、柔性、耐温、防潮且抗拉的可成膜材料，包括含各类硅酮、硅胶、各类含氟聚合物、各类高温胶、各类高温涂料，以及含上述材料的混合物。所述聚合物包括含聚酰亚胺、特氟隆的聚合物、FEP、PFA、乙烯-乙酸乙烯共聚物EVA。可采用层压、黏贴等方式形成封装层。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：包括金属柔性衬底，位于所述金属柔性衬底表面的石墨烯背电极，至少包括一结n-i-p叠层结构的电池单元，以及位于所述电池单元表面的透明导电前电极，和位于所述前电极表面的封装层。

2.如权利要求1所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述金属包括铜或银。

3.如权利要求1所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述透明导电前电极的材料为石墨烯。

4.如权利要求1所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述封装层的材料为透明、柔性、耐温、防潮且抗拉的可成膜材料，包括含各类硅酮、硅胶、各类含氟聚合物、各类高温胶、各类高温涂料，以及含上述材料的混合物。

5.如权利要求4所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述聚合物包括含聚酰亚胺、特氟隆的聚合物、FEP、PFA、乙烯-乙酸乙烯共聚物EVA。

6.如权利要求1所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述n层为磷掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述p层为硼掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述i层为非晶硅或非晶硅锗合金。

7.一种柔性薄膜太阳能电池的制造方法，包括：

提供金属箔片；

在所述金属箔片表面沉积石墨烯作为背电极；

在所述p层表面沉积透明导电前电极；

在所述前电极表面形成封装层。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述方法还包括在所述p层表面依次沉积至少一组n-i-p叠层结构的步骤。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述金属包括铜或银。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述透明导电前电极的材料为石墨烯。

11.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：所述n层为磷掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述p层为硼掺杂的非晶硅或纳米晶硅，所述i层为非晶硅或非晶硅锗合金。