CN102208458A

CN102208458A - 大面积柔性薄膜太阳能电池及其制造方法

Info

Publication number: CN102208458A
Application number: CN2011100883078A
Authority: CN
Inventors: 施成营; 李晓常; 连重炎; 张超华; 徐颖; 李沅民
Original assignee: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co ltd
Current assignee: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co ltd
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2011-10-05

Abstract

本发明公开了一种大面积柔性薄膜太阳能电池及其制造方法，将脱离保护膜处理为绒性，然后在绒性的脱离保护膜表面形成太阳能电池各层系和封装层。脱离保护膜作为在硬性基板上制造柔性薄膜太阳能电池的载体，本发明的方法不但能够很好地改善脱离保护膜应力分布的均匀性和可控性，极大地提高了脱离保护膜的平整度和尺寸稳定性，而且还能够提高脱离保护膜的光散射系数，提高光电转换效率。

Description

大面积柔性薄膜太阳能电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种大面积柔性薄膜太阳能电池及其制造方法。

背景技术

能源是人类社会发展的动力，是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。目前广泛使用的常规能源(主要是煤、石油、天然气等化石能源)有限，且多年过度的开发利用已造成严重的环境问题，制约着经济和社会的发展。因此，开发可再生能源是关系到国家可持续发展战略的关键措施之一。

在各种可再生能源中，太阳能光伏发电技术是近些年来太阳能利用领域中发展最快，最前沿的研究领域。其中薄膜太阳能电池因为耗材少、制造成本低而成为研究的热点。目前的薄膜太阳能电池按衬底可分为硬性衬底(如玻璃衬底)和柔性衬底(如高温塑料、树脂聚合物、铝箔、钢带)两大类。

柔性衬底薄膜太阳电池由于重量轻、可卷曲的特性，具有便于携带、便于安装、易与建筑一体化和高功率重量比的优点，从而在多个领域具有良好的应用前景，极大地扩展了太阳能电池的应用空间。柔性衬底薄膜太阳电池传统上采用卷对卷(roll-to-roll)的连续沉积工艺，虽生产成本较高但可大批量连续化生产。如果采用质量较轻且不易破碎的柔性太阳电池制作电站，不仅可以大大降低电池的运输成本和电站的建设及安装成本，而且更便于在已有建筑的顶部和四周安装，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动的太阳能电站，还可制造出便携式、大众化太阳能电池，这样不仅可以最大限度的利用太阳能，而且可以满足形形色色的能源需求。

目前，柔性薄膜太阳能电池基本都是直接在柔性衬底上使用专门处理柔性基材的设备上制造。但是，直接使用柔性衬底作为基板进行薄膜沉积的生产设备与现有的、广泛使用的、生产成本相对低的在硬性基板比如玻璃上沉积薄膜的设备不兼容，而且非常昂贵，工艺也较为复杂。其中，在利用临时衬底作为柔性转移衬底制造柔性薄膜太阳电池的方法中，存在着临时衬底需要蚀刻去除，不可重复利用，且不利于大面积产业化等问题。而且现有的在柔性衬底上直接形成薄膜太阳能电池的技术由于衬底或衬底上的电极的不透光性，不能实现大面积内级联(mono1ithic integration)，从而导致大面积光伏组件成本的提高和可靠性的下降。

在玻璃等硬性基板表面粘贴柔性衬底，再在柔性衬底表面沉积薄膜层系来完成柔性薄膜太阳能电池的制造，会遇到的问题包括对柔性衬底材料的苛刻要求，例如耐温性、真空腔室的非污染性、高温过程后的透光性和柔韧性，以及衬底与器件层系热膨胀系数的相对匹配、柔性衬底与硬性基板的温度性能匹配等。另外，大面积柔性衬底很难保证在整个器件制造过程中自始至终保持平展地铺设在硬性基板表面、且工艺完成后在不损坏电池的前提下易于柔性衬底的剥离。即使有这种材料，例如被认为性能最佳的聚酰亚胺，也不可能自始至终在硬性基板上保持全部平展，在电池制造过程中容易产生严重的凸起或褶皱。特别在大面积柔性薄膜太阳能电池的制造过程中，柔性衬底的这种不可忽略的凸起或褶皱，不但极大地影响薄膜沉积的均匀性和一致性，而且形成内级联的激光划线工艺无法可靠、满足性能要求地实现。

本发明人经过潜心研究和积极探索，在申请号为201110081859.6的中国专利申请中提出了一种新型的柔性光电器件、特别是大面积柔性薄膜太阳能电池和制造方法，其宗旨是硬性制造、柔性成型，直接在玻璃等硬性载板上形成脱离保护膜和包括透明导电前电极(TCO)、单结或多结半导体光电转换单元(例如p-i-n叠层结构)和背电极等层系结构的薄膜太阳能电池层系，且使其具有内级联结构，再将柔性载体(柔性承载层)牢靠地结合在电池层系上，然后利用柔性载体将电池层系、包括脱离保护膜一起整体性地从硬性载板表面脱离，经过进一步的受光面保护性封装，从而形成低成本、大面积、高度集成内级联的柔性薄膜太阳能电池及其组件，能够利用已经成型的塑料薄膜作为脱离保护层，直接在硬性基板上，利用现有的、成熟的制造硬性薄膜太阳能电池的设备和工艺，来制造大面积、具有内级联的柔性薄膜太阳能电池。

在上述的技术方案中，脱离保护膜要求具有很好的透明度、光散射率、耐高温性、抗拉强度和尺寸稳定性，特别是持续受热时应力分布的均匀性。在这些方面需要对上述技术方案做进一步的优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大面积柔性薄膜太阳能电池及其制造方法，不但能够改善脱离保护膜的应力分布和尺寸稳定性，而且能够进一步提高光电转换效率。

为达到上述目的，本发明提供的一种大面积柔性薄膜太阳能电池，包括：

至少一层脱离保护膜；

形成于所述脱离保护膜表面的具有内级联结构的薄膜太阳能电池各层系；以及

与所述薄膜太阳能电池各层系结合的封装层；

所述脱离保护膜的表面为绒面。

所述脱离保护膜的材料为透明、尺寸稳定性良好、耐温、且抗拉的塑料薄膜。

可选的，所述塑料薄膜包括聚醚醚酮树脂PEEK、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚氟乙烯ETFE，或其它含氟的聚合物薄膜，如聚四氟乙烯PFA。

可选的，所述脱离保护膜表面还包括连接层和保护层。

可选的，所述连接层为乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA，所述保护层为聚氟乙烯ETFE。

可选的，所述保护层具有绒性或凹凸不平的表面。

本发明提供的一种大面积柔性薄膜太阳能电池的制造方法，包括：

提供脱离保护膜；

将所述脱离保护膜表面制成绒性表面；

将表面为绒性的脱离保护膜粘贴在硬性基板表面；

在所述脱离保护膜表面沉积薄膜太阳能电池各层系并形成内级联结构；

在所述太阳能电池各层系表面形成封装层；

将所述脱离保护膜、薄膜太阳能电池各层系和封装层整体性地与所述硬性基板脱离。

可选的，将所述脱离保护膜表面制成绒性的方法为，利用包括常压化学气相沉积的CVD或PVD工艺在脱离保护膜表面沉积薄膜。

可选的，所述薄膜包括氧化硅或氮化硅膜层。

可选的，将所述脱离保护膜表面制成绒性的方法为，在脱离保护膜表面均匀喷洒高分子耐温材料。

可选的，所述高分子耐温材料包括高温胶或其它高分子聚合物。

可选的，将所述脱离保护膜表面制成绒性的方法为，利用表面粗糙的辊轮在脱离保护膜表面辊压的压花工艺得到绒性表面。

可选的，将所述脱离保护膜表面制成绒性的方法为，利用含氧等离子体刻蚀所述脱离保护膜表面，得到绒性表面。

可选的，将所述脱离保护膜表面制成绒性的方法为，对脱离保护膜表面进行湿法刻蚀，得到绒性表面。

可选的，所述方法还包括对太阳能电池的受光面进行封装保护的步骤。所述步骤包括：

在脱离保护膜表面覆盖连接层；

在所述连接层表面覆盖保护层；

将所述保护层、连接层与脱离保护膜热压在一起。

可选的，所述保护层的表面为具有绒性或凹凸不平的表面。

可选的，所述凹凸不平的表面利用硬质材料网挤压获得。

与现有技术相比，本发明的优点：

本发明将脱离保护膜表面处理为绒性，绒性表面的脱离保护膜不但能够在横向和纵向更有效地分散应力，而且能够增加光散射能力。在加热时，脱离保护膜的绒性使得在膨胀的过程中应力的分布更加均匀，横向和纵向等各个方向上的应力能够在很大程度上相互抵消，内部应力得到化解。内部应力的化解使脱离保护膜在受热过程的变形大大降低，能够在硬性基板上始终保持平展，提高了脱离保护膜的尺寸稳定性。此外，本发明还可在脱离保护膜表面也就是，电池的受光面再形成一层保护层，且保护层优选为凹凸不平的表面，能够进一步增加光散射率，提高光电转换效率。

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。

图1a至图1b为说明脱离保护膜变形和起泡现象的示意图；

图2a至图2b为根据本发明实施例的绒性表面脱离保护膜的结构示意图；

图3a至图3b为根据本发明实施例的制备绒性表面的脱离保护膜的过程示意图；

图4至图6为说明本发明的柔性薄膜太阳能电池制造方法的器件结构流程示意图；

图7至图8为说明本发明另一实施例的柔性薄膜太阳能电池和制造方法的器件结构流程示意图。

所述示图是示意性的，而非限制性的，在此不能过度限制本发明的保护范围。

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例的限制。

图1a至图1b为说明脱离保护膜变形和起泡现象的示意图。如图1a和图1b所示，在基板100表面粘贴脱离保护膜200，如果脱离保护膜200为表面比较光滑的平坦表面，且基板100、例如玻璃基板100表面通常也很光滑，那么在粘贴脱离保护膜200时就很难将玻璃基板100与脱离保护膜200之间的空气完全排出。在加热时，残留的气体便在脱离保护膜200表面形成鼓泡。而且，当脱离保护膜200的热膨胀系数较大时，例如用工程塑料(聚醚醚酮树脂PEEK、聚氟乙烯ETFE等)作为脱离保护膜200的材料，由于材料的热膨胀系数远大于硬性基板，在较大幅度的升温时其自身产生的应力较大，且在各个方向上分布不均匀，这种应力会通过脱离保护膜200本身的无规则、不可预料的变形方式得以释放，会使脱离保护膜200出现卷边和局部褶皱的变形现象，对后续的薄膜沉积的均匀性，特别是激光划线造成严重的影响。

因此，本发明提供了一种大面积柔性薄膜太阳能电池及其制造方法，其宗旨是将脱离保护膜表面处理为绒性。绒性表面的脱离保护膜能够在横向和纵向更有效地分散应力。在加热时，脱离保护膜的绒性使得在膨胀的过程中应力的分布更加均匀，横向和纵向等各个方向上的应力能够在很大程度上相互抵消，在受热过程的变形大大降低，能够提高脱离保护膜的尺寸稳定性。此外还能够增加脱离保护膜的光散射系数，提高光电转换效率。

图2a至图2b为根据本发明实施例的绒性表面脱离保护膜的结构示意图。

本发明的脱离保护膜的材料要求是可成膜材料，要能够便于大面积均匀敷设形成膜层，包括各类硅胶、各类聚合物、各类高温胶、各类高温涂料，以及含上述材料的混合物，例如含有聚酰亚胺、特氟隆TEFLON、氟化乙烯丙烯共聚物FEP、聚全氟代烷氧基PFA或硅酮silicone材料的聚合物，或UV固化聚合物。本实施例的脱离保护膜的材料要求为透明、尺寸稳定性良好、耐温、且抗拉的塑料薄膜，例如聚醚醚酮树脂PEEK、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN(poly(ethylene naphthalate))、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚氟乙烯ETFE，或其它含氟聚合物薄膜，如聚四氟乙烯PFA。根据本发明实施例的具有绒性的脱离保护膜既可以是一个表面具有绒性，如图2a所示的脱离保护膜300，也可以是如2b所示的脱离保护膜310，上下表面均为绒性。

图3a至图3b为根据本发明实施例的制备绒性表面的脱离保护膜的过程示意图。将脱离保护膜处理为绒面的方法，根据本发明的实施例，在一个实施例中，可以利用常压化学气相沉积的CVD或PVD工艺在脱离保护膜表面沉积薄膜，例如氧化硅或氮化硅薄膜，使脱离保护膜表面成为绒面。在其它实施例中，如图3a所示，可利用表面粗糙的辊轮220在脱离保护膜表面辊压，利用这种压花工艺得到绒性表面的脱离保护膜300。

在另一个实施例中，如图3b所示，在脱离保护膜330表面均匀喷洒高分子耐温材料331，例如高温胶或其它高分子聚合物如聚酰亚胺与硅酮的混合溶液，得到绒性表面的脱离保护膜。优选的，将高温胶或聚酰亚胺与稀释剂混合稀释，混合稀释后得到的混合溶液均匀喷洒在脱离保护膜表面，待稀释剂挥发后，可得到绒性表面。

在其它实施例中，还可利用含氧等离子体刻蚀所述脱离保护膜表面，得到绒性的表面。还可以对脱离保护膜表面进行湿法刻蚀，得到绒性表面。

图4至图6为说明本发明的柔性薄膜太阳能电池制造方法的器件结构流程示意图。如图所示，将表面为绒性的脱离保护膜300粘贴在硬性基板例如玻璃基板100表面，在脱离保护膜300表面沉积薄膜太阳能电池各层系400，并形成内级联；然后在太阳能电池各层系400表面形成封装层500。然后，将脱离保护膜300、薄膜太阳能电池各层系400和封装层与硬性基板100脱离。

本发明的大面积柔性薄膜太阳能电池如图6所示，包括表面为绒面的脱离保护膜300，形成于所述脱离保护膜表面的具有内级联的薄膜太阳能电池各层系400以及封装层500。图7至图8为说明本发明另一实施例的柔性薄膜太阳能电池和制造方法的器件结构流程示意图。在另一个实施例中，进一步对太阳能电池的受光面进行保护性封装。如图所示，在脱离保护膜300表面、也就是薄膜太阳能电池的受光面覆盖连接层600；然后在连接层600表面再覆盖保护层700。在一个实施例种，连接层600的材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA，保护层700的材料为聚氟乙烯ETFE。利用层压工艺将所述保护层700、连接层600与脱离保护膜300热压在一起，与薄膜太阳能电池形成一个整体。优选的，保护层700的表面、也就是受光面为凹凸不平的表面，该凹凸不平的表面可利用一硬质材料网800铺设在保护层700表面，施以压力进行挤压使表面变形获得，如图7和图8所示。

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。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

1.一种大面积柔性薄膜太阳能电池，包括：

至少一层脱离保护膜；

与所述薄膜太阳能电池各层系结合的封装层；其特征在于：

所述脱离保护膜的表面为绒面。

2.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述脱离保护膜的材料为透明、尺寸稳定性良好、耐温、且抗拉的塑料薄膜。

3.根据权利要求2所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述塑料薄膜包括聚醚醚酮树脂PEEK、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚氟乙烯ETFE，或其它含氟的聚合物薄膜，如聚四氟乙烯PFA。

4.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述脱离保护膜表面还包括连接层和保护层。

5.根据权利要求4所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述连接层为乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA，所述保护层为聚氟乙烯ETFE。

6.根据权利要求5所述的柔性薄膜太阳能电池，其特征在于：所述保护层具有绒性或凹凸不平的表面。

7.一种大面积柔性薄膜太阳能电池的制造方法，包括：

提供脱离保护膜；

将所述脱离保护膜表面制成绒性表面；

将表面为绒性的脱离保护膜粘贴在硬性基板表面；

在所述太阳能电池各层系表面形成封装层；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：将所述脱离保护膜表面制成绒性的方法为，利用包括常压化学气相沉积的CVD或PVD工艺在脱离保护膜表面沉积薄膜。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述薄膜包括氧化硅或氮化硅膜层。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：将所述脱离保护膜表面制成绒性的方法为，在脱离保护膜表面均匀喷洒高分子耐温材料。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述高分子耐温材料包括高温胶或其它高分子聚合物。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：将所述脱离保护膜表面制成绒性的方法为，利用表面粗糙的辊轮在脱离保护膜表面辊压的压花工艺得到绒性表面。

13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：将所述脱离保护膜表面制成绒性的方法为，利用含氧等离子体刻蚀所述脱离保护膜表面，得到绒性表面。

14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：将所述脱离保护膜表面制成绒性的方法为，对脱离保护膜表面进行湿法刻蚀，得到绒性表面。

15.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述方法还包括对太阳能电池的受光面进行封装保护的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤包括：

在脱离保护膜表面覆盖连接层；

在所述连接层表面覆盖保护层；

将所述保护层、连接层与脱离保护膜热压在一起。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述连接层为乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA，所述保护层为聚氟乙烯ETFE。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述保护层的表面为具有绒性或凹凸不平的表面。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：所述凹凸不平的表面利用硬质材料网挤压获得。