CN102610700A

CN102610700A - 一种卷对卷方式制作柔性薄膜太阳能电池的方法

Info

Publication number: CN102610700A
Application number: CN2012100972930A
Authority: CN
Inventors: 安正华; 田子傲; 门传玲; 陆昉
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明属于太阳能技术领域，具体为一种制作柔性薄膜太阳能电池方法。其具体步骤为：首先在硬质材料衬底上，制备牺牲层，在牺牲层上生长薄膜太阳能电池。再将卷出料卷中的柔性材料衬底卷出并同薄膜太阳能电池粘合。然后对粘合后的夹层结构进行喷淋，使牺牲层溶解在喷淋液体中，喷淋后薄膜太阳能电池从牺牲层处与硬质材料衬底分离，形成依附于柔性材料衬底上的薄膜太阳能电池层结构。最后将薄膜太阳能电池卷入卷取料卷并剪裁。本发明既有利于制作高效率、高稳定的薄膜太阳能电池，又发挥了卷对卷生产方式的连续性，且制造成本低、设备简单，适合大规模生产。

Description

一种卷对卷方式制作柔性薄膜太阳能电池的方法

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种制作柔性薄膜太阳能电池方法。

背景技术

在众多的新兴产业中，软性电子技术正快速的崛起。目前，软性电子技术应用的产业十分广泛。除了较早且技术较为成熟的软性印刷电路板产业之外，可绕性显示器，电子纸和薄膜太阳能电池等产业也属于软性电子产业范畴，未来的发展有着巨大的潜力。这些技术都可以结合卷对卷连续式生产软性电子产品，在生产效率和成本方面有着绝对的优势。

在薄膜太阳能电池产业中，铜铟镓硒（简称：CIGS）太阳能电池具有高效率、低成本、无光衰退、适合大规模生产等优点，已经成为薄膜太阳能主要发展的方向。结合卷对卷生产方式可大规模低成本的生产柔性CIGS薄膜电池。现在产业中，卷对卷生产柔性CIGS薄膜太阳能电池的主流方式是：聚酰亚胺或不锈钢等金属薄片作为柔性衬底，使用化学合成法或其它非真空法将太阳能电池器件生长在柔性衬底上，通过衬底的卷出卷取过程，连续的、高效的制得柔性衬底太阳能电池。使用这种方法制作的柔性太阳能电池效率较低，无法与制作在硬质衬底的太阳能电池相比。造成这一结果的主要原因是制作高性能的太阳能电池，衬底温度要求始终高于350℃，并对衬底的膨胀系数、表面粗糙度、化学稳定性都有要求。硬性玻璃衬底不仅满足上述条件并且加入钠可以向吸收层自发的扩散实现钠的渗入以改进太阳能电池的电学性质，所以柔性衬底太阳能电池转换效率始终低于传统硬性太阳能电池转换效率。但硬质衬底易碎并且无灵活性严格限制了其应用。

所以本发明研究一种可以通过卷对卷生产方式，将制作在传统硬质材料衬底上的高性能薄膜太阳能电池转移到柔性衬底上，实现大规模生产柔性薄膜太阳能电池的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造成本低，效率高，稳定性好的柔性薄膜太阳能电池的制作方法。

本发明提供的制作柔性薄膜太阳能电池的方法，具体步骤如下：

a) 制作太阳能电池

采用硬质材料衬底1、薄膜太阳能电池2和牺牲层6制作。

在硬质材料衬底1上，使用真空蒸发法、溅射沉积法或化学沉积法制备牺牲层6。再采用溅射、真空蒸发或化学合成方法在牺牲层6上生长薄膜太阳能电池2。

b)柔性材料衬底卷出

圆筒状的卷出料卷300中卷有柔性材料衬底301。柔性材料衬底301为透光可弯曲材料；柔性材料衬底301从卷出料卷300中卷出，与步骤（a）中的薄膜太阳能电池2贴合；卷出过程中，在柔性材料衬底301的一个面加设涂胶过程，或者直接使用带有粘性的柔性材料衬底。

c)粘合加固过程

柔性材料衬底301从卷出料卷300中卷出时，将卷出的柔性材料衬底301的涂胶面在干燥的环境下与步骤（a）中制成的薄膜太阳能电池结构粘合，粘合过程在常温或烘烤条件下进行。粘合后使用滚筒5在柔性材料衬底表面滚动压实加固。

d) 硬质材料衬底剥离

对粘合后的夹层结构（即柔性材料衬底301、薄膜太阳能电池2、牺牲层6和硬质材料衬底1），在常温下用喷淋液体进行喷淋，牺牲层6溶解在喷淋液体中；喷淋后薄膜太阳能电池从牺牲层6处与硬质材料衬底1分离，形成依附于柔性材料衬底301上的薄膜太阳能电池层结构。

e) 太阳能电池卷取

将粘合有薄膜太阳能电池2的柔性材料衬底301卷入圆筒状的卷取料卷400中，对卷入在卷取料卷400中的太阳能电池进行剪裁，最终完成整个卷对卷生产柔性材料衬底太阳能电池制作流程。

所述硬质衬底1为玻璃、陶瓷、不锈钢等硬质材料。

所述薄膜太阳能电池2依次包括金属背电极，P型半导体吸收层，N型半导体过渡层, N型半导体窗口层和电极层等。

所述柔性材料衬底301为聚氯乙烯。

所述牺牲层6为氟化钠，厚度为10~1000nm。

所述步骤（c）中，烘烤温度为30~300℃。

所述步骤（c）中，粘合过程中，可同时外部施加压力，或采用粘性胶带、银浆等辅助粘合。

所述步骤（d）中，喷淋液体是水或NaCl溶液。

所述步骤（d）中，也可采用直接将卷出装置部分浸没在水或合适的溶液或试剂中，将薄膜太阳能电池从牺牲层处与硬质材料衬底分离。

本发明中，制作太阳能电池，也可先生长一部分太阳能电池结构层，如金属背电极7和P型半导体吸收层8。其他部分太阳能电池结构层在步骤（d）完成后，再通过溅射、真空蒸发或化学合成方法生长。

所述卷取过程之前也可加设溅射过程、压印过程或喷涂过程等。

所述薄膜太阳能电池2采用CIGS电池工艺、铜锌锡硫薄膜电池工艺、非晶硅薄膜太阳能电池工艺或CdTe太阳能电池工艺等。

本发明的有益效果：

通过卷对卷生产方式和带有牺牲层的太阳能电池结构相结合，通过溶解剥离处理牺牲层使得薄膜电池从硬质衬底上转移到柔性衬底上。这样既有利于制作高效率、高稳定的薄膜太阳能电池，又发挥了卷对卷生产方式的连续性，且制造成本低、设备简单，适合大规模生产。

附图说明

图1为卷对卷生产柔性薄膜电池的流程图。

图2为卷对卷生产CIGS柔性薄膜电池的结构图。

图3为卷对卷生产部分CIGS柔性薄膜电池的结构图。

图4为卷对卷生产CdTe柔性薄膜电池的结构图。

图中标号：1为硬质材料衬底，2为薄膜太阳能电池，300为卷出料卷，301为柔性材料衬底，400为卷取料卷，5为滚筒，6为牺牲层。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但本发明决不仅限制于实施例。

实施例1

采用柔性CIGS薄膜太阳能电池结构，使用真空蒸发法在玻璃硬质材料衬底上蒸发200nm的牺牲层，如氟化钠。蒸发环境压力为1.2×10-3Pa，硬质材料衬底温度为常温，溅射电压10万伏，溅射时间2分钟。在玻璃硬质衬底上形成200nm均匀的氟化钠薄膜后，采用真空蒸发，在长有牺牲层的玻璃硬质衬底上生长高性能CIGS薄膜太阳能电池结构，薄膜结构包括Mo电极，CIGS吸收层,CdS, i-ZnO，AZO等。如图2所示。

将高性能的硬质材料衬底CIGS薄膜电池与卷对卷工艺结合，如图1所示。将柔性材料衬底从料卷中卷出，卷出过程可加设涂胶过程也可直接使用带粘性的柔性材料衬底。柔性材料衬底在干燥的环境下与上述薄膜太阳能电池结构粘合，通过滚筒对电池粘合加固。

对粘合后的夹层结构（即柔性材料衬底、薄膜太阳能电池、牺牲层和硬质材料衬底）在常温下进行喷淋，喷淋液体为NaCl溶液。通过溶解牺牲层电池与硬质材料衬底分离。粘合有电池器件的柔性材料衬底卷入到卷取料卷中。最后通过对卷取料卷的剪裁最终得到生在柔性材料衬底上的高性能电池。

实施例2：

如图3所示，采用真空蒸发法在玻璃硬质材料衬底1上蒸发200nm的氟化钠，工艺标准如实施例1所述。采用真空蒸发法在牺牲层上生长高性能薄膜太阳能电池CIGS吸收层，其上溅射生长1μm的Mo电极。

将柔性材料衬底从料卷中卷出，卷出过程可加设涂胶过程也可直接使用带粘性的柔性材料衬底。柔性材料衬底在干燥的环境下与上述薄膜太阳能电池结构粘合，通过滚筒对电池粘合加固，也可以采用其它加固技术。

在常温下进行喷淋，喷淋液体为水。通过溶解牺牲层电池与硬质材料衬底分离。粘合有电池器件的柔性材料衬底卷入到卷取料卷中。

将卷取料卷中得到的电池结构（柔性材料衬底+Mo电极+CIGS吸收层）继续生长CdS、i-ZnO、AZO，最终得到高效的柔性衬底CIGS薄膜太阳能电池。

实施例3：

采用柔性CdTe薄膜太阳能电池结构，使用真空蒸发法在玻璃硬质材料衬底上蒸发200nm的氟化钠。蒸发环境压力为1.2×10-3Pa，硬质材料衬底温度为常温，溅射电压10万伏，溅射时间2分钟。在玻璃硬质衬底上形成200nm均匀的氟化钠薄膜后，采用真空蒸发，在长有牺牲层的玻璃硬质材料衬底上生长高性能CdTe薄膜太阳能电池结构，薄膜结构包括Mo电极，CdTe吸收层,CdS, i-ZnO，AZO等。如图4所示。

将高性能的硬质材料衬底CdTe薄膜电池按如图1所示进行粘合、剥离、卷取，最终得到高效的柔性材料衬底太阳能电池。

Claims

1.一种卷对卷方式制作柔性薄膜太阳能电池的方法，其特征在于具体步骤如下：

a) 制作太阳能电池

在硬质材料衬底（1）上，使用真空蒸发法、溅射沉积法或化学沉积法制备牺牲层（6）；再采用溅射、真空蒸发或化学合成方法在牺牲层（6）上生长薄膜太阳能电池（2）；

b)柔性材料衬底卷出

圆筒状的卷出料卷（300）中卷有柔性材料衬底（301）；柔性材料衬底（301）为透光可弯曲材料；柔性材料衬底（301）从卷出料卷（300）中卷出，与步骤（a）中的薄膜太阳能电池（2）贴合；卷出过程中，在柔性材料衬底（301）的一个面加设涂胶过程，或者直接使用带有粘性的柔性材料衬底；

c)粘合加固过程

柔性材料衬底（301）从卷出料卷（300）中卷出时，将卷出的柔性材料衬底（301）的涂胶面在干燥的环境下与步骤（a）中制成的薄膜太阳能电池结构粘合，粘合过程在常温或烘烤条件下进行；粘合后使用滚筒（5）在柔性材料衬底表面滚动压实加固；

d) 硬质材料衬底剥离

对粘合后的夹层结构，即柔性材料衬底（301）、薄膜太阳能电池（2）、牺牲层（6）和硬质材料衬底（1），在常温下用喷淋液体进行喷淋，牺牲层（6）溶解在喷淋液体中；喷淋后薄膜太阳能电池从牺牲层（6）处与硬质材料衬底（1）分离，形成依附于柔性材料衬底（301）上的薄膜太阳能电池层结构；

e) 太阳能电池卷取

将粘合有薄膜太阳能电池（2）的柔性材料衬底（301）卷入圆筒状的卷取料卷（400）中，对卷入在卷取料卷（400）中的太阳能电池进行剪裁，最终完成整个卷对卷生产柔性材料衬底太阳能电池制作流程。

2.根据权利要求1所述的卷对卷方式制作柔性薄膜太阳能电池的方法，其特征在于所述牺牲层（6）为氟化钠，厚度为10~1000nm。

3.根据权利要求1所述的卷对卷方式制作柔性薄膜太阳能电池的方法，其特征在于所述硬质材料衬底（1）为玻璃、陶瓷或不锈钢。

4.根据权利要求1所述的卷对卷方式制作柔性薄膜太阳能电池的方法，其特征在于所述柔性材料衬底（301）为聚氯乙烯。

5.根据权利要求1所述的卷对卷方式制作柔性薄膜太阳能电池的方法，其特征在于所述步骤（c）中，烘烤温度为30~300℃。

6.根据权利要求1所述的卷对卷方式制作柔性薄膜太阳能电池的方法，其特征在于所述步骤（d）中，喷淋液体为水或NaCl溶液。

7.根据权利要求1所述的卷对卷方式制作柔性薄膜太阳能电池的方法，其特征在于薄膜太阳能电池（2）采用CIGS电池工艺、铜锌锡硫薄膜电池工艺、非晶硅薄膜太阳能电池工艺或CdTe太阳能电池工艺。