CN102856426A - 一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法。主要包括背壳体成形，镀钼膜，刻钼膜，镀光电转换单元，刻PN结，镀透明导电极，刻透明导电极，镀增透膜工序。其中背壳体成形采用传统塑料成形方法，使引出电极、旁路二极管与壳体形成一体。镀钼膜主要采用真空镀膜方式，为溅射镀膜。光电转换单元中采用共蒸法制CIGS，水浴法制备CDS，连续式溅射镀制备ZNO，透明导电极采用溅射镀膜方式，刻钼膜采用机械划线方式，光电转换单元及透明导电极刻线工序均采用激光划线。增透膜采用溅射镀膜方式。利用此方式可以大量生产可为移动电子产品补偿电能的太阳能电池结构，在电池容量不变的情况下，增加其单次使用时间。

Description

一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法

技术领域

本发明属于太阳能电池制造领域，尤其适用于一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路，用以延长电池使用时间的方法。

背景技术

利用太阳能电池作为手机、MP3、MP4、掌上电脑等小型移动电子产品的充电器，是目前太阳能电池的众多在生活上的应用之一，可以方便携带而无须担心远离电网，无法找到合适的插座等，也不必频繁地更换电池，非常方便。

然而，由于太阳能电池转换效率的限制，太阳能手机充电器往往体积较大，相对于体积越来越小，功能越来越多的小巧便携的个人移动电子产品，太阳能充电器有一些显得笨重携带不方便。

为了解决以上的问题，利用薄膜太阳能电池弱光性的优点和可以直接镀在基底上的特点，可以生产出一种非常方便可以延长电池使用时间的补偿电路，从而减少需要充电的时间和次数，使个人移动电子产品的性能更为方便。本专利对现有生产流程加以调整，以实现这种设计思路，使其可以投入使用。

发明内容

发明目的：本发明是通过对现有设备及工艺条件的整合，实现在手机、MP3、MP4、掌上电脑等小型移动电子产品的背壳上镀CIGS薄膜太阳能电池，使其性能更为方便。

技术方案：本技术方案中所公布的方法是针对如下结构设计的：

其结构包括引出电极，旁路二极管，薄膜太阳能电池，防反射薄膜。其中所述引出电极嵌于手机壳体上，在外部联接太阳能电池的正负极做为引出电极，在手机壳体内部，则与手机电池的正负极相连接，在壳体上引出电极之间设有旁路二极管，防止电路回流。所述薄膜太阳能电池包括设于壳体之上的后电极，位于所述后电极上方的PIN结，位于PIN结上方的透明前电极及位于所述透明前电极上的防反射薄膜。

在本专利中，所述薄膜太阳能电池采用CIGS太阳能电池，由于CIGS在薄膜电池中转化效率最好，弱光性最好，最能利用这类产品壳体的有限面积，产生尽可能多的电能。

所述专利方案包括背壳体成形，镀钼膜，刻钼膜，镀光电转换单元，刻PN结，镀透明导电极，刻透明导电极，镀增透膜工序，其中所述背壳体成形时，将引出电极与旁路二极管与其形成一体式结构；采用溅射法镀制钼膜，用以形成其背电极；其光电转换单元为CIGS结构的PN结，用以产生光电流；采用溅射方式镀透明导电极，用以收集光电流；采用溅射方式镀增透膜，用以增加光线的利用效率。其中一个优选方案为所述旁路二极管只有部分嵌于壳体内，以利于散热。

其中做为衬底的壳体的材料的熔点温度要高于600℃，以免壳体在工艺过程中变形，做为本专利的优选方案，采用镁合金。

其中采用连续式溅射方式镀膜时，使用带有弹簧支柱的平板夹具。

其中刻钼膜采用机械划线方式，以确保硬度较高的钼膜可以以较小成本刻透。

做为其中一个优选方案，所述CIGS光电转换单元为CIGS、CDS、ZNO复合膜层，这种结构是目前转换效率可达到最高的一种配置。

做为其中一个优选方案，CIGS层采用共蒸发法制备，在一步，二步和三步共蒸法中，三步共蒸是目前转化效率最高的，考虑到本方案对转化效率的较高要求，三步共蒸为其中最优的方案。

做为其中另一个优选方案，CIGS制备可以采用溅射和蒸发混合法，部分元素采用蒸发，部分元素采用溅射。

其中一个优选方案为，在本专利中，CIGS蒸发设备采用弧形旋转夹具。

做为其中另一个优选方案，CIGS层可以采用四元靶溅射法。

做为其中另一个优选方案，可以采用喷墨法制备CIGS膜层。

其中一个优选方案为，CDS层采用水浴法制备。

其中一个优选方案为后面两道划线工序均采用激光划线，可利用溅射所用夹具直接进行批量划线。

有益成果：本设计方案针对现有的各种设备进行整合，并增加一些新的设计，形成新的生产工艺流程，使其可以在现有设备及工艺技术的条件下。可以实现在如手机、MP3、MP4、电子书、掌上电脑等个人移动电子产品的外壳上镀CIGS薄膜太阳能电池，以形成对这类电子产品电池的补偿电路，使其具有更大的方便性，不必过多依赖充电设备。这个工艺中所优选的CIGS的成份，是目前所能得到的转换效率最高的薄膜类电池。所选用的共蒸发法，也是得到目前最高转换效率的唯一方法。共蒸法目前得到不大量产业化的原因，是因为很难在大面积衬底上得到均匀的膜层。而对于这种在小型电子产品上的应用，其壳体一般面积较小，对较换效率要求极高，可以充分发挥共蒸法的优势而避免其缺点，使其适合于产业化。同时，由于这一应用多数基于现有生产技术的整合，使其不需要太多研发成本，基本可以直接进行生产线的转化应用。本方案中设计的平板夹具，不但可以实现各道镀膜工序的量化生产，而且可以直接运用在激光划线工艺，不需要在各道工序之间反复上下夹具，简化了工艺过程，减少了操作过程中的人为污染并节省了人工。

附图说明

附图1为一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法流程图

附图2为一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法的夹具正视图

附图3为一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法的夹具侧视图

附图4为一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法的弧形夹具示意图

1、平板夹具 2、弹簧 3、支柱 4、环形夹具

具体实施方式：

所述专利方案包括背壳体成形，镀钼膜，刻钼膜，镀光电转换单元，刻PN结，镀透明导电极，刻透明导电极，镀增透膜工序，其中所述背壳体成形时，将引出电极与旁路二极管与其形成一体式结构；采用溅射法镀制钼膜，用以形成其背电极；其光电转换单元为CIGS结构的PN结，用以产生光电流；采用溅射方式镀透明导电极，用以收集光电流；采用溅射方式镀增透膜，用以增加光线的利用效率。其中一个优选方案为所述旁路二极管只有部分嵌于壳体内，以利于散热。

如附图1为整个手机壳体上制备薄膜太阳能电池的方法的工艺流程图，流程1为手机壳体成形，在这个工艺过程中，要将引出电极及旁路二极管与手机壳体结合成一体。流程2为镀钼膜做为背电极，镀膜方式为溅射式镀膜，可采用卧式连续线，用如附图2、3中设计的夹具批量对手机壳体进行镀膜。流程3为刻钼膜，采用机械刻线方式，为了实现批量生产，可以将手机壳装在镀钼膜程序中的平板夹具中进行批量刻线，同时也节省了从夹具上卸手机壳体的工序。在工艺过程中应该注意，引出电极要分别位于最侧面一个完整的栅条中，不得横跨两个栅条。流程4为共蒸CIGS层，此时需要将手机壳体上到如附图4所示的弧形夹具。流程5为水浴法制备过渡层CDS，在溶液槽中进行。流程6为镀窗口层ZNO层，采用与镀钼膜相似的连续式溅射制程，用平板夹具。流程7为刻PN结，采用激光划线方式，平板夹具做为手机壳体的定位装载工具，以进行批量刻划。流程8为溅射镀透明导电极，所用设备为连续式镀膜设备，卧式，采用附图2、3中设计的夹具小车批量生产。流程9为刻透明导电极，与3、5相类，流程10为镀增透膜，与流程8相类。

附图2、3为设计的平板夹具，夹具1中间的长方形通孔用来容纳手机壳体，其厚度与手机壳体厚度一致，这种设计要求手机壳体侧面要有两个通孔，使支柱3可以透过通孔抵住壳体的另一侧，既能夹紧手机壳体，又不会使壳体因为受到夹持力而变形。弹簧2安装在支柱与夹具之间，使支柱具有一定的弹性，可以有一定的弯曲从而使壳体容易套在支柱上。

附图4为共蒸发程序用可旋转的弧形夹具，其上部设有可与转动轴连接的法兰，下部弧形夹具上开有可容纳手机壳体的长方形的槽，槽中设有与平板夹具中相似结构的弹簧2与支柱3，从而保证手机壳体可以容易地安装到夹具上。

下面将以具体的例子来对本专利方案加以说明，使之变得更为清楚。

实施例一：

本实施例选择在直板手机背壳面制薄膜太阳能电池来说明本专利方案。首先进行手机壳体成形工序，在这道工序中，将引出电极及旁路二极管按设定位置与手机壳体形成一个整体，在手机壳体的一侧设置两个通孔，其可以为功能性小孔，也可以为备用孔，其直径要略大于夹具支柱直径。将手机壳体上到如附图设计的平板夹具中，上夹具时，可以将支柱稍微弯曲插入手机壳体侧面的两个孔中，从内部抵住壳体的另一面，从而夹牢手机壳体。将上满手机壳体的夹具从连续式镀钼线的进片室进片，经传动结构传至镀膜室镀钼膜并经由出片室出片。将镀完钼膜的夹具放到机械划线机的平台上的适当位置固定，然后进行刻钼膜工艺。在刻钼膜时，要保证引出电极与手机壳体相平齐与钼膜相接触的位置位于两侧各最侧面的一个完整的栅条内部。将完成刻线工艺的夹具取下，然后将手机壳体从平板夹具上取下，装到共蒸设备的弧形夹具中，采用三步共蒸法制备CIGS层。然后采用水浴法制备缓冲层CDS。将制备完CDS层薄膜的手机壳体取出反应槽，清洁干燥后重新上到平板夹具中，利用连续式溅射线镀窗口层ZNO层。镀完后，从出片室取出夹具，固定在激光设备的平台上，进行激光刻CIGS光电转换单元。完成工艺后将夹具送入连续式溅镀透明导电极AZO膜工序，在此工序中，只需要把夹具平放入进片室，待镀膜面朝向溅射靶，传动系统将会自动将夹具送往镀膜室内并在工艺完成后从出片室出片。将镀完透明导电极膜的平板夹具取出送入相应工艺的激光平台进行刻线，然后再进行一次连续式溅射镀防反膜层，即完成工艺，可以从平板夹具上取下手机壳体。

这个实施例的工艺流程基本上采用现有的CIGS蒸发镀膜工艺流程，将其进行简单整合，并设计了一个几乎在各道工序中通用的平板夹具，使在手机壳体上镀薄膜太阳能电池补偿电路的方案转化既不需要投入大量资金研发新工艺，也不需要大量更新研发新生产设备，在增加极少量成本的情况下，整合原有设备工艺，即可使手机具有这一新功能成为现实，给使用者提供了极大的方便。

同时，CIGS共蒸法，尤其三步共蒸发法是目前可以产生最高转换效率的工艺流程，可以高达19.9％，其缺点在于很难运用到大面积的薄膜生产上。然而，对于手机壳体镀膜来说，其非常需要较高的转换效率，而对于面积没有太大的要求，在这种补偿结构功能较为强大时，为手机创造的附加价值要远远高于生产批量较小的缺点。

实施例二

本实施例选择在MP4背壳面制薄膜太阳能电池来说明本专利方案。首先进行手机壳体成形工序，在这道工序中，将引出电极及旁路二极管按设定位置与手机壳体形成一个整体，在手机壳体的一侧设置两个通孔，其可以为功能性小孔，也可以为备用孔，其直径要略大于夹具支柱直径。将手机壳体上到如附图设计的平板夹具中，上夹具时，可以将支柱稍微弯曲插入手机壳体侧面的两个孔中，从内部抵住壳体的另一面，从而夹牢手机壳体。将上满手机壳体的夹具从连续式镀钼线的进片室进片，经传动结构传至镀膜室镀钼膜并经由出片室出片。将镀完钼膜的夹具放到机械划线机的平台上的适当位置固定，然后进行刻钼膜工艺。在刻钼膜时，要保证引出电极与手机壳体相平齐与钼膜相接触的位置位于两侧各最侧面的一个完整的栅条内部。将完成刻线工艺的夹具取下，然后将手机壳体从平板夹具上取下，装到共蒸设备的弧形夹具中，采用混合法制备CIGS层，即将其中铜或者铜镓换用溅射，铟硒采用共蒸，以更好地控制金属配比，形成性能良好的镀膜。然后采用水浴法制备缓冲层CDS。将制备完CDS层薄膜的手机壳体取出反应槽，清洁干燥后重新上到平板夹具中，利用连续式溅射线镀窗口层ZNO层。镀完后，从出片室取出夹具，固定在激光设备的平台上，进行激光刻CIGS光电转换单元。完成工艺后将夹具送入连续式溅镀透明导电极ITO膜工序，在此工序中，只需要把夹具平放入进片室，待镀膜面朝向溅射靶，传动系统将会自动将夹具送往镀膜室内并在工艺完成后从出片室出片。将镀完透明导电极膜的平板夹具取出送入相应工艺的激光平台进行刻线，然后再进行一次连续式溅射镀防反膜层，即完成工艺，可以从平板夹具上取下手机壳体。

这个实施例在实施例1的基础上将四元共蒸法改成混合法，将熔点较高不易蒸发的铜和需要严格控制其阶梯分布以形成V形带隙的镓采用溅射结构，可以降低工艺的难度，增加工艺的可重复性。

同时，将透明导电极薄膜从常规用于CIGS的AZO膜，换成透光率较高的ITO膜，可以进一步提高其效率转换。常规CIGS太阳能电池采用AZO膜，主要是考虑到ITO在焊接引出电极时可能产生的还原反应，从而不得不退而求其次采用透光性相对较弱的AZO膜，但对于本结构来说，引出电极从底部钼膜引出，不存在这个问题，故换用这种结构，可以增强其对发电的补偿性能。

本专利方案提供了一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，具体实现该方案的方法和途径还有很多，以上所述仅是本专利方案的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利方案原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为专利方案的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，主要包括背壳体成形，镀钼膜，刻钼膜，镀光电转换单元，刻PN结，镀透明导电极，刻透明导电极，镀增透膜工序，其特征在于：

所述背壳体成形时，将引出电极与旁路二极管与其形成一体式结构；

采用溅射法镀制钼膜，用以形成其背电极；

其光电转换单元为CIGS结构的PN结，用以产生光电流；

采用溅射方式镀透明导电极，用以收集光电流；

采用溅射方式镀增透膜，用以增加光线的利用效率。

2.根据权利要求1所述的一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，其特征在于所述旁路二极管只有部分嵌于壳体内，以利于散热。

3.根据权利要求1所述的一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，其特征在于壳体的熔点温度要高于600℃，以免壳体在工艺过程中变形。

4.根据权利要求1所述的一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，其特征在于采用连续式溅射方式镀膜时，使用带有弹簧支柱的平板夹具。

5.根据权利要求1所述的一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，其特征在于刻钼膜采用机械划线方式。

6.根据权利要求1所述的一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，其特征在于所述CIGS光电转换单元为CIGS、CDS、ZNO复合膜层。

7.根据权利要求1及权利要求6所述的一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，其特征在于CIGS层采用共蒸发法制备。

8.根据权利要求1、权利要求6及权利要求7所述的一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，其特征在于CIGS蒸发设备采用弧形旋转夹具。

9.根据权利要求1及权利要求6所述的一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，其特征在于CDS层采用水浴法制备。

10.根据权利要求1所述的一种在移动电子产品壳体上制备补偿电路的方法，其特征在于所述各道划线工序均采用激光划线，可利用溅射所用夹具直接进行批量划线。

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