CN103296114B - 太阳能汽车天窗及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能汽车天窗及其制作方法，所述太阳能汽车天窗包括天窗玻璃和薄膜太阳能电池板，所述薄膜太阳能电池板包括衬底、位于所述衬底上的第一电极、位于所述第一电极上的光电转换层、位于所述光电转换层上的第二电极和栅电极，所述衬底为超薄玻璃衬底，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.1-1mm，所述超薄玻璃衬底具有可弯曲性，其最小弯曲半径可达10cm以下，所述第一电极在形成过程中连续设置在所述衬底上。本发明所提供的太阳能汽车天窗具有良好的透光性且较容易加工制作，其制作方法具有普遍适用性，能较为方便的用于制作具有各种弯曲幅度的所述太阳能汽车天窗。

Description

太阳能汽车天窗及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏应用产品领域，尤其涉及一种太阳能汽车天窗及其制作方法。
背景技术
太阳能是一种取之不尽，用之不竭的新型清洁能源。与风能、核能等其他新型能源相比，由于阳光无处不在，太阳能除了适合大规模并网发电以外，也非常适合于做分散、小规模的应用。太阳能光伏发电最早的小规模应用可追溯到人造卫星上的太阳能电池板。如今，人们通常将太阳能电池板放置在建筑物屋顶上，或安装于各种交通工具上以补充日常耗能的不足。其中，用于汽车的太阳能电池板是最普遍的，每年有层出不穷的相关技术通过专利公开，典型的如下述两例：公开号为US20060073044的美国专利提出，用固定于汽车车窗上的太阳能电池板驱动车内的风扇工作，能起到降低车内温度的作用；公开号为US20120132245的美国专利提出，将具有柔性衬底的多个太阳能电池粘合于车窗玻璃上，可以消除在车顶放置太阳能电池板时车所承受的重量。
然而上述专利公开的技术均是利用传统的晶硅电池结构，将玻璃或柔性的聚合物衬底上的电池进行绝缘分割，工艺较为复杂，与汽车本体的结合程度也不高，影响汽车的整体美观。较厚的玻璃衬底、聚合物衬底和晶硅的透光性都不好，与汽车车窗结合以后会降低车厢内的光照亮度。
近年来出现了一些新的技术，将薄膜太阳能电池用于汽车天窗，如申请号为CN201220357230的中国实用新型专利所公开的技术。薄膜太阳能电池有外观漂亮、生产自动化程度高、可弯曲、可透明等多种优势。将薄膜太阳能电池与汽车天窗相结合，工艺较为简单，也使得太阳能组件与汽车一体化，提高了整体美观性。作为能用于汽车天窗的薄膜太阳能电池板，一方面要求其具有良好的透光性以保证车厢的照明亮度，另一方面又要求其有良好的弯曲性能，以便和汽车天窗玻璃的弯曲结构面紧密贴合。为满足这两方面的需求，所述薄膜太阳能电池板的衬底必须是既透明又可弯曲的。
薄膜太阳能电池板的衬底可以根据具体需求选择玻璃、聚合物、陶瓷和石墨中的任何一种，其中玻璃为透明衬底，透光性好，可用于制造透明的薄膜太阳能电池，但现有的薄膜太阳能电池技术选用的玻璃衬底的厚度一般大于3mm，不具有可弯曲性；而聚合物为柔性衬底，容易弯曲和折叠，一般用于制造可弯曲的薄膜太阳能电池板，但聚合物衬底大都不同时具有透光性和耐高温性，即无法经受200℃以上的工艺温度，因而难以在上面沉积电池薄膜。
另外，现有的薄膜太阳能电池板制造设备和工艺绝大多数都是建立在平面衬底上的，如平板浮法玻璃等，这使得直接制造具有一定弯曲弧度的薄膜太阳能电池存在很大的困难。如果要通过在弯曲衬底上进行均匀镀膜来加工制造薄膜太阳能电池板，则需要对镀膜设备和工艺做较大的改动，这不仅会使成本大幅度提高，而且由于不同弯曲结构面具有不同的形状和弯曲弧度，导致所述设备和工艺对不同弯曲幅度的天窗玻璃的适应程度也有很大的局限性。
综上所述，现有的太阳能汽车天窗技术所使用的薄膜太阳能电池板的玻璃的衬底一般较厚，可弯曲性较差，不能满足制作太阳能汽车天窗的弯曲度需求，并且现有的薄膜太阳能电池板的制备工艺很难将其直接加工为具有一定弯曲弧度的电池板，因而无法应用于制备太阳能汽车天窗。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种太阳能汽车天窗，所述太阳能汽车天窗所包含的薄膜太阳能电池板的衬底具有较高的可弯曲性和光透射率，使得所述太阳能汽车天窗具有良好的透光性且较容易制作加工，并具有均匀连续的一体结构。
本发明的另一目的在于提供一种太阳能汽车天窗的制作方法，所述制作方法具有普遍适用性，能较为方便的用于制作具有各种弯曲幅度的太阳能汽车天窗。
一种太阳能汽车天窗，所述太阳能汽车天窗包括天窗玻璃和薄膜太阳能电池板，所述薄膜太阳能电池板包括衬底、位于所述衬底上的第一电极、位于所述第一电极上的光电转换层、位于所述光电转换层上的第二电极和栅电极；所述衬底为超薄玻璃衬底，所述超薄玻璃衬底具有可弯曲性；当所述超薄玻璃衬底的厚度为0.1-1mm时，所述超薄玻璃衬底的最小弯曲半径可达10cm以下；当所述超薄玻璃衬底的弯曲半径大于30cm时，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.35-1mm；所述第一电极在形成过程中连续设置在所述衬底上，用于制备所述第一电极和所述第二电极的工艺温度低于600℃。
本发明所公开的太阳能汽车天窗的有益效果在于：所述厚度为0.1-1mm的超薄玻璃衬底具有增加透光率的效果，提高了所述薄膜太阳能电池板的透光性，进而使得所述太阳能汽车天窗具有良好的透光性；通过增加所述衬底的透光率还提高了所述光电转换层的吸收率，使得所述薄膜太阳能电池的效率比现有的薄膜太阳能电池高1-2％；所述超薄玻璃衬底的可弯曲性较好，能够方便的用于制作各种弯曲幅度的太阳能汽车天窗；所述第一电极连续设置在所述衬底上，相对于传统的在衬底上用绝缘物质分割出多个电池块而言，工艺简单，在应用于太阳能汽车天窗时，能与弯曲的天窗玻璃紧密结合形成均匀连续的一体结构，较为美观。与聚合物衬底相比，所述超薄玻璃衬底还具有耐高温，隔绝环境侵蚀性能好的优点。所述超薄玻璃衬底的弯曲半径大于30cm，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.35-1mm。其有益效果在于，在能够达到所需的弯曲半径的情况下，应尽可能选用较厚的超薄玻璃做衬底以增加所述薄膜太阳能电池板的强度。
可选的，所述第一电极为全透明薄膜，所述第二电极为非全透明薄膜。
优选的，所述第一、第二透明电极的透光性相等，且均为全透明薄膜。
优选的，所述第一、第二电极的材料均为透明导电氧化物或石墨烯，所述透明导电氧化物包括氧化锌、氧化锡和氧化铟锡中的一种。
优选的，所述光电转换层包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的一种或多种，所述非晶硅、多晶硅或单晶硅薄膜形成包含一个p-n或p-i-n结的单结结构，或包含多个p-n或p-i-n结的多结结构。
优选的，所述光电转换层包括碲化镉薄膜、铜铟镓锡薄膜和有机半导体薄膜中的一种或多种。
优选的，所述衬底的弯曲半径大于1m。
优选的，所述天窗玻璃具有朝向车内的下表面以及朝向车外的上表面，所述薄膜太阳能电池板设置在所述天窗玻璃的上表面上，所述光电转换层包括P型层、N型层，所述P型层紧邻所述第一电极设置。优选的，所述天窗玻璃具有朝向车内的下表面以及朝向车外的上表面，所述薄膜太阳能电池板设置在所述天窗玻璃的下表面上，所述光电转换层包括P型层、N型层，所述N型层紧邻所述第一电极设置。其有益效果在于，由于非晶硅薄膜中电子的迁移率大于空穴的迁移率，在包含P-I-N结的光电转换层中，将所述P型层设置于接受太阳光照射的一面，所述P型层中产生的电子将跨越I层运动更远的距离而被电极收集，而空穴可以直接被紧邻P型层的电极所收集，提高了空穴的收集率，从而提高了电池的光电转换效率。
优选的，所述超薄玻璃衬底的厚度大于0.5mm，用以增加所述薄膜太阳能电池板的机械强度。优选的，所述超薄玻璃衬底为经过化学钢化处理的玻璃，用以增加所述薄膜太阳能电池板的机械强度。
优选的，所述栅电极通过导线与汽车电源系统及其一负载连接，所述负载包括车厢内的风扇、照明灯和电子娱乐系统中的至少一种。
优选的，所述天窗玻璃为具有一定弯曲幅度的刚性玻璃。
优选的，所述天窗玻璃为刚性玻璃，所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃的弯曲幅度不同，所述薄膜太阳能电池板安装在与所述天窗玻璃相对应的位置。
优选的，所述天窗玻璃为没有弯曲幅度的刚性玻璃，所述薄膜太阳能电池板安装在与所述天窗玻璃相对应的位置。
优选的，所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃弯曲幅度相同。
本发明还提供了一种太阳能汽车天窗的制作方法，其包含如下步骤：
S1.提供一成型的汽车天窗玻璃，和一超薄玻璃衬底，所述超薄玻璃衬底具有可弯曲性，当所述超薄玻璃衬底的厚度为0.1-1mm时，所述超薄玻璃衬底的最小弯曲半径可达10cm以下，当所述超薄玻璃衬底的弯曲半径大于30cm时，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.35-1mm；
S2.在所述超薄玻璃衬底上沉积依次沉积第一电极、光电转换层和第二电极，以形成薄膜电池组，其中所述第一电极在形成过程中连续设置在所述超薄玻璃衬底上；
S3.用激光分别对所述第一电极、光电转换层和第二电极进行刻线，用以将所述薄膜电池组分割成诸多较小的电池单元并做串联和并联连接；
S4.对所述薄膜电池组做激光或化学刻蚀处理，用以提高所述薄膜电池组的透光性；
S5.设置栅电极，形成薄膜太阳能电池板；
S6.将所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃结合，使得所述薄膜电池组被封装于所述超薄玻璃衬底与所述天窗玻璃之间，形成可工作的太阳能汽车天窗。
本发明所提供的太阳能汽车天窗的制作方法的有益效果为：
本发明所提供的太阳能汽车天窗中的薄膜太阳能电池板在各层薄膜在形成过程中都是连续的，只是在镀膜完成之后的步骤S3中才用激光刻线切割成较小的电池单元，因而制作工艺更为简单，提高了制备效率，也使得薄膜太阳能电池板与弯曲的天窗玻璃紧密贴合，呈一体化结构，外表更为美观。
本发明所提供的太阳能汽车天窗的制作方法将具有可弯曲超薄玻璃衬底的所述太阳能电池板与天窗玻璃通过弯曲处理直接结合，形成牢固的具有一定弧度的太阳能电池板，由于在镀膜过程中超薄玻璃衬底仍处于平面形式，工艺条件都不需要做任何改变，避免了通常在制造弯曲电池板时所遇到的问题和额外成本的增加，极大的增加了设备和制备工艺方法对各种弯曲幅度的天窗玻璃的普遍适用性。因此，本发明所提供的太阳能汽车天窗的制作方法适用于制造各种弯曲幅度的太阳能汽车天窗。
优选的，使用层压工艺将所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃结合。优选的，使用粘结工艺将所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃粘合在一起。
可选的，所述第一电极为全透明薄膜，所述第二电极为非全半透明薄膜。优选的，所述第一、第二电极的透光性相等，且均为全透明薄膜。
优选的，所述第一、第二电极的材料均为透明导电氧化物或石墨烯，所述透明导电氧化物包括氧化锌、氧化锡和氧化铟锡中的一种。
优选的，所述第一、第二电极用LPCVD或APCVD方法制备。
优选的，所述光电转换层包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的一种或多种，所述非晶硅、微晶硅、多晶硅或单晶硅薄膜形成包含一个p-n结或p-i-n结的单结结构，或形成包含多个p-n结及p-i-n结的多结结构。
优选的，用于制备所述光电转换层的工艺温度低于600℃，用以避免所述超薄玻璃衬底发生形变。可选的，所述光电转换层用PECVD方法制备。
优选的，所述光电转换层包括碲化镉薄膜、铜铟镓锡薄膜和有机半导体薄膜中的一种或多种。
优选的，所述天窗玻璃具有朝向车内的下表面以及朝向车外的上表面，所述薄膜太阳能电池板设置在所述天窗玻璃的上表面上，所述光电转换层包括P型层、N型层，所述P型层紧邻所述第一电极设置。
优选的，所述超薄玻璃衬底的厚度大于0.5mm，用以增加所述薄膜太阳能电池板的机械强度。
优选的，所述超薄玻璃衬底为经过化学钢化处理的玻璃，用以增加所述薄膜太阳能电池板的机械强度。
优选的，所述天窗玻璃具有朝向车内的下表面以及朝向车外的上表面，所述薄膜太阳能电池板设置在所述天窗玻璃的下表面上，所述光电转换层包括P型层、N型层，所述N型层紧邻所述第一电极设置。
优选的，所述层压工艺在高压釜中进行，所述层压工艺为曲面真空层压法。
优选的，所述层压工艺的材料选用EVA、PVB或离子键树脂。
优选的，所述粘结工艺选用杜邦公司生产的“文泰科”(Vertak)粘结剂。
优选的，所述栅电极通过导线与汽车电源系统及其一负载连接，所述负载包括车厢内的风扇、照明灯和电子娱乐系统中的至少一种。
附图说明
图1为本发明所公开的太阳能汽车天窗所包含的薄膜太阳能电池板的一种优选的实施例的结构示意图。
图2为不同厚度的超薄玻璃衬底的光吸收率与光波长的变化关系图。
图3为两种较薄的超薄玻璃衬底的弯曲应力与弯曲半径的变化关系图。
图4为多种厚度的超薄玻璃衬底的弯曲应力与弯曲半径的变化关系图。
图5为本发明所公开的太阳能汽车天窗的一种优选的实施例的结构示意图。
图6为本发明所公开的太阳能汽车天窗的制作方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
一种太阳能汽车天窗，所述太阳能汽车天窗包括天窗玻璃和薄膜太阳能电池板，所述薄膜太阳能电池板包括衬底、位于所述衬底上的第一电极、位于所述第一电极上的光电转换层、位于所述光电转换层上的第二电极和栅电极，所述衬底为超薄玻璃衬底，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.1-1mm，所述超薄玻璃衬底具有可弯曲性，其最小弯曲半径可达10cm以下，所述第一电极在形成过程中连续设置在所述衬底上。
图1为本发明的一种优选的实施例中，所述太阳能汽车天窗所包含的薄膜太阳能电池板的结构示意图。参照图1，所述薄膜太阳能电池板包括衬底10、位于衬底上的第一电极20、位于所述第一电极上的光电转换层30、位于所述光电转换层30上的第二电极40，还包括所述第二电极上的栅电极50。所述衬底10为超薄玻璃衬底，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.1-1mm，所述超薄玻璃衬底具有可弯曲性，其最小弯曲半径可达10cm以下。所述第一电极20在其中形成过程中连续设置在所述衬底10上。如图1所示的本发明优选的实施例，光电转换层30包括非晶硅p型层31、非晶硅本征层32和非晶硅n型层33，第一电极20和第二电极40均由氧化锌材料制成。
所述衬底10选用美国康宁公司(Corning Incorporated)的多款超薄玻璃产品，如莲花玻璃(Lotus Glass)，柳条玻璃(Willow Glass)，和猩猩玻璃(Gorilla Glass)。图2给出了超薄玻璃的光透射率和光波长的关系。参照图2，三种厚度分别为0.05mm，0.1mm和0.2mm的超薄玻璃的光透射率随光波长的变化关系是相同的，在光波长为200nm到350nm的波段内，透射率随着波长的增大而迅速增大；当光波长大于350nm的可见光波段时，透射率的增大变慢，并逐渐饱和为一个大于90％的常数。但在上述200-350nm的光波段内，对于特定的波长，所述超薄玻璃的厚度越小其透射率越大。在现有的薄膜太阳能电池技术中，一般选用厚度为3.2mm的玻璃做衬底，由上述结论可知，其对短波长光的透射率远小于超薄玻璃，导致薄膜电池的透光性较差。因此选用超薄玻璃做衬底具有增加光透射率的效果。另外，选用越薄的玻璃做衬底，所述光电转换层对短波段光的吸收率也越高，从而可以使薄膜太阳能电池的效率提高1-2％。
图3显示了两种厚度的超薄玻璃的弯曲应力与其弯曲半径的关系。参照图3，厚度为0.2mm的超薄玻璃其对应于任何弯曲半径的弯曲应力均大于厚度为0.1mm的超薄玻璃。因此玻璃的厚度越小，对应于同一弯曲半径其弯曲应力就越小，当对其做弯曲加工时就越容易，也越不容易发生破裂。对应于0.1mm的超薄玻璃，在弯曲半径为10-30cm的较大范围内，弯曲应力趋近于0，只有当弯曲半径小于10cm，接近5cm时，弯曲应力才有了显著上升。将最小弯曲半径定义为在一定加工条件下，玻璃在达到一特定的阈值应力时的弯曲半径，则最小半径越小，玻璃的可弯曲性越好。如果用最小弯曲半径来表征超薄玻璃弯曲性的优良程度，由图3可知，所述0.1mm的超薄玻璃具有最优的弯曲性能，其最小弯曲半径可达10cm以下。
因此选用超薄玻璃做衬底10的另一功效是可以方便的将平面的薄膜太阳能电池板加工成具有一定弧度的弯曲电池板，而厚度较小的超薄玻璃可弯曲性好，从而可以制成弯曲半径较小的太阳能电池板。具体选用何种厚度的超薄玻璃，取决于最终的弯曲电池组件的曲率，曲率越大，则应选用最小弯曲半径更小的超薄玻璃做衬底。
但是在实际应用中，选用的超薄玻璃厚度越小，其强度也越小，很容易在外界压力或雨水冲刷下发生破损。同时在制造过程中也容易破碎，降低生产良率，增加成本。因此，在满足实际弯曲度需求的前提下，应尽可能选择更厚的玻璃做衬底，以增强所述衬底10的强度。
一般的，超薄玻璃弯曲时表面的弯曲张应力与其厚度的关系为：
σ = E t 2 R ,
其中σ为最大表面弯曲张应力，t为超薄玻璃的厚度，R为弯曲半径，E为玻璃的杨氏模量。图4给出了更多种厚度的超薄玻璃的弯曲应力和弯曲半径的关系。参照图4，厚度在1mm以下的超薄玻璃的可弯曲性都非常好。在弯曲半径为30cm时，厚度为0.5mm的超薄玻璃的最大表面弯曲张应力约为60MPa，厚度为0.3mm的超薄玻璃的约为30MPa。若选用0.35mm的超薄玻璃，根据上述公式，代入玻璃的杨氏模量90GPa，可知其最大表面弯曲张应力为52.5MPa。虽然玻璃的本征强度约达200MPa，但在实际应用中要求超薄玻璃的最大表面弯曲张应力在50MPa附近，以防止因表面缺陷造成的破碎。因此，厚度为0.35mm的超薄玻璃可以满足这种要求。
在本发明优选的实施例中，所述超薄玻璃衬底的弯曲半径大于30cm，因此所述超薄玻璃衬底的厚度为0.35-1mm。在本发明的进一步优选的实施例中，为增强所述超薄玻璃衬底的机械强度，所述超薄玻璃衬底的厚度大于0.5mm，或所述超薄玻璃衬底为经过化学钢化处理的玻璃，例如可以选用康宁公司出产的猩猩玻璃。
在本发明优选的实施例中，所述衬底10的弯曲半径大于1m，参照图4，此时可以选用1mm的超薄玻璃作为所述衬底10。
相对于聚合物衬底，所述超薄玻璃衬底还具有耐高温，隔绝环境侵蚀性能好的优点。
第一电极20连续设置在衬底10上，相对于传统的在衬底上用绝缘物质分割出多个电池块而言，工艺简单，在应用于弯曲组件时，能够与弯曲结构紧密结合为一体，较为美观。
第一电极20与第二电极40的透光性相等，且均为全透明薄膜。全透性薄膜使得更多的阳光能透过汽车天窗或建筑物玻璃，有助于提高车厢内或室内的照明亮度。
在本发明的其他实施例中，位于衬底10之上的第一电极20为全透明薄膜，位于光电转换层之上的第二电极40为非全透明薄膜。使用非全透明薄膜做第二电极40有助于将透过光电转换层的光反射回光电转换层中，提高了光吸收率，进而提高了电池效率。
第一电极20与第二电极40的材料均为透明导电氧化物，如图1所示的本发明的一种优选的实施例中，第一电极20与第二电极40均为氧化锌薄膜，在本发明的其他优选的实施例中，所述第一、第二电极还包括氧化锌，氧化锡或石墨烯中的一种。
光电转换层30包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的一种或多种，所述非晶硅、微晶硅、多晶硅或单晶硅薄膜形成包含一个p-n或p-i-n结的单结结构，或包含多个p-n或p-i-n结的多结结构。
在本发明其他优选的实施例中，所述光电转换层包括碲化镉薄膜、铜铟镓锡薄膜和有机半导体薄膜中的一种或多种。
图5为本发明所公开的太阳能汽车天窗的一种优选的实施方式的示意图，参照图5，所述太阳能汽车天窗包括：所述薄膜太阳能电池板和天窗玻璃300。所述薄膜太阳能电池板包括超薄玻璃衬底100和位于所述超薄玻璃衬底上的薄膜电池组200，所述薄膜电池组200由所述第一电极、所述光电转换层和所述第二电极构成。所述光电转换层包括P型层31、N型层33，在本发明的某些优选的实施方式中，所述光电转换层还包括位于所述P型层31、N型层33之间的I型层32。
所述汽车天窗玻璃300具有朝向车内的下表面320以及朝向车外的上表面310，所述薄膜太阳能电池板可以贴合在所述汽车天窗玻璃300的上表面310上，也可以贴合在所述天窗玻璃300的下表面320上。参照图5和图1，当所述薄膜太阳能电池板贴合在所述天窗玻璃300的上表面310时，所述P型层31紧邻所述第一电极20设置。当所述薄膜太阳能电池板贴合在所述天窗玻璃300的下表面320时，所述N型层33紧邻所述第一电极20设置。这样使得所述P型层31始终朝着太阳光的方向。由于非晶硅薄膜中电子的迁移率大于空穴的迁移率，电子的寿命也大于空穴的寿命，P型层31中产生的电子能通过漂移和扩散运动穿过I层从而被电极收集；但如果n型层33接受光照产生载流子，n型层33中产生的空穴由于迁移率和寿命较小，很容易在穿过I层的时候被复合而被损失掉。因此所述P型层31始终朝着太阳光的方向有利于提高载流子的收集率，进而提高太阳能电池板的光能量转换效率。
在本发明优选的实施例中，所述栅电极(图中未示)通过导线与汽车电源系统及其一负载连接，所述负载包括车厢内的风扇、照明灯和电子娱乐系统中的至少一种。
在本发明一种优选的实施例中，所述天窗玻璃300为具有一定弯曲幅度的刚性玻璃，所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃弯曲幅度相同。
在本发明另一种优选的实施例中，所述天窗玻璃为刚性玻璃，所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃的弯曲幅度不同，所述薄膜太阳能电池板安装在与所述天窗玻璃相对应的位置。
在本发明其他优选的实施例中，所述天窗玻璃为没有弯曲幅度的刚性玻璃，所述薄膜太阳能电池板安装在与所述天窗玻璃相对应的位置。
本发明还提供了一种太阳能汽车天窗的制作方法，参照图6，所述制作方法包括如下步骤：
S1.提供一成型的汽车天窗玻璃，和一超薄玻璃衬底，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.1-1mm，所述超薄玻璃衬底具有可弯曲性；
S2.在所述超薄玻璃衬底上沉积依次沉积第一电极、光电转换层和第二电极，以形成薄膜电池组；
S3.用激光分别对所述第一电极、光电转换层和第二电极进行刻线，用以将所述薄膜电池组分割成诸多较小的电池单元并做串联和并联连接；
S4.对所述薄膜电池组做激光或化学刻蚀处理，用以提高所述薄膜电池组的透光性；
S5.设置栅电极，形成薄膜太阳能电池板；
S6.将所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃结合，使得所述薄膜电池组被封装于所述超薄玻璃衬底与所述天窗玻璃之间，形成可工作的太阳能汽车天窗。
本发明所提供的太阳能汽车天窗中的薄膜太阳能电池板在各层薄膜在形成过程中都是连续的，只是在镀膜完成之后的步骤S3中才用激光刻线切割成较小的电池单元，因而制作工艺更为简单，提高了制备效率，也使得薄膜太阳能电池板与弯曲的天窗玻璃紧密贴合，呈一体化结构，外表更为美观。
本发明所提供的太阳能汽车天窗的制作方法将具有可弯曲超薄玻璃衬底的所述太阳能电池板与天窗玻璃通过弯曲处理直接结合，形成牢固的具有一定弧度的太阳能电池板，由于在镀膜过程中超薄玻璃衬底仍处于平面形式，工艺条件都不需要做任何改变，避免了通常在制造弯曲电池板时所遇到的问题和额外成本的增加，极大的增加了设备和制备工艺方法对各种弯曲幅度的天窗玻璃的普遍适用性。因此，本发明所提供的太阳能汽车天窗的制作方法适用于制造各种弯曲幅度的太阳能汽车天窗。
在本发明优选的实施方式中，使用层压工艺将所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃结合，用以封装所述薄膜太阳能电池板，使其与周围环境相隔绝，并形成可稳定工作的太阳能汽车天窗。所述层压工艺在高压釜中进行，或采用曲面真空层压法进行层压。所述层压工艺的材料选用EVA、PVB或离子键树脂。
在本发明其他优选的实施方式中，采用粘结工艺将所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃相结合，形成可稳定工作的太阳能汽车天窗。所述粘结工艺选用杜邦公司生产的“文泰科”(Vertak)粘结剂。
在本发明优选的实施方式中，所述第一电极和第二电极的透光性相等，且均为全透明薄膜。这提高了薄膜太阳能电池板的透光性。在本发明的其他实施方式中，所述第一电极为全透明薄膜，所述第二电极为非透明薄膜。所述非透明薄膜可以将透过光电转换层的光反射回去，提高了电池的光吸收率和效率。
所述第一电极与第二电极的材料均为透明导电氧化物或石墨烯，所述透明导电氧化物为氧化锌、氧化锡和氧化铟锡中的一种。
光电转换层包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的一种或多种，如图1所示的本发明的优选的实施例中，光电转换层为由非晶硅n型掺杂层、本征层和p型掺杂层构成的p-i-n型结构。一般的，光电转换层包含由非晶硅、微晶硅、多晶硅或单晶硅薄膜形成的p-n或p-i-n结单结结构，或多个p-n结及p-i-n结的多结结构。在本发明的其他优选的实施例中，所述光电转换层包括碲化镉薄膜、铜铟镓锡薄膜和有机半导体薄膜中的一种或多种。
当用于制备所述第一、第二电极或所述光电转换层的工艺方法的工艺温度接近玻璃应变点(strain point)时，超薄玻璃容易产生变形，因而应该尽可能使工艺温度远离玻璃应变点。超薄玻璃的应变点的变化范围为650-700℃，其他超薄玻璃的应变点也在类似的范围内变动。因此，所述工艺方法的工艺温度低于600℃，以防止所述超薄玻璃衬底在沉积过程中发生变形。
一般的，用于制备透明氧化物薄膜的LPCVD方法的工艺温度为180-210℃，MOCVD方法的工艺温度可低至500℃，而APCVD方法的工艺温度在450℃左右，用于制备硅基光电转换层薄膜的PECVD的工艺温度一般在300℃以下，以上工艺方法都满足工艺温度小于600℃的要求。因此，所述第一、第二电极用LPCVD、MOCVD或APCVD工艺方法制备，所述光电转换层用PECVD工艺方法制备。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (34)

1.一种太阳能汽车天窗，所述太阳能汽车天窗包括天窗玻璃和薄膜太阳能电池板，其特征在于，所述薄膜太阳能电池板包括衬底、位于所述衬底上的第一电极、位于所述第一电极上的光电转换层、位于所述光电转换层上的第二电极和栅电极；所述衬底为超薄玻璃衬底，所述超薄玻璃衬底具有可弯曲性；当所述超薄玻璃衬底的厚度为0.1-1mm时，所述超薄玻璃衬底的最小弯曲半径可达10cm以下；当所述超薄玻璃衬底的弯曲半径大于30cm时，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.35-1mm；所述第一电极在形成过程中连续设置在所述衬底上，用于制备所述第一电极和所述第二电极的工艺温度低于600℃。
2.如权利要求1所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述第一电极为全透明薄膜，所述第二电极为非全透明薄膜。
3.如权利要求1所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述第一、第二电极的透光性相等，且均为全透明薄膜。
4.如权利要求2或3所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述第一、第二电极的材料均为透明导电氧化物或石墨烯，所述透明导电氧化物包括氧化锌、氧化锡和氧化铟锡中的一种。
5.如权利要求4所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述光电转换层包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的一种或多种，所述非晶硅、微晶硅、多晶硅或单晶硅薄膜形成包含一个p-n结或p-i-n结的单结结构，或形成包含多个p-n结及p-i-n结的多结结构。
6.如权利要求4所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述光电转换层包括碲化镉薄膜、铜铟镓锡薄膜和有机半导体薄膜中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述衬底的弯曲半径大于1m。
8.如权利要求7所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述天窗玻璃具有朝向车内的下表面以及朝向车外的上表面，所述薄膜太阳能电池板设置在所述天窗玻璃的上表面上，所述光电转换层包括P型层、N型层，所述P型层紧邻所述第一电极设置。
9.如权利要求7所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述天窗玻璃具有朝向车内的下表面以及朝向车外的上表面，所述薄膜太阳能电池板设置在所述天窗玻璃的下表面上，所述光电转换层包括P型层、N型层，所述N型层紧邻所述第一电极设置。
10.如权利要求7所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述超薄玻璃衬底的厚度大于0.5mm，用以增加所述薄膜太阳能电池板的机械强度。
11.如权利要求7所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述超薄玻璃衬底为经过化学钢化处理的玻璃，用以增加所述薄膜太阳能电池板的机械强度。
12.如权利要求1所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述栅电极通过导线与汽车电源系统及其一负载连接，所述负载包括车厢内的风扇、照明灯和电子娱乐系统中的至少一种。
13.如权利要求1所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述天窗玻璃为具有一定弯曲幅度的刚性玻璃。
14.如权利要求1所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述天窗玻璃为刚性玻璃，所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃的弯曲幅度不同，所述薄膜太阳能电池板安装在与所述天窗玻璃相对应的位置。
15.如权利要求1所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述天窗玻璃为没有弯曲幅度的刚性玻璃，所述薄膜太阳能电池板安装在与所述天窗玻璃相对应的位置。
16.如权利要求13所述的太阳能汽车天窗，其特征在于，所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃弯曲幅度相同。
17.一种如权利要求1-16中任一项所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其包括：
S1.提供一成型的汽车天窗玻璃，和一超薄玻璃衬底，所述超薄玻璃衬底具有可弯曲性，当所述超薄玻璃衬底的厚度为0.1-1mm时，所述超薄玻璃衬底的最小弯曲半径可达10cm以下，当所述超薄玻璃衬底的弯曲半径大于30cm时，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.35-1mm；
S2.在所述超薄玻璃衬底上沉积依次沉积第一电极、光电转换层和第二电极，以形成薄膜电池组，其中所述第一电极在形成过程中连续设置在所述超薄玻璃衬底上；
S3.用激光分别对所述第一电极、光电转换层和第二电极进行刻线，用以将所述薄膜电池组分割成诸多较小的电池单元并做串联和并联连接；
S4.对所述薄膜电池组做激光或化学刻蚀处理，用以提高所述薄膜电池组的透光性；
S5.设置栅电极，形成薄膜太阳能电池板；
S6.将所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃结合，使得所述薄膜电池组被封装于所述超薄玻璃衬底与所述天窗玻璃之间，形成可工作的太阳能汽车天窗。
18.如权利要求17所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，使用层压工艺将所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃结合。
19.如权利要求17所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，使用粘结工艺将所述薄膜太阳能电池板与所述天窗玻璃粘合在一起。
20.如权利要求19所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述第一电极为全透明薄膜，所述第二电极为非全半透明薄膜。
21.如权利要求19所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述第一、第二电极的透光性相等，且均为全透明薄膜。
22.如权利要求20或21所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述第一、第二电极的材料均为透明导电氧化物或石墨烯，所述透明导电氧化物包括氧化锌、氧化锡和氧化铟锡中的一种。
23.如权利要求22所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述第一、第二电极用LPCVD或APCVD方法制备。
24.如权利要求23所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述光电转换层包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的一种或多种，所述非晶硅、微晶硅、多晶硅或单晶硅薄膜形成包含一个p-n结或p-i-n结的单结结构，或形成包含多个p-n结及p-i-n结的多结结构。
25.如权利要求24所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，用于制备所述光电转换层的工艺温度低于600℃，用以避免所述超薄玻璃衬底发生形变。
26.如权利要求25所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述光电转换层用PECVD方法制备。
27.如权利要求26所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述光电转换层包括碲化镉薄膜、铜铟镓锡薄膜和有机半导体薄膜中的一种或多种。
28.如权利要求17所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述天窗玻璃具有朝向车内的下表面以及朝向车外的上表面，所述薄膜太阳能电池板设置在所述天窗玻璃的上表面上，所述光电转换层包括P型层、N型层，所述P型层紧邻所述第一电极设置。
29.如权利要求28所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述超薄玻璃衬底的厚度大于0.5mm，用以增加所述薄膜太阳能电池板的机械强度。
30.如权利要求28所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述超薄玻璃衬底为经过化学钢化处理的玻璃，用以增加所述薄膜太阳能电池板的机械强度。
31.如权利要求17所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述天窗玻璃具有朝向车内的下表面以及朝向车外的上表面，所述薄膜太阳能电池板设置在所述天窗玻璃的下表面上，所述光电转换层包括P型层、N型层，所述N型层紧邻所述第一电极设置。
32.如权利要求18所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述层压工艺在高压釜中进行，所述层压工艺为曲面真空层压法。
33.如权利要求32所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述层压工艺的材料选用EVA、PVB或离子键树脂。
34.如权利要求32所述的太阳能汽车天窗的制作方法，其特征在于，所述栅电极通过导线与汽车电源系统及其一负载连接，所述负载包括车厢内的风扇、照明灯和电子娱乐系统中的至少一种。
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