CN103413855B - 一种柔性太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性太阳能电池及其制备方法，包括柔性太阳能p-i-n层（1）和金属薄层（3），柔性太阳能p-i-n层（1）与金属薄层（3）之间设置金属栅线（2），在柔性太阳能p-i-n层（1）、金属栅线（2）、金属薄层（3）的外周均匀包裹柔性透明保护材料（6），且金属薄层（3）的外侧表面裸露于外部。透明保护材料（6）的材质主要为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。柔性透明保护材料（6）裹覆在太阳能电池主体外部，不仅能够为其提供有效支撑，而且相对于了金属材料或者有机材料的支撑，显著提高了柔性太阳能电池的柔韧性与透光性，使柔性太阳能电池具有高透光性的同时，还具有任意弯曲、重复折叠的优异性能。
Description
技术领域
本发明属于柔性太阳能电池领域，具体涉及一种柔性太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前的柔性太阳能电池，大多为薄膜电池，主要为非晶硅（a-Si）电池、碲化镉（CdTe）电池、铜铟镓硒（CIGS）电池、染料敏化（DSSC）电池、有机太阳能（OSC）电池等。这些电池基本上以硅或者玻璃为基底，为了获得更加轻质、更加柔性、更加便宜的太阳能电池，人们开始在金属箔片、有机聚合物基底上制作电池。然而这些电池需要在具有一定刚性的金属材料或者是有机材料上做支撑，影响了柔性太阳能电池的透光性和柔韧性。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明设计了一种柔性太阳能电池及其制备方法，能够提高柔性太阳能电池的透光性，而且具有任意弯曲、重复折叠的特点。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种柔性太阳能电池，包括太阳能电池p-i-n层（1）和金属薄层（3），太阳能电池p-i-n层（1）与金属薄层（3）之间设置金属栅线（2），其特征在于：太阳能电池p-i-n层（1）、金属栅线（2）和金属薄层（3）构成的太阳能电池的主体外周均匀包裹有柔性透明保护材料（6）以为太阳能电池的主体提供有效支撑，同时使太阳能电池具有高透光性、能任意弯曲、重复折叠。
进一步，金属薄层（3）的外侧表面裸露于透明保护材料（6）外。
进一步，透明保护材料（6）的材质主要为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。
一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：选择半导体材料薄层（5），在半导体材料薄层（5）的一面加工制作半导体氧化物膜层（4）；
步骤2：在步骤1获得的半导体氧化物膜层（4）表面加工制作导电的金属薄层（3）；
步骤3：在步骤2获得的导电的金属薄层（3）上制作导电的金属栅线（2）；
步骤4：在步骤3获得的导电的金属栅线（2）上制作太阳能电池p-i-n层（1），最终得到太阳能电池膜层集合体；
步骤5：将步骤4中获得的太阳能电池膜层集合体浸入透明保护材料（6）中，或者通过旋转涂覆等工艺，将透明保护材料（6）完全均匀地包覆在太阳能电池膜层集合体的外周；
步骤6：通过加热处理与分离工艺，使步骤5中包裹有透明保护材料（6）的太阳能电池膜层集合体的金属薄层（3）与半导体氧化物膜层（4）之间分离，获得由太阳能电池p-i-n层（1）、金属栅线（2）、金属薄层（3）和透明保护材料（6）构成的可以重复弯曲的透明柔性太阳能电池，金属薄层（3）的外侧表面裸露于透明保护材料（6）外。
进一步，所述步骤1中是通过热处理工艺或者化学沉积法或者物理蒸发工艺将半导体氧化物膜层（4）加工在半导体材料薄层（5）上。
进一步，所述步骤1中半导体材料薄层（5）的厚度为0.5-1mm，半导体氧化物膜层（4）的厚度为100-1000nm。
进一步，所述步骤2中是通过蒸镀或者化学浴或者离子蒸发或者电子沉积工艺将金属薄层（3）加工在半导体氧化物膜层（4）上。
进一步，所述步骤3中是通过辊筒印刷或者丝网印刷的方式将导电的金属栅线（2）制作在金属薄层（3）上。
进一步，所述步骤4中是通过PECVD或者沉积或者化学蒸镀或者印刷工艺将太阳能电池p-i-n层（1）制作在金属栅线（2）上。
进一步，所述步骤6中加热处理采用10-50℃条件下，水浴加热10-600s。
该柔性太阳能电池及其制备方法具有以下有益效果：
（1）本发明利用透明保护材料包裹在太阳能电池本体之外，不仅能够为其提供有效支撑，而且由于柔性透明保护材料本身具有很好的柔韧性与透光性，相对于了金属材料或者有机材料的支撑，显著提高了柔性太阳能电池的柔韧性与透光性，使柔性太阳能电池具有高透光性的同时，还具有任意弯曲、重复折叠的优异性能。另外，还可以保护电池本体。
（2）本发明柔性太阳能电池的金属薄层的外侧表面裸露于透明保护材料外部，大大的方便其连接导线，使用效果好。
（3）本发明中，金属薄层和半导体氧化物膜层导热率差异大，便于二者在加热处理与分离工艺过程中分离。
（4）本发明柔性太阳能电池结构简单，柔韧性好；柔性太阳能电池的制备方法，制作工艺简单，利于推广。
附图说明
图1：本发明一种柔性太阳能电池加热分离前的柔性电池层状结构图；
图2：本发明一种柔性太阳能电池加热分离后的柔性电池层状结构图。
附图标记说明：
1—太阳能电池p-i-n层；2—金属栅线；3—金属薄层；4—半导体氧化物膜层；5—半导体材料薄层；6—透明保护材料。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步说明：
图2示出了一种柔性太阳能电池的层状结构示意图，包括柔性太阳能p-i-n层1和金属薄层3，柔性太阳能p-i-n层1与金属薄层3之间设置金属栅线2，在柔性太阳能p-i-n层1、金属栅线2、金属薄层3的外周均匀包裹柔性透明保护材料6，且金属薄层3的外侧表面裸露于外部。金属栅线2在柔细太阳能p-i-n层1与金属薄层3之间主要起导线的作用，柔性太阳能p-i-n层1、金属栅线2、金属薄层3构成太阳能电池的基本单元，金属薄层3的外侧表面裸露于外部主要是为了能够方便其连接导线。柔性透明保护材料6裹覆在性太阳能p-i-n层1、金属栅线2、金属薄层3的外部，不仅能够为其提供有效支撑，而且由于柔性透明保护材料6本身具有很好的柔韧性与透光性，相对于了金属材料或者有机材料的支撑，显著提高了柔性太阳能电池的柔韧性与透光性，使柔性太阳能电池具有高透光性的同时，还具有任意弯曲、重复折叠的优异性能。柔性电池采用的金属薄层3大多为钛箔片，不锈钢箔片，透明保护材料6主要是FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。
本发明中所述的柔性太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）选择半导体材料薄层5，在薄层的一面通过热处理或者化学沉积或者物理蒸发工艺加工半导体氧化物膜层4。半导体材料薄层5主要是在电池制作时作为衬底材料，同时在其一侧表面获得半导体氧化物膜层4。
（2）在半导体氧化物膜层4表面通过蒸镀或者化学浴或者离子蒸发或者电子沉积工艺获得导电的金属薄层3。导电的金属薄层3和半导体氧化物膜层4导热率不同，半导体氧化物膜层4和金属薄层3在加热时可以有效分层。
（3）在导电的金属薄层3上通过辊筒印刷或者丝网印刷的方式制作导电的金属栅线2。导电的金属薄层3和金属栅线2在电池结构中起导线作用，可减小电池输出电阻。
（4）在导电的金属栅线2上通过PECVD（等离子体增强化学气相沉积）或者沉积或者化学蒸镀或者印刷工艺制作柔性太阳能电池p-i-n膜层1，获得太阳能电池膜层集合体（1-5层）。
（5）将步骤（4）获得的太阳能电池膜层集合体，即1-5层，如图1所示，浸入透明保护材料6中，或者通过旋转涂覆等工艺，将透明保护材料6完全均匀地包覆在太阳能电池膜层集合体的外周；透明保护材料6具有很好的透光性和柔韧性，在提高电池的透光性的同时还可以保护电池本体，避免电池的弯曲而损坏，使电池具有更佳的柔韧性。
（6）通过加热处理与分离工艺，使导电的金属薄层3与半导体氧化物膜层4完全脱离，获得可以重复弯曲的透明柔性太阳能电池。由于导电的金属薄层3和半导体氧化物膜层4导热率不同，因此，在太阳能电池膜层集合体（膜层1-5）的外侧包裹了透明材料6后，对其进行加热后，即可将半导体氧化物膜层4、半导体材料薄层5从导电的金属薄层3上分离，从而使其从整个电池膜层集合体中完全脱离，进而获得可以重复弯曲的透明柔性太阳能电池。也就是说，如图2所示，分离后的太阳能电池的包括太阳能电池p-i-n层1、金属栅线2、金属薄层3，同时透明保护材料6包裹在太阳能电池p-i-n层1、金属栅线2、金属薄层3的外周，且金属薄层3的一面裸露在外部，用于电池外接导线。
本实施例中，半导体材料薄层5的厚度为0.5-1mm，半导体氧化物膜层4的厚度为100-1000nm。
本实施例中，所述步骤（6）中加热处理采用10-50℃条件下，水浴加热10-600s。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种柔性太阳能电池，包括太阳能电池p-i-n层（1）和金属薄层（3），太阳能电池p-i-n层（1）与金属薄层（3）之间设置金属栅线（2），其特征在于：太阳能电池p-i-n层（1）、金属栅线（2）和金属薄层（3）构成的太阳能电池的主体外周均匀包裹有柔性透明保护材料（6）以为太阳能电池的主体提供有效支撑，同时使太阳能电池具有高透光性、能任意弯曲、重复折叠；金属薄层（3）的外侧表面裸露于透明保护材料（6）外。
2.根据权利要求1所述的柔性太阳能电池，其特征在于：透明保护材料（6）的材质为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。
3.一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：选择半导体材料薄层（5），在半导体材料薄层（5）的一面加工制作半导体氧化物膜层（4）；
步骤2：在步骤1获得的半导体氧化物膜层（4）表面加工制作导电的金属薄层（3）；
步骤3：在步骤2获得的导电的金属薄层（3）上制作导电的金属栅线（2）；
步骤4：在步骤3获得的导电的金属栅线（2）上制作太阳能电池p-i-n层（1），最终得到太阳能电池膜层集合体；
步骤5：将步骤4中获得的太阳能电池膜层集合体浸入透明保护材料（6）中，或者通过旋转涂覆工艺，将透明保护材料（6）完全均匀地包覆在太阳能电池膜层集合体的外周；
步骤6：通过加热处理与分离工艺，使步骤5中包裹有透明保护材料（6）的太阳能电池膜层集合体的金属薄层（3）与半导体氧化物膜层（4）之间分离，获得由太阳能电池p-i-n层（1）、金属栅线（2）、金属薄层（3）和透明保护材料（6）构成的可以重复弯曲的透明柔性太阳能电池，金属薄层（3）的外侧表面裸露于透明保护材料（6）外。
4.根据权利要求3所述的一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤1中是通过化学沉积法或者物理蒸发工艺将半导体氧化物膜层（4）加工在半导体材料薄层（5）上。
5.根据权利要求3或4所述的一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤1中半导体材料薄层（5）的厚度为0.5-1mm，半导体氧化物膜层（4）的厚度为100-1000nm。
6.根据权利要求5所述的一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤2中是通过蒸镀或者化学浴将金属薄层（3）加工在半导体氧化物膜层（4）上。
7.根据权利要求3、4或6所述的一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤3中是通过辊筒印刷或者丝网印刷的方式将导电的金属栅线（2）制作在金属薄层（3）上。
8.根据权利要求7所述的一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤4中是通过沉积或者化学蒸镀或者印刷工艺将太阳能电池p-i-n层（1）制作在金属栅线（2）上。
9.根据权利要求3、4、6或8所述的一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤6中加热处理采用10-50℃条件下，水浴加热10-600s。
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