CN103840024B - 一种互联式柔性太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄膜太阳能电池组件及其制作方法，具体涉及一种互联式柔性太阳能电池及其制作方法。该柔性太阳能电池包括至少两个柔性太阳能电池单元，所述柔性太阳能电池单元包括依次层叠的柔性电池衬底、半导体材料层和受光层，所述受光层上设置有导电汇流条，相邻两个柔性太阳能电池单元中，一个柔性太阳能电池单元的受光层的边部与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底的边部交叠，所述受光层上的导电汇流条与柔性电池衬底之间设置导电联结结构。本发明还公开了所述互联式柔性太阳能电池的制作方法。本发明工艺操作简单,易形成欧姆接触，增加太阳能电池的受光面积，安全性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜太阳能电池组件及其制作方法，具体涉及一种互联式柔性太阳能电池及其制作方法。
背景技术
目前，已实现商业化应用的太阳能电池主要包括晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池；薄膜太阳能电池又包括硅基薄膜电池、铜铟镓硒薄膜电池、碲化镉薄膜电池、有机类薄膜电池等多种。薄膜太阳能电池的衬底可分为硬性衬底和柔性衬底，如玻璃衬底属于硬性衬底，不锈钢和聚酰亚胺衬底属于柔性衬底。
具有柔性衬底的太阳能电池本质上也分为两大类，一类是整体地使用激光或者机械的方法将整块电池分成串联或者并联的各个小电池单元，但是该类太阳能电池的衬底不是分离的；美国专利US6858461和US4795500中都分别公开了在衬底上用激光刻蚀TCO、光吸收层和金属背电极的方式获得串联或并联的电池单元的方法；但是，使用该种整体上分割成小电池单元的技术受制于激光或者机械的划线方法，比如激光对背电极的刻蚀会造成周边金属和吸收层熔化进而造成短路，机械划线方法造成的电池死区的增加会影响电池效率。另一类是离散的使用机械的方式将衬底分开，然后使用互联技术将小电池连接起来，形成整块组件，具有一定的可操作性，但也存在不易实现欧姆接触、工序复杂等缺陷；中国专利CN202332901U公开了一种内置的太阳能电池之间的柔性连接结构，通过柔性线材或者扁材来实现小电池单元的连接，其缺点在于线材和扁材与电池之间的欧姆接触很难实现，再如中国专利申请CN102386251A公开的一种柔性电池组件中，太阳能电池以聚酰亚胺为衬底，由于聚酰亚胺的不导电性，在形成导电连接时需要对衬底开孔，增加了工艺的操作复杂性。
因此，需要一种操作简单、可行的互联式柔性太阳能电池及其制作方法，实现柔性电池小单元之间的安全、方便互联。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种互联式柔性太阳能电池，采用导电联结结构，省去导线连接，克服现有技术中欧姆接触不易实现、工艺操作复杂等缺点。
本发明的第一个目的是由下述技术方案实现的：一种互联式柔性太阳能电池，包括至少两个柔性太阳能电池单元，所述柔性太阳能电池单元包括依次层叠的柔性电池衬底、半导体材料层和受光层，所述受光层上设置有导电汇流条，相邻两个柔性太阳能电池单元中，一个柔性太阳能电池单元的受光层的边部与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底的边部交叠，所述受光层上的导电汇流条与柔性电池衬底之间设置导电联结结构。
所述一个单元的受光层的边部与另一个单元的柔性电池衬底的边部交叠2 -15毫米。
所述导电汇流条是梳子状或类梳子状结构，包括细栅线和主栅线，所述细栅线与主栅线相交呈45-90度的角度，导电汇流条一般是金属材料，可以是银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金。
所述导电汇流条优选是梳子状结构，包括细栅线和主栅线，所述细栅线与主栅线的夹角优选为90度。
所述导电联结结构可以是导电金属凸点或导电金属绒面中的一种。
所述导电金属凸点可以是圆片状、方片状或半球状，其中金属可以是银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金；所述导电金属绒面一般是金属颗粒绒面，其中金属可以是银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金。
所述柔性电池衬底可以是不锈钢、铜、钛或铝；所述半导体材料层是多层薄膜，所述半导体材料可以是铜铟镓硒、碲化镉、硫化镉、非晶硅或微晶硅中的一种或几种；所述受光层可以是透明或半透明材料层，所述透明或半透明材料可以是氧化锌、掺铝氧化锌或掺硼氧化锌中的一种。
本发明的第二个目的在于提供一种互联式柔性太阳能电池制作方法，克服现有互联方法操作复杂、欧姆接触不易实现等缺点。
本发明的第二个目的是由下述技术方案实现的：一种互联式柔性太阳能电池的制作方法，包括如下步骤：
1）制备柔性太阳能电池单元，该柔性太阳能电池单元包括依次层叠的柔性电池衬底、半导体材料层和受光层；
2）在柔性太阳能电池单元的受光层上印制、涂制或者镀制金属材料，形成导电汇流条；
3）在柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底上印制、涂制或者镀制金属材料，形成导电联结结构；
4）将一个柔性太阳能电池单元上的带有导电汇流条的受光层的边部与另一个柔性太阳能电池单元上的带有导电联结结构的柔性电池衬底的边部交叠，并使导电汇流条与导电联结结构相接触；
5）对交叠在一起的两个柔性太阳能电池单元进行压合，压合在真空或非真空状态下进行，压合温度为20-200℃温度，压合压力为80kpa以下，形成导电汇流条和导电联结结构的紧密接触，即制得。
所述一个柔性太阳能电池单元上的带有导电汇流条的受光层的边部与另一个柔性太阳能电池单元上的带有导电联结结构的柔性电池衬底的边部交叠2-15毫米。
所述压合最好在超声波辅助下进行。
所述导电汇流条可以是梳子状或类梳子状结构，包括细栅线和主栅线，所述细栅线和主栅线相交呈45-90度的角度，导电汇流条的金属材料可以是银、铜、银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金。
所述导电汇流条优选是梳子状结构，包括细栅线和主栅线，所述细栅线和主栅线的夹角优选为90度。
所述导电联结结构可以是导电金属凸点或导电金属绒面，所述导电金属凸点可以是圆片状、方片状或半球状，其中金属可以是银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金；所述导电金属绒面一般是金属颗粒绒面，其中金属可以是银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金。
所述柔性电池衬底可以是不锈钢、铜、钛或铝；所述半导体材料层是多层薄膜，所述半导体材料可以是铜铟镓硒、碲化镉、硫化镉、非晶硅或微晶硅中的一种或几种；所述受光层可以是透明或半透明材料层，所述透明或半透明材料可以是氧化锌、掺铝氧化锌或掺硼氧化锌中的一种。
本发明的第二个目的还可以由下述技术方案实现：一种互联式柔性太阳能电池的制作方法，包括如下步骤：
1）制备柔性太阳能电池单元，该柔性太阳能电池单元包括依次层叠的柔性电池衬底、半导体材料层和受光层；
2）在柔性太阳能电池单元的受光层上印制或涂制或镀制金属材料，形成导电汇流条；
3）在上述形成的导电汇流条上印制或涂制或镀制金属材料，形成导电联结结构；
4）将一个柔性太阳能电池单元上的带有导电汇流条和导电联结结构的受光层的边部与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底的边部交叠，并使导电汇流条上的导电联结结构与柔性电池衬底相接触；
5）对交叠在一起的两个柔性太阳能电池单元进行压合，压合在真空或非真空状态下进行，压合温度为20-200℃，压合压力为80kpa以下，形成导电汇流条上的导电联结结构与柔性电池衬底间的紧密接触，即制得。
所述一个柔性太阳能电池单元上的带有导电汇流条和导电联结结构的受光层的边部与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底的边部交叠2-15毫米。
所述压合最好在超声波辅助下进行。
所述导电汇流条可以是梳子状或类梳子状结构，包括细栅线和主栅线，所述细栅线和主栅线相交呈45-90度的角度，导电汇流条的金属材料可以是银、铜、银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金。
所述导电汇流条优选是梳子状结构，包括细栅线和主栅线，所述细栅线和主栅线的夹角优选为90度。
所述导电联结结构可以是导电金属凸点或导电金属绒面，所述导电金属凸点可以是圆片状、方片状或半球状，其中金属可以是银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金；所述导电金属绒面一般是金属颗粒绒面，其中金属可以是银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金。
所述柔性电池衬底可以是不锈钢、铜、钛或铝；所述半导体材料层是多层薄膜，所述半导体材料可以是铜铟镓硒、碲化镉、硫化镉、非晶硅或微晶硅中的一种或几种；所述受光层可以是透明或半透明材料层，所述透明或半透明材料可以是氧化锌、掺铝氧化锌或掺硼氧化锌中的一种。
与现有技术相比，本发明的互联式柔性太阳能电池及其制作方法具有如下优点：
（l）本发明的柔性太阳能电池的互联结构不需要额外的导线对柔性太阳能电池进行连接，简化工艺，操作简单；
（2）采用柔性太阳能电池单元间交叠的方式，可增加太阳能电池组件的受光面积；
（3）通过在受光层上印制或涂制导电汇流条，实现两者之间的欧姆接触；
（4）通过设置导电联结结构的方式，增强了相邻两个柔性太阳能电池单元的导电接触。
附图说明
图1 是本发明的互联式柔性太阳能电池的主视结构示意图；
图2是本发明的互联式柔性太阳能电池的右视结构示意图；
图3是本发明的柔性太阳能电池单元的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但不限于本实施例的内容。
实施例1
参见图1，图2和图3，一种互联式柔性太阳能电池，包括三个柔性太阳能电池单元，所述柔性太阳能电池单元包括柔性电池衬底101、半导体材料层103和受光层102，所述受光层102上设置有导电汇流条104，相邻两个柔性太阳能电池单元中，一个柔性太阳能电池单元的受光层102的边部与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底101的边部交叠，所述受光层102上的导电汇流条104与柔性电池衬底101之间设置导电联结结构105。
本实施例中，所述导电汇流条104是梳子状结构，包括细栅线1041和主栅线1042，所述细栅线1041的一端与主栅线1042相交呈90度，所述细栅线1041包括10条相互平行的细栅线，细栅线1041宽度为0.1毫米，平行的细栅线相互间隔2毫米，所述主栅线1042宽度为2毫米，主栅线1042边缘距离与其平行的受光层102边部1毫米，本实施例的导电汇流条104的材料为铜;所述导电汇流条104的作用是收集柔性太阳能电池单元产生的电流。
本实施例中，所述导电联结结构105是平行于柔性电池衬底101的两列导电金属凸点，所述导电金属凸点间相互间距1毫米；本实施例中导电金属凸点直径为0.8毫米，导电金属凸点是高度0.1mm的圆片状凸点，导电金属是铜。
本实施例中，一个柔性太阳能电池单元的受光层102与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底101交叠2毫米；本实施例中，导电联结结构105与导电汇流条104的主栅线1042相接触，导电汇流条104与导电联结结构105之间、导电联结结构105与柔性电池衬底101之间的接触是面接触。
本实施例中，柔性太阳能电池单元采用现有技术制备而得到，所述柔性电池衬底101是不锈钢材料，所述半导体材料层是铜铟镓硒和硫化镉的多层薄膜，所述受光层102是氧化锌和掺硼氧化锌的多层薄膜。
实施例2
本实施例与实施例1中相同或相似的技术内容在本实施例中不再一一叙述。
本实施例中，所述导电汇流条104是类梳子状结构，包括细栅线1041和主栅线1042，所述细栅线1041和主栅线1042相交呈45度的角度，所述细栅线1041包括至少两条相互平行的细栅线，细栅线1041宽度为0.2毫米，平行的细栅线相互间隔3毫米，所述主栅线1042宽度为4毫米，主栅线1042边缘距离与其平行的受光层102边部10毫米，本实施例的导电汇流条104的材料是银。
本实施例中，一个柔性太阳能电池单元的受光层102与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底101交叠15毫米。
实施例3
本实施例与实施例1中相同或相似的技术内容在本实施例中不再一一叙述。
本实施例中，柔性太阳能电池单元的结构与实施例1中相同；本实施例中，所述导电联结结构105是平行于柔性电池衬底的一列导电金属绒面，本实施例中，所述导电金属绒面是金属铜颗粒构成的绒面，金属铜颗粒的直径为10微米，金属绒面的宽度为15毫米。
实施例4
参见图1，图2和图3，一种互联式柔性太阳能电池的制作方法，包括如下步骤：
1）制备柔性太阳能电池单元，该柔性太阳能电池单元包括柔性电池衬底101、半导体材料层103和受光层102；本实施例中，所述柔性电池衬底101选用不锈钢材料，所述半导体材料层103是铜铟镓硒和硫化镉的多层薄膜，所述受光层102是氧化锌和掺硼氧化锌的多层薄膜；所述柔性太阳能电池单元的制备是采用现有技术通过磁控溅射的方式在柔性电池衬底上先后形成半导体材料层103和受光层102；
2）在柔性太阳能电池单元的受光层102上采用丝网印刷方式印制导电汇流条104；本实施例中所形成的导电汇流条104是梳子状结构，包括细栅线1041和主栅线1042，所述细栅线1041与主栅线1042相交呈90度，所述细栅线1041包括15条相互平行的细栅线，细栅线1041宽度为0.15毫米，平行的细栅线1041相互间隔1.5毫米，所述主栅线1042宽度为3毫米，主栅线1042距离与其平行的受光层102边部5毫米，本实施例的导电汇流条104是金属材料铜；所述丝网印刷所采用的印版与所形成的导电汇流条104的形状相对应；
3）在柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底上采用丝网印刷方式印制金属材料，形成导电联结结构105；本实施例中形成的导电联结结构105是平行于柔性电池衬底101的两列导电金属凸点，导电金属凸点间相互间距5毫米，本实施例中导电金属凸点直径是1毫米，导电金属凸点是高度0.5毫米的圆片状凸点，导电金属是铜；所述丝网印刷所采用的印版与所形成的导电金属凸点的形状相对应；
4）将一个柔性太阳能电池单元上的带有导电汇流条104的受光层102与另一个柔性太阳能电池单元上的带有导电联结结构105的柔性电池衬底101交叠，并使导电汇流条104的主栅线1042和导电联结结构105相接触；本实施例中受光层102与柔性电池衬底101的交叠尺寸为8毫米；
5）对交叠在一起的两个柔性太阳能电池单元进行压合，形成导电汇流条104和导电联结结构105的紧密接触，本实施例中导电联结结构105是导电金属凸点，导电汇流条104与导电金属凸点之间形成面接触；压合在真空状态、常温（20℃）下进行，压合压力为80kpa,经过压合处理后即得。
实施例5
本实施例与实施例4中相同或相似的技术内容在本实施例中不再一一叙述。
本实施例中，所述压合在非真空状态下进行，压合温度为200℃，压合压力为20kpa，压合时采用超声波辅助。
实施例6
本实施例与实施例4或5中相同或相似的技术内容在本实施例中不再一一叙述。
本实施例中，与实施例4或5的柔性太阳能电池的制备方法的步骤基本相同，区别在于步骤（3）中是在柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底101上采用喷涂方式形成导电联结结构105；本实施例中形成的导电联结结构105是通过喷涂金属铜颗粒的方式形成平行于柔性电池衬底101的一列导电金属绒面，金属铜颗粒的直径为100微米，金属绒面的宽度为30毫米；喷涂铜颗粒所采用的模板与所形成的导电金属绒面的形状一致。
实施例7
一种互联式柔性太阳能电池的制作方法，包括如下步骤：
1）制备柔性太阳能电池单元，该柔性太阳能电池单元包括依次层叠的柔性电池衬底101、半导体材料层103和受光层102；本实施例中，所述柔性电池衬底101选用不锈钢材料，所述半导体材料层103是铜铟镓硒和硫化镉的多层薄膜，所述受光层102是氧化锌和掺硼氧化锌的多层薄膜；所述柔性太阳能电池单元的制备是采用现有技术通过磁控溅射的方式在柔性电池衬底101上先后形成半导体材料层103和受光层102；
2）在柔性太阳能电池单元的受光层102上采用丝网印刷方式印制导电汇流条；本实施例中所形成的导电汇流条104是类梳子状结构，包括细栅线1041和主栅线1042，所述细栅线1041与主栅线1042相交呈45度，所述细栅线1041包括30条相互平行的细栅线，细栅线1041宽度为0.2毫米，平行的细栅线1041相互间隔3毫米，所述主栅线1042宽度为4毫米，主栅线1042距离与其平行的受光层102边部1毫米，本实施例的导电汇流条104是金属材料铜；所述丝网印刷所采用的印版与所形成的导电汇流条104的形状相对应；
3）在上述形成的导电汇流条104的上采用喷涂方式涂制金属材料，形成导电联结结构105；本实施例中形成的导电联结结构105是通过喷涂金属铜颗粒的方式形成平行于柔性电池衬底的一列导电金属绒面，金属铜颗粒的直径为50微米，金属绒面的宽度为25毫米；喷涂铜颗粒所采用的模板与所形成的导电金属绒面的形状一致；本实施的导电金属绒面设置在导电汇流条的主栅线1042上。
4）将一个柔性太阳能电池单元上的带有导电汇流条104和导电联结结构105（本实施例中导电联结结构是导电金属绒面）的受光层102的边部与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底101的边部交叠，并使导电汇流条104上的导电联结结构105（本实施例中导电联结结构是导电金属绒面）与柔性电池衬底101相接触；受光层102与柔性电池衬底101的交叠尺寸为5毫米。
5）对交叠在一起的两个柔性太阳能电池单元进行压合，形成柔性电池衬底101和导电联结结构105（本实施例中导电联结结构是导电金属绒面）的紧密接触，本实施例中柔性电池衬底101与导电金属绒面之间形成面接触；压合在真空状态、常温下进行，压合压力为50kpa,经过压合处理后即制得。
Claims (9)
1.一种互联式柔性太阳能电池，包括至少两个柔性太阳能电池单元，所述柔性太阳能电池单元包括依次层叠的柔性电池衬底、半导体材料层和受光层，其特征在于，所述受光层上设置有导电汇流条，相邻两个柔性太阳能电池单元中，一个柔性太阳能电池单元的受光层的边部与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底的边部交叠，所述受光层上的导电汇流条与柔性电池衬底之间设置导电联结结构;所述导电联结结构是平行于所述柔性电池衬底的两列导电金属凸点，其中，所述金属是银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金。
2.根据权利要求1所述的互联式柔性太阳能电池，其特征在于，所述一个柔性太阳能电池单元的受光层的边部与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底的边部交叠2-15毫米。
3.根据权利要求1或2所述的互联式柔性太阳能电池，其特征在于，所述导电汇流条是梳子状或类梳子状结构，包括细栅线和主栅线，所述细栅线与主栅线相交呈45-90度的角度，导电汇流条的材料是银、铜、金、铂、钯、钛或铝中的一种或几种的合金。
4.根据权利要求1或2所述的互联式柔性太阳能电池，其特征在于，所述导电汇流条是梳子状结构，包括细栅线和主栅线，所述细栅线与主栅线相交呈90度的角度。
5.根据权利要求1所述的互联式柔性太阳能电池，其特征在于，所述导电金属凸点是圆片状、方片状或半球状。
6.根据权利要求1、2或5中任意一项所述的互联式柔性太阳能电池，其特征在于，所述柔性电池衬底是不锈钢、铜、钛或铝；所述半导体材料层是多层薄膜，所述半导体材料是铜铟镓硒、碲化镉、硫化镉、非晶硅或微晶硅中的一种或几种；所述受光层是透明或半透明材料层，所述透明或半透明材料是掺铝氧化锌或掺硼氧化锌中的一种，或是氧化锌和掺硼氧化锌的多层薄膜。
7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的互联式柔性太阳能电池的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1）制备柔性太阳能电池单元，该柔性太阳能电池单元包括依次层叠的柔性电池衬底、半导体材料层和受光层；
2）在柔性太阳能电池单元的受光层上印制、涂制或者镀制金属材料，形成导电汇流条；
3）在柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底上采用丝网印刷方式印制金属材料，形成导电联结结构，所述丝网印刷所采用的印版与所形成的导电金属凸点的形状相对应；
4）将一个柔性太阳能电池单元上的带有导电汇流条的受光层的边部与另一个柔性太阳能电池单元上的带有导电联结结构的柔性电池衬底的边部交叠，并使导电汇流条与导电联结结构相接触；
5）对交叠在一起的两个柔性太阳能电池单元进行压合，压合温度为20-200℃温度，压合压力为80kpa以下，形成导电汇流条和导电联结结构的紧密接触，即制得。
8.根据权利要求7所述的互联式柔性太阳能电池的制作方法，其特征在于所述压合在超声波辅助下进行。
9.一种如权利要求1-6中任意一项所述的互联式柔性太阳能电池的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1）制备柔性太阳能电池单元，该柔性太阳能电池单元包括依次层叠的柔性电池衬底、半导体材料层和受光层；
2）在柔性太阳能电池单元的受光层上印制或涂制或镀制金属材料，形成导电汇流条；
3）在上述形成的导电汇流条上采用丝网印刷方式印制金属材料，形成导电联结结构，所述丝网印刷所采用的印版与所形成的导电金属凸点的形状相对应；
4）将一个柔性太阳能电池单元上的带有导电汇流条和导电联结结构的受光层的边部与另一个柔性太阳能电池单元的柔性电池衬底的边部交叠，并使导电汇流条上的导电联结结构与柔性电池衬底相接触；
5）对交叠在一起的两个柔性太阳能电池单元进行压合，压合温度为20-200℃，压合压力为80kpa以下，形成导电汇流条上的导电联结结构与柔性电池衬底间的紧密接触，即制得。
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