CN110776660A - 薄膜、薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

薄膜、薄膜太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例是关于一种薄膜、薄膜太阳能电池及其制备方法，涉及薄膜技术领域，主要解决的技术问题是覆盖膜层阻水性能较差。主要采用的技术方案为：薄膜的制备方法包括：采用涂覆工艺在树脂膜层的表面上形成第一覆盖层，使第一覆盖层将树脂膜层的表面的表孔封盖；采用沉积工艺在所述第一覆盖层上形成无机材料的第二覆盖层。相对于现有技术，本发明的实施例中，由于树脂膜层本身的表孔被第一覆盖层封盖，使得无机材料的第二覆盖层形成的无机薄膜层具备较好的阻水性能，薄膜、薄膜太阳能电池的阻水性能较高。

Description

薄膜、薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明实施例涉及薄膜技术领域，特别是涉及一种薄膜、薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
相较于常规的晶体硅太阳能，薄膜太阳能电池具有重量轻、厚度薄、可折叠等多种优点，且易于实现规模的商业化生产，是光伏发电高效的太阳能电池。
薄膜太阳能电池通常包括衬底层、电池核心层、覆盖膜层。其中，由于薄膜太阳能电池通常处于环境较为苛刻的环境当中，在风吹、雨淋、日晒的多种条件下，覆盖膜层需要其具有较高的透光效率的同时，还需要具有较好的阻水性、隔氧性等，其中，普通的薄膜太阳能电池的覆盖膜层的阻水性能要求需要达到了10-4g/m2/天以下。
其中，覆盖膜层有多层树脂构造而成，覆盖膜层的表层为含氟的透明聚合物，主要作用为增强、耐候、抗紫外、防潮、低介电常数、高击穿电压等。覆盖膜层的底层为表面处理后的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等树脂，主要作用为阻水、隔氧，表层和底层之间由粘结剂进行粘连。
覆盖膜层的底层处理过程为在PET或PEN的表面采用原子层沉积法(Atom LayerDeposition，简写ALD)沉积一薄层无机材料，以制备满足市场需求较薄的覆盖薄层，经测试后，较薄的覆盖薄层阻水性能小于10-4g/m2/天，无法满足超薄高阻水的性能要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种薄膜、薄膜太阳能电池及其制备方法，主要解决的技术问题是覆盖膜层阻水性能较差。
为达到上述目的，本发明实施例主要提供如下技术方案：
一方面，本发明的实施例提供一种薄膜的制备方法，包括：
采用涂覆工艺在树脂膜层的表面上形成第一覆盖层，使第一覆盖层将树脂膜层的表面的表孔封盖；
采用沉积工艺在所述第一覆盖层上形成无机材料的第二覆盖层。
本发明实施例的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
可选的，前述的制备方法，其中采用有机硅涂覆液覆盖所述树脂膜层的表面，对覆盖所述树脂膜层的表面的有机硅涂覆液烘干后形成第一覆盖层。
可选的，前述的制备方法，其中所述有机硅涂覆液由下述方法制备：
正硅酸乙酯TEOS、水、氯化氢和乙醇的混合物在50-80摄氏度下回流得到硅溶液；
将所述硅溶液溶于添加乳化剂的乙醇溶液制备有机硅涂覆液。
可选的，前述的制备方法，其中所述烘干的温度在60-120摄氏度，所述烘干的时间在1-5小时。
可选的，前述的制备方法，其中所述涂覆工艺为旋涂玻璃(Spin-on-Glass,简写SOG)工艺；
所述沉积工艺为原子层沉积(Atom Layer Deposition，简写ALD)工艺。
可选的，前述的制备方法，其中所述树脂膜层的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚丙烯(PP)或聚酰胺(PA)或聚对苯二甲酸四次甲基酯(PBT)或聚酰亚胺(PI)或尼龙；
所述第二覆盖层的无机材料为Al2O3或TiN或TiO2。
另一方面，本发明的实施例提供一种薄膜，包括：
树脂膜层；
第一覆盖层，封盖所述树脂膜层的表面的表孔；
无机材料的第二覆盖层，设置于所述第一覆盖层。
本发明实施例的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
可选的，前述的薄膜，其中所述第一覆盖层的厚度在10-1000nm；
所述第二覆盖层的厚度在10-100nm。
另一方面，本发明的实施例提供一种薄膜太阳能电池表面膜层，包括：
含氟膜，为含氟的聚合物；
上述的薄膜，所述薄膜与所述含氟膜贴合。
另一方面，本发明的实施例提供一种薄膜太阳能电池，包括：
上述的薄膜太阳能电池表面膜层；
衬底层；
电池核心层，位于所述薄膜太阳能电池表面膜层与所述衬底层之间，所述含氟膜外露。
借由上述技术方案，本发明技术方案提供的薄膜、薄膜太阳能电池及其制备方法至少具有下列优点：
本发明实施例提供的技术方案中，在对薄膜的制备方法中，在树脂膜层的表面上涂覆第一覆盖层，使第一覆盖层将树脂膜层的表面的表孔被封盖后，再采用沉积工艺在所述第一覆盖层上形成无机材料的第二覆盖层，现有技术中，由于原子层沉积法工艺的高保型性(高阶梯覆盖率)，该无机薄膜层并不能完全覆盖住树脂膜层本身的表孔，因而，最终表面改性树脂膜层的阻水性能并不好，相对于现有技术，本发明的实施例中，由于树脂膜层本身的表孔被第一覆盖层封盖，使得无机材料的第二覆盖层形成的无机薄膜层具备较好的阻水性能，薄膜、薄膜太阳能电池的阻水性能较高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明的实施例提供的一种薄膜的制备方法的流程示意图；
图2是本发明的实施例提供的一种薄膜的制备方法中树脂膜层的结构示意图；
图3是本发明的实施例提供的一种薄膜的制备方法中在树脂膜层的表面上形成第一覆盖层后的结构示意图；
图4是本发明的实施例提供的一种薄膜的制备方法中在第一覆盖层上形成无机材料的第二覆盖层后的结构示意图；
图5是本发明的实施例提供的一种薄膜太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明实施例目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明实施例提出的薄膜、薄膜太阳能电池及其制备方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
发明人发现，由于原子层沉积法工艺的高保型性(高阶梯覆盖率)，该无机薄膜层并不能完全覆盖住树脂膜层本身的表孔，因而，最终表面改性树脂膜层的阻水性能并不好，因而导致无法满足超薄高阻水的性能要求。
本实施例提供的一种薄膜的制备方法，先在树脂膜层的表面上涂覆形成第一覆盖层，使第一覆盖层将树脂膜层的表面的表孔被封盖，再进行无机材料的第二覆盖层的沉积工艺，由于树脂膜层的表面的表孔被封盖，在第一覆盖层上采用沉积工艺制备的无机材料的第二沉积层的阻水效果较好，提高了薄膜的阻水性。
图1至图4为本发明提供的薄膜的制备方法一实施例，请参阅图1至图4，本发明的一个实施例提出的薄膜的制备方法，包括：
采用涂覆工艺在树脂膜层10的表面上形成第一覆盖层20，使第一覆盖层20将树脂膜层10的表面的表孔11封盖；其中，树脂膜层的表面的表孔为微孔结构，其孔径大致在10-100nm，但不局限于此，微孔结构由于树脂膜层的材料特性而存在，具体的，树脂膜层的材质可为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚丙烯(PP)或聚酰胺(PA)或聚对苯二甲酸四次甲基酯(PBT)或聚酰亚胺(PI)或尼龙，但不局限于此。
采用沉积工艺在所述第一覆盖层20上形成无机材料的第二覆盖层30。
在对薄膜的制备方法中，在树脂膜层的表面上涂覆第一覆盖层，使第一覆盖层将树脂膜层的表面的表孔被封盖后，再采用沉积工艺在所述第一覆盖层上形成无机材料的第二覆盖层，现有技术中，由于原子层沉积法工艺的高保型性(高阶梯覆盖率)，该无机薄膜层并不能完全覆盖住树脂膜层本身的表孔，因而，最终表面改性树脂膜层的阻水性能并不好，相对于现有技术，本发明的实施例中，由于树脂膜层本身的表孔被第一覆盖层封盖，使得无机材料的第二覆盖层形成的无机薄膜层具备较好的阻水性能，薄膜、薄膜太阳能电池的阻水性能较高。
涂覆工艺可采用涂层液体涂覆于树脂膜层的表面，涂覆于树脂膜层的表面的涂层液体自然风干或烘干后，在树脂膜层的表面上形成第一覆盖层，以封盖表孔。在一些优选的实施例中，涂层液体可采用机硅涂覆液，采用有机硅涂覆液覆盖所述树脂膜层的表面，对覆盖所述树脂膜层的表面的有机硅涂覆液烘干后形成第一覆盖层。由于机硅涂覆液具有一定的流动性，可以很好的将树脂膜层的表面的表孔覆盖。具体的，为了防止树脂膜层烘干中保持较佳的本身物理特性，所述烘干的温度可在60-120摄氏度，所述烘干的时间在1-5小时，形成SiO2的第一覆盖层，在完成有机硅涂覆液烘干的情况下，可保持树脂膜层原本特性。其中，有机硅涂覆液由下述方法制备：正硅酸乙酯(TEOS)、水、氯化氢和乙醇的混合物在50-80摄氏度下回流得到硅溶液；将所述硅溶液溶于添加乳化剂的乙醇溶液制备有机硅涂覆液。乳化剂可采用泊洛沙姆(Poloxamer)等。具体的，涂覆工艺为旋涂玻璃工艺，上述的有机硅涂覆液作为有机硅旋涂液。
沉积工艺可以为原子层沉积工艺，其实施中，原子层沉积工艺的沉积温度50-150摄氏度，压力为10豪托-100托，沉积第二沉积层的厚度为10-100nm，沉积的无机材料为Al2O3或TiN或TiO2等。
本发明提供的实施例，一方面提高了薄膜整体的阻隔水汽性能，另一方面，涂覆工艺较原子层沉积工艺耗时短，成本低，可降低原子层沉积工艺需要沉积的膜层厚度，从而可以降低了整个制备薄膜的时间和成本。
本实施例提供的一种薄膜，先在树脂膜层的表面上设置第一覆盖层，使第一覆盖层将树脂膜层的表面的表孔封盖，无机材料的第二覆盖层设置于第一覆盖层，由于树脂膜层的表面的表孔被封盖，无机材料的第二覆盖层的阻水效果较好，提高了薄膜的阻水性。
本发明的一个实施例提出的薄膜包括：树脂膜层、第一覆盖层以及无机材料的第二覆盖层。第一覆盖层封盖所述树脂膜层的表面的表孔，无机材料的第二覆盖层设置于所述第一覆盖层。
无机材料的第二覆盖层、第一覆盖层、树脂膜层依次叠加，第一覆盖层树脂膜层的表面的表孔被第一覆盖层封盖，现有技术中，由于原子层沉积法工艺的高保型性(高阶梯覆盖率)，该无机薄膜层并不能完全覆盖住树脂膜层本身的表孔，因而，最终表面改性树脂膜层的阻水性能并不好，相对于现有技术，本发明的实施例中，由于树脂膜层本身的表孔被第一覆盖层封盖，使得无机材料的第二覆盖层形成的无机薄膜层具备较好的阻水性能，薄膜的阻水性能较高。
树脂膜层的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚丙烯(PP)或聚酰胺(PA)或聚对苯二甲酸四次甲基酯(PBT)或聚酰亚胺(PI)或尼龙；所述第一覆盖层的材料为SiO2等；所述无机材料为Al2O3或TiN或TiO2。所述第一覆盖层的厚度在10-1000nm；所述第二覆盖层的厚度在10-100nm。其中，本实施例中的薄膜可采用上述实施例薄膜的制备方法制备而成。
本发明的一个实施例提出的薄膜太阳能电池表面膜层包括：含氟膜以及薄膜。所述薄膜与所述含氟膜贴合。薄膜包括树脂膜层、第一覆盖层以及无机材料的第二覆盖层。第一覆盖层封盖所述树脂膜层的表面的表孔，无机材料的第二覆盖层设置于所述第一覆盖层。
其中，含氟膜主要具备透明、抗紫外、防潮、低介电常数、高击穿电压等特性。含氟膜以及薄膜之间可通过粘结剂黏连。具体地，含氟膜的材质为乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)或聚氟乙烯(PVF)或聚偏二氟乙烯(PVDF)，但不限于此。树脂膜层的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚丙烯(PP)或聚酰胺(PA)或聚对苯二甲酸四次甲基酯(PBT)或聚酰亚胺(PI)或尼龙；所述第一覆盖层的材料为SiO2等；所述无机材料为Al2O3或TiN或TiO2。所述第一覆盖层的厚度在10-1000nm；所述第二覆盖层的厚度在10-100nm。其中，本实施例中的薄膜可采用上述实施例薄膜的制备方法制备而成。
图5为本发明提供的薄膜太阳能电池一实施例，请参阅图5，本发明的一个实施例提出的薄膜太阳能电池包括：薄膜太阳能电池表面膜层110、衬底层120以及光电转化层130，光电转化层130位于所述薄膜太阳能电池表面膜层110与所述衬底层120之间，薄膜太阳能电池表面膜层可采用上述实施例的薄膜太阳能电池表面膜层，本发明的实施例不再赘述。所述含氟膜111外露，薄膜112位于含氟膜111和光电转化层130之间。
衬底层可采用不锈钢或铝导电材料等，光电转化层可采用铜铟镓硒(CIGS)化合物材料或铜铟硒(CIS)或砷化镓(GaAS)或碲化镉(CdTe)或钙钛矿等，但不局限于此。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的装置解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的装置中的部件进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的部件组合成一个部件，以及此外可以把它们分成多个子部件。除了这样的特征中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何装置的所有部件进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以它们的组合实现。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或组件。位于部件或组件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件或组件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的装置来实现。在列举了若干部件的权利要求中，这些部件中的若干个可以是通过同一个部件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
采用涂覆工艺在树脂膜层的表面上形成第一覆盖层，使第一覆盖层将树脂膜层的表面的表孔封盖；
采用沉积工艺在所述第一覆盖层上形成无机材料的第二覆盖层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
采用有机硅涂覆液覆盖所述树脂膜层的表面，对覆盖所述树脂膜层的表面的有机硅涂覆液烘干后形成第一覆盖层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
所述有机硅涂覆液由下述方法制备：
正硅酸乙酯TEOS、水、氯化氢和乙醇的混合物在50-80摄氏度下回流得到硅溶液；
将所述硅溶液溶于添加乳化剂的乙醇溶液制备有机硅涂覆液。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
所述烘干的温度在60-120摄氏度，所述烘干的时间在1-5小时。
5.根据权利要求1-4中任一所述的制备方法，其特征在于，
所述涂覆工艺为旋涂玻璃SOG工艺；
所述沉积工艺为原子层沉积ALD工艺。
6.根据权利要求1-4中任一所述的制备方法，其特征在于，
所述树脂膜层的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚萘二甲酸乙二醇酯PEN或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或聚丙烯PP或聚酰胺PA或聚对苯二甲酸四次甲基酯PBT或聚酰亚胺PI或尼龙；
所述第二覆盖层的无机材料为Al2O3或TiN或TiO2。
7.一种薄膜，其特征在于，包括：
树脂膜层；
第一覆盖层，封盖所述树脂膜层的表面的表孔；
无机材料的第二覆盖层，设置于所述第一覆盖层。
8.根据权利要求7所述的薄膜，其特征在于，
所述薄膜采用上述权利要求1-6中任一所述的方法制备；
所述第一覆盖层的厚度在10-1000nm；
所述第二覆盖层的厚度在10-100nm。
9.一种薄膜太阳能电池表面膜层，其特征在于，包括：
含氟膜，含氟膜的材质为乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE或聚氟乙烯PVF或聚偏二氟乙烯PVDF；
薄膜，所述薄膜采用上述权利要求7-8中任一所述的薄膜，所述薄膜与所述含氟膜贴合。
10.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包括：
权利要求9所述的薄膜太阳能电池表面膜层；
衬底层；
电池核心层，位于所述薄膜太阳能电池表面膜层与所述衬底层之间，所述含氟膜外露。
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