CN111244229B - 一种可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法，所述透明薄膜太阳能电池应用在柔性显示模组的显示面一侧用于为柔性显示模组提供电力，包括以下步骤：在刚性基板上制作柔性透明薄膜；在柔性透明薄膜上依次制作前电极、光伏吸收层、背电极和第一保护层，形成透明薄膜太阳能电池；在透明薄膜太阳能电池上贴附OCA胶层；将边缘无效区域切割并将柔性太阳能电池薄膜从刚性基板上面剥离下来形成可挠曲的透明薄膜太阳能电池大板；在柔性透明薄膜的外侧进行第二保护层的贴附，再进行单粒切割、绑定及功能与外观检查，该透明薄膜太阳能电池可应用在3D显示及柔性显示模组上，其柔性透明薄膜的制作更简单可靠。

Description

一种可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法
技术领域
本发明涉及透明薄膜太阳能电池的制作技术领域，更具体地涉及一种可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法。
背景技术
随着人们对能源的需求越来越高及薄膜太阳能电池技术的不断发展，将薄膜太阳能电池应用在显示模组（例如可穿戴电子产品）上，利用光转换电的原理给显示模组供电的技术得到越来越广泛的应用。
通常薄膜太阳能电池包括依次层叠设置的基板、前电极、光伏层和背电极，薄膜太阳能电池覆盖在显示模组上且薄膜太阳能电池的背电极一侧朝向显示模组设置。显示模组包括中间显示区和围绕显示区的非显示区，所述薄膜太阳能电池通常设置在非显示区并覆盖所述非显示区以提高光电转换效率，为了进一步提高光电转换效率，在对应所述显示模组的显示区范围，也可以将薄膜太阳能电池设置成栅格线的形式，使薄膜太阳能电池的显示区形成半透明状的光伏发电区。
然而，目前应用在显示模组中的薄膜太阳能电池多为刚性电池，应用在可挠曲的显示设备上实现曲面显示的柔性薄膜太阳能电池，尤其是柔性透明薄膜太阳能电池的技术还不够成熟，截至目前，还没有以可挠曲的透明薄膜太阳能电池应用在曲面显示装置或可挠曲显示装置中。另外，能够满足制程要求的柔性透明型薄膜太阳能电池的基板制作技术，是影响和限制此类产品发展的主要因素。目前多数CPI材料供应商只能提供透明的液体材料或者是只涂布了PI的柔性基板。这类柔性基板在应用于太阳能电池的制作后，只能通过激光剥离的方式（LLO: Laser Lift-Off ），才能将柔性器件从刚性基板上面完好的剥离下来，而激光剥离设备的价格非常昂贵，依基板的尺寸大小（G2.5~G10.5），价格从几千万到几亿元人民币不等。所以，目前只能通过激光方式才能制作的柔性器件，限制了此类产品的发展。鉴于此因，开发一种不需要使用激光技术，就能够将形成太阳能电池功能的柔性器件从刚性基板（一般是玻璃）上面剥离下来的技术，成为一种亟待解决的问题。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种无需激光剥离的方式就可进行可挠曲的透明薄膜太阳能电池的制作方法，即采用机械剥离（MLO: Mechanism Lift-Off）的方法。该透明薄膜太阳能电池可应用在3D显示及柔性显示模组上，其柔性透明薄膜的制作更简单可靠。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：一种可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法，所述透明薄膜太阳能电池应用在柔性显示模组的显示面一侧用于为柔性显示模组提供电力，包括以下步骤：
S1：在刚性基板上制作柔性透明薄膜；
S2：在柔性透明薄膜上依次制作前电极、光伏吸收层、背电极和第一保护层，形成透明薄膜太阳能电池；
S3：在透明薄膜太阳能电池上贴附OCA胶层；
S4：将边缘无效区域切割并将柔性太阳能电池薄膜从刚性基板上面剥离下来形成可挠曲的透明薄膜太阳能电池大板；
S5：在柔性透明薄膜的外侧进行第二保护层的贴附，再进行单粒切割、绑定及功能与外观检查。
优选地，在步骤S1中，当柔性透明薄膜的原材料以液态型式的透明材料制作时，柔性透明薄膜的制作方法包括提供一刚性基板，在刚性基板上制作离型层，将离型层的外表面边缘无效区域的表面能调整至水触角小于5°和将离型层的外表面中间有效区域的表面能调整至水触角在30°-50°的范围内，然后涂布液态的透明材料，将液态的透明材料固化形成柔性透明薄膜。
优选地，所述透明材料为无色透明的聚酰亚胺，厚度为5μm ~150μm，可见光波段为360nm~740nm，透过率平均值大于80%。
优选地，所述离型层为在刚性基板的表面形成厚度≤2μm的无机层或有机层。
优选地，在步骤S1中，当柔性透明薄膜的原材料为光学膜形式的CPI、COP、TAC、PC或PET等有机高分子材料时，所述柔性透明薄膜的制作方法包括提供一刚性基板，在刚性基板的表面进行耦合剂涂布和固化，然后进行等离子体处理，再将光学膜贴附在刚性基板上形成柔性透明薄膜。
优选地，在步骤S1与步骤S2之间还包括第一绝缘层的制作。
优选地，在步骤S2与步骤S3之间还包括金属辅助电极的制作，所述金属辅助电极与前电极连接并与背电极通过第二绝缘层绝缘隔开。
本发明具有以下优点：
1、本发明实施例的可挠曲的透明薄膜太阳能电池应用在柔性显示模组上可以形成在柔性显示模组的可视区或者边框区，还可以是边框区和可视区同时设有该透明薄膜太阳能电池，其形成在可视区时采用栅格状或者栅条状间隔设置，以对柔性显示模组的正常显示可以忽略不计；
2、在采用液态透明材料制作柔性透明薄膜时，通过将离型层的外表面边缘无效区域的表面能调整至水触角小于5°使得柔性太阳能电池薄膜与离型层的边缘密封性好，柔性透明薄膜在太阳能电池的制作过程中不会发生从刚性基板表面脱落的情况。通过将离型层的外表面中间有效区域的表面能调整至水触角在30°-50°，使得可以采用简单的机械剥离方式，将柔性太阳能电池薄膜从刚性基板上剥离下来，无需采用高昂的激光剥离设备。
附图说明
图1为本发明一种可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法，所述透明薄膜太阳能电池应用在柔性显示模组的显示面一侧用于为柔性显示模组提供电力，其可以形成在柔性显示模组的边框区，也可以形成在柔性显示模组的可视区，还可以是边框区和可视区同时设有该透明薄膜太阳能电池，其形成在可视区时优选采用栅格状或者栅条状间隔设置，以对柔性显示模组的正常显示可以忽略不计。
如图1所示，所述可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法包括以下步骤：
S1：在刚性基板上制作柔性透明薄膜。
在本步骤中，当柔性透明薄膜的原材料以液态型式的透明材料制作时，柔性透明薄膜的制作方法包括提供一刚性基板，在刚性基板上制作离型层，将离型层的外表面边缘无效区域的表面能调整至水触角小于5°和将离型层的外表面中间有效区域的表面能调整至水触角在30°-50°的范围内，然后涂布液态的透明材料，将液态的透明材料固化形成柔性透明薄膜。所述聚酰亚胺的涂布和固化可采用现有技术中的常规技术，本发明不作具体阐述和限定。
通过将离型层的外表面边缘无效区域的表面能调整至水触角小于5°使得柔性太阳能电池薄膜与离型层的边缘密封性好，柔性透明薄膜在太阳能电池的制作过程中不会发生从刚性基板上脱落的情况。通过将离型层的外表面中间有效区域的表面能调整至水触角在30°-50°使得可以采用简单的机械剥离方式，将柔性太阳能电池薄膜从刚性基板上剥离下来。
需要说明的是，所述中间有效区域是指所需产品在基板上面有序排版的区域，反之，所述边缘无效区域是指所需产品在基板上面有序排版之外的区域，其中所需产品是指柔性薄膜太阳能电池。
其中，离型层的制作采用涂布或镀膜或贴附等方式在刚性基板的表面形成厚度≤2μm的无机层或有机层。当采用无机材料时，优选以CVD方式在200℃~250℃下制作的SiNx，通过调整成膜速率使SiNx的表面能维持在30°~50°（水接触角）；当采用有机材料时，优选在液态PI固化温度下的热重损失＜1%的硅氧烷、改性亚克力、COP等有机高分子材料。
所述离型层的表面能处理方法采用包括但不限于真空等离子（或大气等离子）、UV照射等方法，分别对离型层的中间有效区域及边缘无效区域进行表面处理。优选地，先对离型层的边缘无效区域进行处理，再对中间有效区域进行处理。在对边缘无效区域进行处理时，需对中间有效区域进行遮蔽，以保证该中间有效区域的表面能维持在较低的水平（水接触角＞50°），然后再对中间有效区域进行处理时，则不再需要对边缘无效区域进行遮蔽。
在进行表面能处理的时候，如果先处理中间有效区域，再处理边缘无效区域时，只能使用遮蔽物对中间有效区域进行接触式覆盖，这样会导致中间有效区域受到污染，使表面能会变得不均。而先处理边缘无效区域（中间有效区域被遮蔽），再处理中间有效区域的时候，可以通过清洗的方式将覆盖过程中间受到污染的区域先清洁干净再进行等离子等表面处理，这样就不会使得中间有效区域受到二次污染，避免影响最终的剥离效果。
在本步骤中，当柔性透明薄膜的原材料为光学膜形式的CPI（透明聚酰亚胺）、COP（环烯烃聚合物）、TAC（三醋酸纤维）、PC（聚碳酸酯）或PET（聚对苯二甲酸）等有机高分子材料时，所述柔性透明薄膜的制作方法还可以是提供一刚性基板，在刚性基板的表面进行耦合剂涂布和固化，然后进行等离子体处理，然后再将光学膜贴附在刚性基板上，形成柔性透明薄膜。优选的，所述耦合剂在固化成膜后，表面具有较强的粘性（粘附力≥40gf/cm），但是在经过UV照射或Plasma处理后，表面粘附力下降到5gf/cm~10gf/cm。使用UV和/或Plasma对耦合剂处理前，需要使用“回”字型治具对刚性基板的四周进行遮蔽，遮蔽的宽度控制在5mm~20mm宽，优选的宽度设置在10mm宽，使得CPI等光学膜贴 附在耦合剂表面之后，边缘与刚性基板之间能够紧密粘结，在太阳能电池的制程中，CPI等光学膜不会与刚性基板分离，且在完成所有制程后，利用激光或机械的方式将耦合剂的被处理区（中间）和未处理区（边缘）的CPI切割分离成两个部分，然后再将形成太阳能电池的中间部分机械剥离下来，而不会损伤CPI等光学膜。
具体地，所述的以光学膜形式的透明材料来制作柔性透明薄膜时，光学膜形式的透明材料包括但不限于PI、COP（环烯烃聚合物）、TAC、PC或PET等有机高分子材料，要求：可见光波段为360nm~740nm，透过率平均值≥85%，CTE＜150ppm/℃（20℃~250℃），光学位相延迟量（Rth）≤150nm，且能够长时间耐受200℃的高温而不改变其各种性能。
S2：在柔性透明薄膜上依次制作前电极、光伏吸收层、背电极和第一保护层，形成透明薄膜太阳能电池。
其中前电极的表面还可以采用低浓度HCl或碱性物质制绒，形成凹凸不平的表面，以提高外界环境光和太阳光的吸收。所述光伏吸收层可以采用化学气相沉积成膜，其可以分为P层、I层和N层，通过不同CVD工艺依次沉积形成。
所述前电极采用TCO（透明导电氧化物），一般为AZO、ITO等材质的一种或组合。组合使用时，AZO与光伏吸收层接触以减少接触电阻，其中AZO 的成膜温度为200℃-350℃，成膜厚度为300nm-1000nm之间；ITO可以采用常温成膜，膜厚为50nm~300nm，并优选采用235℃及以上的温度退火以降低ITO电阻，并提高ITO的透过率。
所述背电极可以采用TCO或低电阻率的金属单质或合金等材质的一种或组合。背电极的成膜温度为40℃-180℃，膜厚采用200nm~500nm 。当所述背电极采用金属材料时，由于金属层的强反射作用，导致太阳光入射到金属层时反射强烈，影响视觉效果。为减小该现象，可以使用导电的氧化钼等黑化金属(金属氧化物)作为该背电极的衬底层，该衬底层设置在靠近光伏层一侧，金属层沉积在此衬底层表面。优选的，黑化金属厚度为45nm~80nm，可以有效减小该薄膜太阳能电池器件使用时的反光作用。所述金属背电极的成膜可以是物理气相沉积等镀膜方式，但不限于此。金属背电极成膜后再经过涂胶曝光成像并化学刻蚀。
成膜清洗后先对背电极和光伏吸收层进行成像，可以先选用刻蚀成像背电极；接着投入干刻机台，刻蚀光伏吸收层；再对前电极进行涂胶曝光成像后进行化学刻蚀，优选可以采用化学刻蚀的方式进行前电极的成像。
所述第一保护层用于保护前电极、光伏吸收层和背电极，可通过成膜或者涂布的方式形成，优选的可以采用CVD方式制作的SiNx和SiOx复合膜和/或涂布有机高分子光阻材料制作而成。
S3：在透明薄膜太阳能电池上贴附OCA胶层。
所述OCA胶层双面具有粘性，一面与透明薄膜太阳能电池粘接固定，另一面用于与柔性显示模组粘接固定。所述OCA胶层自带离型层，当透明薄膜太阳能电池与柔性显示模组不贴合时，所述OCA胶层的离型层起到保护OCA胶层的作用，还可以加强透明薄膜太阳能电池的强度，当需要将透明薄膜太阳能电池与柔性显示模组贴合时，撕下OCA胶层的离型层与显示模组贴合即可。
S4：将边缘无效区域切割，并将柔性太阳能电池薄膜从刚性基板上面剥离下来形成可挠曲的透明薄膜太阳能电池大板。
S5：在柔性透明薄膜的外侧进行第二保护层的贴附，再进行单粒切割、绑定及功能与外观检查。优选的，第二保护层可以是OCA、加热型减粘膜或UV减粘膜【受到足够的热量和UV能量之前，膜层的一面可以保持足够的粘性，当受到足够的热量和UV能量之后，具有粘附性的膜层变得粘附力非常微弱（小于5gf/cm），可以将其轻易剥离起来】。
作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤S1与步骤S2之间还包括第一绝缘层的制作，即先在柔性透明薄膜上制作第一绝缘层，再进行前电极、光伏吸收层、背电极的制作，所述第一绝缘层用于提高柔性透明薄膜的机械特性和光学特性，即可以提高前电极的陷光效应。
作为本发明实施例的进一步改进，所述步骤S2与步骤S3之间还包括金属辅助电极的制作，所述金属辅助电极与前电极连接并与背电极通过第二绝缘层绝缘隔开。
所述金属辅助电极的膜层结构可以是第一Mo层、金属层和第二Mo层的三明治结构，其中金属层可以采用Al，Ag，Au，Cu等导电性好的材质，第一Mo层可以提高中间金属层与前电极的粘附力，第二Mo层可以起到保护作用，所述第二Mo层同样可以使用活性不强的金属，其中所述金属辅助电极的成膜温度为40℃-230℃，厚度可以是第一Mo层为50nm，金属层为200nm-500nm，第二Mo层为50nm。当所述背电极采用TCO材料时，金属辅助电极的金属层由于强反射作用，导致太阳入射光面在光照射时反射光强烈，为减小该现象，可以使用氧化钼等黑化金属（金属氧化物）作为该金属辅助电极的衬底层，减小该薄膜太阳能电池器件使用时的反光作用。所述金属辅助电极的成膜可以是物理气相沉积等镀膜方式，但不限于此。金属辅助电极成膜后再经过涂胶曝光成像并化学刻蚀。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法，所述透明薄膜太阳能电池应用在柔性显示模组的显示面一侧用于为柔性显示模组提供电力，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在刚性基板上制作柔性透明薄膜；
S2：在柔性透明薄膜上依次制作前电极、光伏吸收层、背电极和第一保护层，形成透明薄膜太阳能电池；
S3：在透明薄膜太阳能电池上贴附OCA胶层；
S4：将边缘无效区域切割并将柔性太阳能电池薄膜从刚性基板上面剥离下来形成可挠曲的透明薄膜太阳能电池大板；
S5：在柔性透明薄膜的外侧进行第二保护层的贴附，再进行单粒切割、绑定及功能与外观检查；
在步骤S1中，当柔性透明薄膜的原材料以液态型式的透明材料制作时，柔性透明薄膜的制作方法包括提供一刚性基板，在刚性基板上制作离型层，将离型层的外表面边缘无效区域的表面能调整至水触角小于5°和将离型层的外表面中间有效区域的表面能调整至水触角在30°-50°的范围内，然后涂布液态的透明材料，将液态的透明材料固化形成柔性透明薄膜；
所述离型层为在刚性基板的表面形成厚度≤2μm的无机层或有机层。
2.如权利要求1所述的可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法，其特征在于，所述透明材料为无色透明的聚酰亚胺，厚度为5μm ~150μm，可见光波段为360nm~740nm，透过率平均值大于80%。
3.如权利要求1所述的可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法，其特征在于，在步骤S1与步骤S2之间还包括第一绝缘层的制作。
4.如权利要求1所述的可挠曲的透明薄膜太阳能电池制作方法，其特征在于，在步骤S2与步骤S3之间还包括金属辅助电极的制作，所述金属辅助电极与前电极连接并与背电极通过第二绝缘层绝缘隔开。
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