CN115172516A - 一种太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池的制备方法，包括：制作一中间膜层，所述中间膜层具有镂空区域；将所述中间膜层粘贴在衬底基板上，所述衬底基板上制作有第一电极图案，所述第一电极图案从所述中间膜层的镂空区域中露出；制作一光伏膜层，所述光伏膜层包括图案区域和外围区域，所述图案区域覆盖于从所述镂空区域中露出的第一电极图案上，所述外围区域覆盖于所述中间膜层上；将所述中间膜层撕去，留下所述光伏膜层的图案区域在所述第一电极图案上形成所述太阳能电池所需的光伏图案；在所述光伏图案上制作第二电极图案。该制备方法对光伏膜层进行图案化的效率高，而且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术，尤其涉及一种太阳能电池的制备方法。
背景技术
能源是人类社会存在和发展的物质基础，化石燃料的大量使用也带来了一系列的问题，如能源危机和环境污染，促使人类探寻新的、清洁、安全、可再生的能源势在必行。太阳能电池产生的能量为化石燃料提供了可再生、环保和易于获得的替代品。
现有的一些智能终端，如智能手表、智能手机等，为了提高电池续航能力，往往集成有太阳能电池，智能终端中集成的太阳能电池需要制作成各种所需的光伏图案。
在现有的太阳能电池图案化技术中，光伏膜层大多采用刻蚀工艺进行图案化，如专利号为CN201810679387.6的中国专利中公开了一种有机太阳能电池的制备方法，包括：步骤一：对以透明材料为基板、并在所述基板上刻蚀有条状透明导电氧化物薄膜的衬底进行清洗烘干待用，将所述基板上的透明导电氧化物薄膜作为阴极层；步骤二：采用湿法在所述阴极层上形成具有电子传输性能的阴极修饰层；步骤三：采用湿法在所述阴极修饰层上沉积电子给体材料与电子受体材料的混合物，形成光活性层；步骤四：采用湿法在所述光活性层上形成具有空穴传输性能的阳极修饰层；步骤五：采用湿法在所述阳极层上固化一层导电浆料，形成阳极层；步骤六：退火处理，得到有机太阳能电池。
但是，不管激光刻蚀，还是湿法刻蚀，采用刻蚀工艺图案化光伏膜层不仅效率低下，而且刻蚀设备成本高。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种太阳能电池的制备方法，对光伏膜层进行图案化的效率高，而且成本低。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤100：按照太阳能电池所需的光伏图案，制作一中间膜层，所述中间膜层具有与所述太阳能电池所需的光伏图案相对应的镂空区域；
步骤200：将所述中间膜层粘贴在衬底基板上，所述衬底基板上制作有与所述太阳能电池所需的光伏图案相对应的第一电极图案，所述第一电极图案从所述中间膜层的镂空区域中露出；
步骤300：制作一光伏膜层，所述光伏膜层包括图案区域和外围区域，所述图案区域覆盖于从所述镂空区域中露出的第一电极图案上，所述外围区域覆盖于所述中间膜层上；
步骤400：将所述中间膜层撕去，利用所述中间膜层带走所述光伏膜层的外围区域，而留下所述光伏膜层的图案区域在所述第一电极图案上形成所述太阳能电池所需的光伏图案；
步骤500：在所述光伏图案上制作与所述太阳能电池所需的光伏图案相对应的第二电极图案。
进一步地，所述光伏膜层包括在所述中间膜层上依次制作的第一电极修饰层、光活性层和第二电极修饰层，在步骤400中，所述第一电极修饰层、光活性层和第二电极修饰层分别形成与所述太阳能电池所需的光伏图案相对应的第一电极修饰图案、光活性图案和第二电极修饰图案，所述第一电极修饰图案、光活性图案和第二电极修饰图案构成所述光伏图案。
进一步地，若所述第一电极图案为阳极图案，则所述第一电极修饰层为空穴传输层，所述第二电极修饰层为电子传输层，若所述第一电极图案为阴极图案，则所述第一电极修饰层为电子传输层，所述第二电极修饰层为空穴传输层。
进一步地，所述光活性层为有机活性层或无机活性层。
进一步地，所述光活性层是由一种或多种有机聚合物材料形成的功能膜层。
进一步地，所述光活性层是由一种或多种无机半导体材料形成的功能膜层。
进一步地，所述中间膜层朝向所述衬底基板的表面上设有黏胶层，所述中间膜层通过其表面上的黏胶层与所述衬底基板相粘贴。
进一步地，所述黏胶层的原始粘着性在0-50gf/25mm之间。
进一步地，所述黏胶层的粘性经弱化处理，弱化处理后的粘着性在0-50gf/25mm之间。
进一步地，所述中间膜层表面上的黏胶层的粘着性可变。
本发明具有如下有益效果：该制备方法通过带镂空图案的中间膜层来制作太阳能电池的光伏图案，先将所述光伏膜层的第一电极修饰层、光活性层和第二电极修饰层依次形成于所述中间膜层上，并覆盖所述中间膜层的镂空图案，然后通过撕膜方式利用所述中间膜层将所述第一电极修饰层、光活性层和第二电极修饰层的外围区域同时带走，仅留下所述第一电极修饰层、光活性层和第二电极修饰层的图案区域形成所述光伏图案，对所述光伏膜层进行图案化的效率高，而且成本低。
附图说明
图1为本发明提供的太阳能电池的制备方法的步骤框图；
图2为本发明提供的太阳能电池的半成品结构图一；
图3为本发明提供的太阳能电池的半成品结构图二；
图4为本发明提供的太阳能电池的半成品结构图三；
图5为本发明提供的太阳能电池的结构图。
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。
实施例一
如图1所示，一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤100：按照太阳能电池所需的光伏图案40，制作如图2所示的一中间膜层3，所述中间膜层3具有与所述太阳能电池所需的光伏图案40相对应的镂空区域31。
在该步骤100中，所述中间膜层3可以但不限于为PET膜、PC膜、COP膜、PI膜等柔性膜材，厚度在10-1000微米之间，可以但不限于通过激光切割、模具切割、刀轮切割等切割方式形成所述镂空区域31。
所述镂空图案可以但不限于为圆形、矩形、环形、椭圆形等常规形状，也可以采用花瓣形、闪电形、辐射形等异形形状，具体以所述太阳能电池的光伏图案40需求而定，图案的大小和个数不作限制。
步骤200：将所述中间膜层3粘贴在衬底基板1上，所述衬底基板1上制作有与所述太阳能电池所需的光伏图案40相对应的第一电极图案2，所述第一电极图案2从所述中间膜层3的镂空区域31中露出。
在该步骤200中，所述中间膜层3朝向所述衬底基板1的表面上设有黏胶层，所述中间膜层3通过其表面上的黏胶层与所述衬底基板1相粘贴，粘贴时，通过视觉对位系统将所述中间膜层3的镂空区域31与所述衬底基板1上的第一电极图案2对准重合。
优选地，所述中间膜层3的镂空区域31小于所述第一电极图案2，使得当所述中间膜层3粘贴于所述衬底基板1上时，所述第一电极图案2的边缘被所述中间膜层3所覆盖保护。
所述第一电极图案2采用透明电极图案，材质可以但不限于为ITO、TCO等，其制作方法包括如下步骤：
步骤101：在所述衬底基板1上制作一第一电极膜层。
在该步骤101中，所述第一电极膜层可以但不限于采用喷涂、刮涂、旋涂、网版印刷、真空蒸镀、磁控溅射或气相沉积等方式将电极材料均匀地制作于所述衬底基板1的表面上。
步骤102：按照所述太阳能电池所需的光伏图案40，对所述第一电极膜层进行刻蚀，使之形成所述第一电极图案2。
在该步骤102中，对所述第一电极膜层进行刻蚀的方式可以但不限于为激光刻蚀、湿法刻蚀、干法刻蚀或黄光刻蚀等。
所述衬底基板1可以为刚性基板或柔性基板，刚性基板可以但不限于为玻璃基板、蓝宝石基板等，柔性基板可以但不限于为PET膜、CPI膜、亚力克膜等。
步骤300：制作如图3所示，一光伏膜层4，所述光伏膜层4包括图案区域和外围区域，所述图案区域覆盖于从所述镂空区域31中露出的第一电极图案2上，所述外围区域覆盖于所述中间膜层3上。
在该步骤300中，所述光伏膜层4包括在所述中间膜层3上依次制作的第一电极修饰层41、光活性层42和第二电极修饰层43，若所述第一电极图案2为阳极图案，则所述第一电极修饰层41为空穴传输层，所述第二电极修饰层43为电子传输层，若所述第一电极图案2为阴极图案，则所述第一电极修饰层41为电子传输层，所述第二电极修饰层43为空穴传输层。
所述第一电极修饰层41、光活性层42和第二电极修饰层43通过将相应的功能材料依次采用喷涂、刮涂、旋涂、网版印刷、真空蒸镀、磁控溅射或气相沉积等方式制作形成相应的功能膜层。所述第一电极修饰层41、光活性层42和第二电极修饰层43均包括所述图案区域和外围区域，所述图案区域对应于从所述镂空区域31中露出的第一电极图案2，所述外围区域对应于所述中间膜层3。
所述光活性层42优选为有机光活性层42，是由一种或多种有机聚合物材料形成的功能膜层，其材质可以为基于聚苯乙烯撑的有机聚合物、富勒烯衍生物、D-A共聚物等中的一种或多种有机聚合物材料，或含铜、铟、镓、硒、铅、镉等中的一种或多种金属元素的有机聚合物材料，或者基于聚苯乙烯撑、噻吩、二噻吩、环戊烷并二噻吩、并二噻吩等单元形成的有机聚合物材料，采用喷涂、刮涂、旋涂、网版印刷或真空蒸镀等方式制作成膜。
所述光活性层42也可采用无机光活性层42，是由一种或多种无机半导体材料形成的功能膜层，其材质可以为晶体硅，非晶硅，微晶硅等中的一种或多种硅系无机材料，或者含有铜、铟、镓和硒等中的一种或多种金属元素的卤化物溶液或金属化合物溶液，或者由金属镓和高纯GaAs砷化镓等高温溶解形成的饱和溶液，或者钙钛矿溶液，或者含有镉元素和碲元素等的水溶液，采用气相沉积、涂布、真空蒸镀、物理溅射等方式制作成膜，具体不作限制。
步骤400：将所述中间膜层3撕去，利用所述中间膜层3带走所述光伏膜层4的外围区域，如图4所示，而留下所述光伏膜层4的图案区域在所述第一电极图案2上形成所述太阳能电池所需的光伏图案40。
在该步骤400中，由于所述光伏膜层4的外围区域附着在所述中间膜层3上，而所述光伏膜层4的图案区域附着在所述第一电极图案2上，在撕去所述中间膜层3时，所述光伏膜层4的外围区域会被所述中间膜层3一同带起，而所述光伏膜层4的厚度很小，所述外围区域对所述图案区域的拉力小于所述第一电极图案2对所述图案区域的附着力，故受到所述中间膜层3的拉力作用及所述第一电极图案2的附着力相作用，所述光伏膜层4的外围区域和图案区域之间的交接处会发生断裂，导致所述光伏膜层4的外围区域和图案区域相分离，分离后的外围区域随所述中间膜层3被去除，分离后的图案区域留在所述第一电极图案2上形成所述光伏图案40。
所述第一电极修饰层41、光活性层42和第二电极修饰层43的图案区域均留在所述第一电极图案2上分别形成与所述太阳能电池所需的光伏图案40相对应的第一电极修饰图案401、光活性图案402和第二电极修饰图案403，所述第一电极修饰图案401、光活性图案402和第二电极修饰图案403构成所述光伏图案40。
所述光伏膜层4的厚度为10-10000纳米之间，以在撕去所述中间膜层3时能够使其图案区域和外围区域相断开。
步骤500：如图5所示，在所述光伏图案40上制作与所述太阳能电池所需的光伏图案40相对应的第二电极图案5。
在该步骤500中，若所述第一电极图案2为阳极图案，则所述第二电极图案5为阴极图案，若所述第一电极图案2为阴极图案，则所述第二电极图案5为阳极图案。
所述第二电极图案5采用金属电极图案，材质可以但不限于为金、银、铝等金属，或者包含金、银、铝等的合金或金属氧化物，其制作方法包括如下步骤：
步骤501：在所述衬底基板1上制作一第二电极膜层，所述第二电极膜层覆盖所述光伏图案40。
在该步骤501中，所述第二电极膜层可以但不限于采用喷涂、刮涂、旋涂、网版印刷、真空蒸镀、磁控溅射或气相沉积等方式将电极材料均匀地制作于所述衬底基板1的表面上。
步骤502：按照所述太阳能电池所需的光伏图案40，对所述第二电极膜层进行刻蚀，使之形成所述第二电极图案5。
在该步骤502中，对所述第二电极膜层进行刻蚀的方式可以但不限于为激光刻蚀、湿法刻蚀、干法刻蚀或黄光刻蚀等。
该制备方法通过带镂空图案的中间膜层3来制作太阳能电池的光伏图案40，先将所述光伏膜层4的第一电极修饰层41、光活性层42和第二电极修饰层43依次形成于所述中间膜层3上，并覆盖所述中间膜层3的镂空图案，然后通过撕膜方式利用所述中间膜层3将所述第一电极修饰层41、光活性层42和第二电极修饰层43的外围区域同时带走，仅留下所述第一电极修饰层41、光活性层42和第二电极修饰层43的图案区域形成所述光伏图案40，对所述光伏膜层4进行图案化的效率高，成本低。
实施例二
作为实施例一的优化方案，为了在撕去所述中间膜层3时，防止所述中间膜层3对所述第一电极图案2造成损害，故本实施例中的中间膜层3表面上的黏胶层的原始粘着性在0-50gf/25mm之间，如低粘性、易剥离的亚力克胶或硅胶类黏胶，或者所述黏胶层的粘性经弱化处理，弱化处理后的粘着性在0-50gf/25mm之间，如UV减粘胶、低温解离胶等，弱化处理方式可以但不限于为光处理、电处理、等离子处、低温处理等。
实施例三
作为实施例一的优化方案，为了在撕去所述中间膜层3时，防止所述中间膜层3对所述第一电极图案2造成损害，故本实施例中的中间膜层3表面上的黏胶层的粘着性可变。
所述黏胶层的粘着性可变是指其粘着性随外部条件变化而显著变化，例如随外部条件变化，所述黏胶层的粘着性变化超过30%，所述黏胶层的材质包括但不限于热敏胶或光敏胶。其中，热敏胶的粘着性会随温度的变化而变化，在低温（比如20℃）时，其粘着性很小，在高温（比如200℃）时，其粘着性很大；光敏胶的粘着性会在特定光线照射前后发生变化，在特定光线照射前，其粘着性很大，在特定光线照射后，其粘着性很小。
在一个例子中，所述中间膜层3的黏胶层为热敏胶，那么则可以通过改变所述黏胶层的温度来改变其粘着性。在步骤400中将撕去所述中间膜层3之前，可以通过将所述太阳能电池的半成品放置在常温或低温环境中进行散热，以降低所述黏胶层的温度，使所述黏胶层的粘着性减小至0-50gf/25mm之间，然后再将撕去所述中间膜层3。
在另一个例子中，所述中间膜层3的黏胶层为光敏胶，那么则可以通过采用特定光线照射所述黏胶层来改变其粘着性。在步骤400中将撕去所述中间膜层3之前，可以通过采用特定光线照射所述黏胶层，使所述黏胶层的粘着性减小至0-50gf/25mm之间，然后再将撕去所述中间膜层3。
所述特定光线是指在照射后能够使与其对应的光敏胶的粘着性发生显著改变的特定波长范围的光线。在步骤400中所采用的特定光线的波长范围随所述黏胶层的光敏特性而定，不作具体限制，若所述黏胶层为紫外光敏胶，则所述特定光线为紫外光，若所述黏胶层为红外光敏胶，则所述特定光线为红外光。
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 (10)
1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100：按照太阳能电池所需的光伏图案（40），制作一中间膜层（3），所述中间膜层（3）具有与所述太阳能电池所需的光伏图案（40）相对应的镂空区域（31）；
步骤200：将所述中间膜层（3）粘贴在衬底基板（1）上，所述衬底基板（1）上制作有与所述太阳能电池所需的光伏图案（40）相对应的第一电极图案（2），所述第一电极图案（2）从所述中间膜层（3）的镂空区域（31）中露出；
步骤300：制作一光伏膜层（4），所述光伏膜层（4）包括图案区域和外围区域，所述图案区域覆盖于从所述镂空区域（31）中露出的第一电极图案（2）上，所述外围区域覆盖于所述中间膜层（3）上；
步骤400：将所述中间膜层（3）撕去，利用所述中间膜层（3）带走所述光伏膜层（4）的外围区域，而留下所述光伏膜层（4）的图案区域在所述第一电极图案（2）上形成所述太阳能电池所需的光伏图案（40）；
步骤500：在所述光伏图案（40）上制作与所述太阳能电池所需的光伏图案（40）相对应的第二电极图案（5）。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述光伏膜层（4）包括在所述中间膜层（3）上依次制作的第一电极修饰层（41）、光活性层（42）和第二电极修饰层（43），在步骤400中，所述第一电极修饰层（41）、光活性层（42）和第二电极修饰层（43）分别形成与所述太阳能电池所需的光伏图案（40）相对应的第一电极修饰图案（401）、光活性图案（402）和第二电极修饰图案（403），所述第一电极修饰图案（401）、光活性图案（402）和第二电极修饰图案（403）构成所述光伏图案（40）。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，若所述第一电极图案（2）为阳极图案，则所述第一电极修饰层（41）为空穴传输层，所述第二电极修饰层（43）为电子传输层，若所述第一电极图案（2）为阴极图案，则所述第一电极修饰层（41）为电子传输层，所述第二电极修饰层（43）为空穴传输层。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述光活性层（42）为有机活性层或无机活性层。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述光活性层（42）是由一种或多种有机聚合物材料形成的功能膜层。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述光活性层（42）是由一种或多种无机半导体材料形成的功能膜层。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述中间膜层（3）朝向所述衬底基板（1）的表面上设有黏胶层，所述中间膜层（3）通过其表面上的黏胶层与所述衬底基板（1）相粘贴。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述黏胶层的原始粘着性在0-50gf/25mm之间。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述黏胶层的粘性经弱化处理，弱化处理后的粘着性在0-50gf/25mm之间。
10.根据权利要求7所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述中间膜层（3）表面上的黏胶层的粘着性可变。
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