CN203134813U - 一种柔性硅基薄膜太阳电池 - Google Patents

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马宁华
蒋帅
王小顺
叶晓军
曹娜娜
刘成
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Abstract

本实用新型公开了一种柔性硅基薄膜太阳电池，该电池包含四个膜层，其从下到上依次为柔性衬底、下电极、吸收层以及上电极；该电池上还设有湿法刻蚀线、激光刻线、上电极栅线以及下电极栅线。该柔性硅基薄膜太阳电池通过湿法刻蚀去除裁剪带来的边缘短路并定义电池开口面积，采用激光刻蚀露出下电极，并通过丝网印刷导电浆料制备下电极与上电极的栅线。本实用新型提供的柔性硅基薄膜电池，易于测试与互联，可直接用于柔性薄膜太阳电池产业化。

Description

一种柔性硅基薄膜太阳电池
技术领域
本实用新型涉及一种薄膜太阳电池，具体地，涉及一种可卷曲的柔性硅基薄膜太阳电池。
背景技术
能源是一个国家得以发展的动力。在化石能源日益趋于枯竭的时代，新型可替代能源的研究，将是能使国民经济持续发展的保障和显示国力的标志。新型可替代能源中包括薄膜太阳电池领域。
柔性硅基薄膜太阳电池属于薄膜太阳电池的一种，与玻璃衬底硅基薄膜电池不同，柔性硅基薄膜太阳电池形成集成串联技术难度大，工艺复杂，且对设备要求高。在实验室中，通常借助掩膜来制备柔性薄膜电池，以露出下电极（即背反电极）和形成上电极（即透明电极）的形状（即定义光敏面积或开口面积）。然而柔性薄膜太阳电池要实现产业化，必须采用卷对卷真空腔室连续沉积制备，或者在大腔室中大面积沉积制备。这样制备的大面积电池片需要裁剪成合适尺寸的单片太阳电池，而物理裁剪通常导致裁剪区电池短路，且裁剪后的单片柔性硅基薄膜太阳电池下电极需要引出。因为采用卷对卷等大面积真空沉积手段，下电极是完全隐藏在吸收层与上电极下面的，而衬底是不导电的，这样不引出下电极，就无法测试，也不方便组件互联。现有技术一般是采用挡板或掩膜的方法来定义柔性薄膜太阳电池光敏面积并将下电极暴露出来，其工艺复杂，浪费电池有效面积，且不适合规模化制造。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可以直接用于产业化的柔性薄膜太阳电池，能够实现规模化柔性薄膜太阳电池制备，解决电池裁剪后边缘短路以及下电极引出等问题。 
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种柔性硅基薄膜太阳电池，其中，该电池包含四个膜层，其从下到上依次为柔性衬底、下电极、吸收层以及上电极；该电池上还设有湿法刻蚀线、激光刻线、上电极栅线以及下电极栅线。
所述的湿法刻蚀线是一条通过腐蚀液在上电极上刻蚀形成的框形刻线，即采用刻蚀浆料刻蚀上电极后形成的线型。该湿法刻蚀隔离了裁减导致的边缘短路，并精确定义了电池开口面积。腐蚀液的主要成分可采用磷酸等，磷酸的浓度一般为25%。该腐蚀液用于腐蚀上电极，通过喷涂腐蚀液然后烘干而成，腐蚀线内的面积即为电池开口面积。
所述的激光刻线是一条设在湿法刻蚀线的外侧，通过激光刻蚀上电极与吸收层从而使下电极露出的直线刻槽。
所述的下电极栅线是一条设在所述激光刻线处，通过丝网印刷导电浆料形成的主栅。
所述的上电极栅线通过丝网印刷导电浆料而形成在上电极上，该上电极栅线包含一条与下电极栅线平行的主栅以及若干条与该上电极栅线主栅垂直相交的细栅。上电极栅线的细栅收集电流，汇集到主栅；而下电极的导电性好，因此下电极栅线只需要一根主栅，不必采用细栅进行收集。浆料采用低温固化浆料，固化温度为150℃左右。
上述的柔性硅基薄膜太阳电池，其中，所述的柔性衬底为可卷曲的聚酯膜衬底，厚度为25μm~125μm。
上述的柔性硅基薄膜太阳电池，其中，所述的下电极又称背反电极，为Ag/ZnO或Al/ZnO电极。
上述的柔性硅基薄膜太阳电池，其中，所述的吸收层为单结或叠层结构的硅基薄膜层。 
上述的柔性硅基薄膜太阳电池，其中，所述的上电极又称透明电极，为ITO或ZnO电极。
上述的柔性硅基薄膜太阳电池，其中，所述的丝网印刷导电浆料而成的上电极栅线和下电极栅线，其主要成分为Ag。
上述的柔性硅基薄膜太阳电池，其中，所述的各膜层通过卷对卷真空腔室或大面积腔室制备，并裁减成所需的合适尺寸。
本实用新型提供的柔性硅基薄膜太阳电池具有以下优点：
该柔性硅基薄膜太阳电池采用湿法刻蚀去除裁剪带来的边缘短路并定义电池开口面积，通过激光刻蚀露出下电极，并通过丝网印刷导电浆料制备下电极与上电极的栅线。这样下电极栅线与上电极栅线就同时处于正面，易于测试与组件互联。结构新颖，设计巧妙，可以直接应用于柔性薄膜太阳电池规模化生产，提高太阳电池的成品率，降低成本。
附图说明
图1为本实用新型的裁剪后的单片柔性薄膜太阳电池的俯视图。
图2为本实用新型的裁剪后的单片柔性薄膜太阳电池的截面图。
图3为本实用新型的湿法刻蚀与激光刻蚀后的柔性薄膜太阳电池的俯视图。
图4为本实用新型的印刷上电极栅线和下电极栅线后的柔性薄膜太阳电池的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步地说明。
如图1和图2所示，本实用新型提供的柔性硅基薄膜太阳电池，包含四个膜层，其从下到上依次为柔性衬底1、下电极2、吸收层3以及上电极4。各膜层通过卷对卷真空腔室或大面积腔室制备，并裁减成所需的合适尺寸。
柔性衬底1为可卷曲的聚酯膜衬底，厚度为25μm~125μm。下电极2又称背反电极，为Ag/ZnO或Al/ZnO电极。吸收层3为单结或叠层结构的硅基薄膜层。上电极4又称透明电极，为ITO或ZnO电极。
该电池上还设有湿法刻蚀线5、激光刻线6、上电极栅线8以及下电极栅线7。
如图3所示，湿法刻蚀线5是一条通过腐蚀液在上电极4上刻蚀形成的框形刻线，该湿法刻蚀隔离了裁减导致的边缘短路，并精确定义了电池开口面积。腐蚀液的主要成分为磷酸，浓度为25%。该腐蚀液用于腐蚀上电极4，通过喷涂腐蚀液然后烘干而成，腐蚀线内的面积即为电池开口面积。
激光刻线6是一条设在湿法刻蚀线5的外侧，通过激光刻蚀上电极4与吸收层3从而使下电极2露出的直线刻槽。
如图4所示，下电极栅线7是一条设在激光刻线6处，通过丝网印刷导电浆料形成的主栅。上电极栅线8通过丝网印刷导电浆料而形成在上电极4上，该上电极栅线8包含一条与下电极栅线7平行的主栅81以及若干条与该上电极栅线8主栅81垂直相交的细栅82。上电极栅线8的细栅82收集电流，汇集到主栅81；而下电极2的导电性好，因此下电极栅线7只需要一根主栅，不必采用细栅进行收集。导电浆料采用低温固化浆料，固化温度为150℃左右。该丝网印刷导电浆料而成的上电极栅线8和下电极栅线7，其主要成分为Ag。
实施例一
在一卷聚酰亚胺柔性衬底1上，经过卷对卷磁控溅射与卷对卷PECVD依次沉积：Ag/ZnO或Al/ZnO的下电极2，即背反电极；单结或叠层结构的n-i-p型非晶硅构成的吸收层3；ITO的上电极4，即透明导电膜。
真空生长完的柔性薄膜太阳电池需要裁减成合适的尺寸，如6cm×10cm。从柔性薄膜太阳电池的上方看，下电极2与吸收层3是不可见的，依次设在上电极4下面。
湿法刻蚀线5是在上电极4上通过喷涂一条框形腐蚀液，烘干而形成，烘干温度为100℃。腐蚀液的主要成分为磷酸，浓度为25%。
激光刻线6通过激光刻蚀上电极4与吸收层3，从而露出下电极2。激光器采用Nd:YVO4全固态二极管泵浦激光器，激光波长532nm，脉冲宽度15~25ns。
上电极栅线8与下电极栅线7通过丝网印刷导电浆料形成。上电极栅线8由细栅82与主栅81组成，下电极栅线7就是一根主栅。浆料采用低温固化浆料，固化温度150℃左右。最终制备出完整的柔性薄膜太阳电池。
本实用新型设计的柔性硅基薄膜太阳电池，采用湿法刻蚀方法消除边缘短路，并定义电池开口面积，再通过激光刻划露出下电极2，最后通过丝网印刷导电银浆将下电极2引出。即，通过激光刻划，刻透上电极4与吸收层3，暴露出下电极2；再在刻槽处印刷导电栅线，即为下电极栅线7。这样使下电极栅线7与上电极栅线8就同时处于正面，易于测试与组件互联。该柔性硅基薄膜太阳电池结构新颖，设计巧妙，可以直接用于柔性薄膜太阳电池产业化。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种柔性硅基薄膜太阳电池，其特征在于，该电池包含四个膜层，其从下到上依次为柔性衬底（1）、下电极（2）、吸收层（3）以及上电极（4）；该电池上还设有湿法刻蚀线（5）、激光刻线（6）、上电极栅线（8）以及下电极栅线（7）；
所述的湿法刻蚀线（5）是一条通过腐蚀液在上电极（4）上刻蚀形成的框形刻线；
所述的激光刻线（6）是一条设在湿法刻蚀线（5）的外侧，通过激光刻蚀上电极（4）与吸收层（3）从而使下电极（2）露出的直线刻槽；
所述的下电极栅线（7）是一条设在所述激光刻线（6）处，通过丝网印刷导电浆料形成的主栅；
所述的上电极栅线（8）通过丝网印刷导电浆料而形成在上电极（4）上，该上电极栅线（8）包含一条与下电极栅线（7）平行的主栅（81）以及若干条与该上电极栅线（8）主栅（81）垂直相交的细栅（82）。
2.如权利要求1所述的柔性硅基薄膜太阳电池，其特征在于，所述的柔性衬底（1）为聚酯膜衬底，厚度为25μm~125μm。
3.如权利要求1所述的柔性硅基薄膜太阳电池，其特征在于，所述的下电极（2）为Ag/ZnO或Al/ZnO电极。
4.如权利要求1所述的柔性硅基薄膜太阳电池，其特征在于，所述的吸收层（3）为单结或叠层结构的硅基薄膜层。
5.如权利要求1所述的柔性硅基薄膜太阳电池，其特征在于，所述的上电极（4）为ITO或ZnO电极。
6.如权利要求1所述的柔性硅基薄膜太阳电池，其特征在于，所述的各膜层通过卷对卷真空腔室或大面积腔室制备。
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