TW201444104A - 薄膜太陽能電池板及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種薄膜太陽能電池板及其製備方法。薄膜太陽能電池板包括基底、位於基底上的第一電極、位於第一電極上的光電轉換層、位於光電轉換層上的第二電極和設置於第二電極上的柵電極，基底為超薄玻璃基底，超薄玻璃基底的厚度為0.1-1mm，超薄玻璃基底具有可彎曲性，其最小彎曲半徑可達10cm以下，第一電極在形成過程中連續設置在基底上。本發明提高了薄膜太陽能電池板的透光性，並使得其可方便的用於製作彎曲的太陽能電池元件。本發明還改進了可彎曲薄膜太陽能電池板的製備製程，避免了額外成本的增加，極大的增加了設備和製備製程方法對各種可彎曲薄膜太陽能電池板的普遍適用性。

Description

薄膜太陽能電池板及其製備方法 【0001】
本發明涉及太陽能光伏產品領域，尤其涉及一種薄膜太陽能電池板及其製備方法。
 【0002】
薄膜太陽能電池從發明到大規模商業化經歷了一個漫長的發展過程。1976年第一塊非晶矽薄膜太陽能電池由美國無線電公司（Radio Corporation of America，簡稱RCA）研發成功，進入了上世紀90年代中期以後，隨著半導體製備設備和製備製程的不斷進步，高效疊層矽基薄膜太陽電池實現了大規模商業化生產，其光吸收材料由最初的非晶矽同質結構發展到由非晶矽、多晶矽和單晶矽組合而成的異質結結構。除了矽基的薄膜太陽能電池，近年來基於硫化鎘、砷化鎵、銅銦鎵錫等無機半導體化合物，和基於聚噻吩、富勒烯衍生物等有機材料的薄膜太陽能電池也正在蓬勃發展之中，並有著廣闊的應用前景。
【0003】
與晶矽太陽能電池相比，薄膜太陽能電池有外觀漂亮、生產自動化程度高、可彎曲、可透明等多種優勢，因而除了大規模並網和獨立發電應用，薄膜太陽能電池更適宜於製作各種小型的靈活的光伏應用產品。隨著產業化進程的推進和成本的不斷下降，薄膜太陽能電池產品的應用層出不窮，日益廣泛，並逐漸深入到人們日常生活的各個方面。例如在用於汽車的太陽能電池領域，自從20世紀90年代以來都有持續不斷的專利申請，如公告號為US5602457美國專利提供了一項技術，將太陽能電池設置於汽車的擋風玻璃之內，用於給車內的蓄電池充電；歐洲專利號為EP 0393437的歐洲專利提供了另一項技術，為汽車安裝了一套太陽能輔助電力系統，用以驅動車內的空調系統工作，降低陽光曝曬時車內的溫度。 然而上述專利公開的技術均是利用傳統的製備晶矽電池的方法，將玻璃基底上的電池進行絕緣分割，製程較為複雜，與汽車本體的結合程度也不高。
【0004】
薄膜太陽能電池的基底可以根據具體需求選擇玻璃、聚合物、陶瓷和石墨中的任何一種，其中玻璃為透明基底，透光性好，可用於製造透明的薄膜太陽能電池，而聚合物為柔性基底，容易彎曲和折疊，一般用於製造可彎曲的薄膜太陽能電池。當薄膜太陽能電池作為光伏應用產品用於汽車或建築一體化結構等常見物體時，一方面要求其具有良好的透光性以保證車廂內或室內的照明亮度，另一方面又要求其有良好的彎曲性能，以便和彎曲的結構面如汽車天窗和建築物玻璃緊密貼合。為滿足這兩方面的需求，薄膜太陽能電池的基底必須是既透明又可彎曲的。
【0005】
聚合物基底大都不同時具有透光性和耐高溫性，即無法經受200℃以上的製程溫度，而現有的薄膜太陽能電池技術選用的玻璃基底的厚度一般大於3mm，不具有可彎曲性，無法直接用於加工製作可彎曲的太陽能電池。另外，現有的薄膜太陽能電池製造設備和製程絕大多數都是建立在平面基底上的，如平板浮法玻璃等，這使得直接製造具有一定彎曲弧度的薄膜太陽能電池板存在很大的困難。如果要通過在彎曲基底上進行均勻鍍膜來加工製造薄膜太陽能電池板，則需要對鍍膜設備和製程做較大的改動，這不僅會使成本大幅度提高，而且由於不同彎曲結構面具有不同的形狀和彎曲弧度，導致設備和製程對不同產品的適應程度也有很大的局限性。基於上述原因，薄膜太陽能電池板在可彎曲產品領域的應用一直沒有得到很好的發展。
 【0006】
現有的薄膜太陽能電池板所使用的玻璃基底較厚，不具有可彎曲性，使得薄膜太陽能電池板不能用於彎曲的太陽能電池組件，並且現有的薄膜太陽能電池板的製備製程很難用於製造具有一定彎曲弧度的電池組件，無法廣泛應用於可彎曲光伏產品的製造。
【0007】
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種薄膜太陽能電池板，薄膜太陽能電池板的基底具有較高的可彎曲性和光透射率，使得薄膜太陽能電池板能夠方便的用於製作彎曲的太陽能電池元件且具有較好的透光性。
【0008】
本發明的又一目的在於提供一種薄膜太陽能電池板的製備方法，使其能廣泛應用於各種具有一定彎曲弧度的薄膜太陽能電池元件的製備。
【0009】
一種薄膜太陽能電池板，薄膜太陽能電池板包括基底、位於基底上的第一電極、位於第一電極上的光電轉換層、位於光電轉換層上的第二電極，還包括柵電極，基底為超薄玻璃基底，超薄玻璃基底的厚度為0.1-1mm，超薄玻璃基底具有可彎曲性，其最小彎曲半徑可達10cm以下，第一電極在形成過程中連續設置在基底上。
【0010】
本發明所公開的薄膜太陽能電池板的有益效果在於：厚度為0.1-1mm的超薄玻璃基底具有增加透光率的效果，提高了薄膜太陽能電池板的透光性；超薄玻璃基底的可彎曲性較好，能夠方便的用於製作彎曲的太陽能電池元件；通過增加透光率還提高了光電轉換層的吸收率，使得薄膜太陽能電池板的效率比現有的薄膜太陽能電池高1-2%；與聚合物基底相比，超薄玻璃基底還具有耐高溫，隔絕環境侵蝕性能好的優點；第一電極連續設置在基底上，相對于傳統的在基底上用絕緣物質分割出多個電池塊而言，製程簡單，在應用於彎曲元件時，能與彎曲結構緊密結合形成均勻連續的一體結構，較為美觀。
【0011】
較佳的，超薄玻璃基底的彎曲半徑大於30cm，超薄玻璃基底的厚度為0.35-1mm。其有益效果在於，在能夠達到一定彎曲表面所需的彎曲半徑的情況下，應盡可能選用較厚的超薄玻璃做基底以增加薄膜太陽能電池板的強度。
【0012】
較佳的，第一電極為全透明薄膜，第二電極為非全透明薄膜。
【0013】
較佳的，第一電極、第二透明電極的透光性相等，且均為全透明薄膜。
【0014】
較佳的，第一電極、第二電極的材料均為透明導電氧化物，透明導電氧化物包括選自氧化鋅、氧化錫、氧化銦錫和石墨烯中的一種。
【0015】
較佳的，光電轉換層包括選自非晶矽、微晶矽、多晶矽和單晶矽薄膜中的一種或多種，非晶矽、多晶矽或單晶矽薄膜形成包含一個P-N或P-I-N結的單結結構，或包含多個P-N或P-I-N結的多結結構。
【0016】
較佳的，光電轉換層包括選自碲化鎘薄膜、銅銦鎵錫薄膜和有機半導體薄膜中的一種或多種。
【0017】
較佳的，薄膜太陽能電池板用於汽車、船舶或各種建築一體化結構中。
【0018】
較佳的，薄膜太陽能電池板用於汽車天窗，薄膜太陽能電池板的柵電極與汽車電源及其負載通過導線相連，負載包括車廂內的風扇、照明燈、電子娛樂系統。
【0019】
較佳的，薄膜太陽能電池板用於汽車天窗，基底的彎曲半徑大於1m。
【0020】
較佳的，汽車天窗包括汽車天窗玻璃，汽車天窗玻璃具有朝向車內的下表面以及朝向車外的上表面，薄膜太陽能電池板貼合在汽車天窗玻璃的上表面上，光電轉換層包括P型層、N型層，P型層緊鄰第一電極設置。較佳的，汽車天窗包括汽車天窗玻璃，汽車天窗玻璃具有朝向車內的下表面以及朝向車外的上表面，薄膜太陽能電池板貼合在汽車天窗玻璃的下表面上，光電轉換層包括P型層、N型層，N型層緊鄰第一電極設置。其有益效果在於，由於非晶矽薄膜中電子的遷移率大於空穴的遷移率，在包含P-I-N結的光電轉換層中，將P型層設置於接受太陽光照射的一面，P型層中產生的電子將跨越I型層運動更遠的距離而被電極收集，而空穴可以直接被緊鄰P型層的電極所收集，提高了空穴的收集率，從而提高了電池的光電轉換效率。
【0021】
較佳的，薄膜太陽能電池板用於船舶或建築一體化結構，基底的彎曲半徑大於30cm。
【0022】
本發明還提供了一種薄膜太陽能電池板的製備方法，其包含如下步驟：S1. 提供一超薄玻璃基底，超薄玻璃基底的厚度為0.1-1mm，超薄玻璃基底具有可彎曲性，其最小彎曲半徑可達10cm以下；S2. 在超薄玻璃基底上依次沉積第一電極、光電轉換層和第二電極；S3. 對第一電極、光電轉換層和第二電極沉積完成後，用鐳射分別刻線，用以將太陽能電池分割成複數個較小的電池單位形成串並連接，用以降低電阻損耗，提高電池的能量轉換效率；S4. 對電池結構做鐳射或化學蝕刻處理，用以增加電池結構的透光性；S5. 設置柵電極，形成薄膜太陽能電池；S6. 對太陽能電池板進行彎曲處理。
【0023】
本發明所提供的薄膜太陽能電池板的製備方法的有益效果為：本發明所提供的薄膜太陽能電池板的製備方法在各層薄膜在形成過程中都是連續的，只是在鍍膜完成之後的步驟S3中才用鐳射刻線切割成較小的電池單元，因而製作製程更為簡單，提高了製備效率，也使得薄膜太陽能電池板與彎曲結構面緊密貼合，呈一體化結構，外表更為美觀。
【0024】
本發明所提供的薄膜太陽能電池板的製備方法將具有可彎曲超薄玻璃基底的太陽能電池板與彎曲結構面通過彎曲處理直接結合，形成牢固的具有一定弧度的太陽能電池元件，由於在鍍膜過程中超薄玻璃基底仍處於平面形式，製程條件都不需要做任何改變，避免了通常在製造彎曲電池組件時所遇到的問題和額外成本的增加，極大的增加了設備和製備製程方法對各種彎曲電池組件的普遍適用性。
【0025】
較佳的，彎曲處理採用層壓製程將沉積於超薄玻璃基底上的薄膜太陽能電池與具有一定剛性的彎曲結構相結合，用以封裝薄膜太陽能電池，使其與周圍環境相隔絕，並形成可穩定工作的彎曲太陽能電池板。
【0026】
較佳的，彎曲處理採用黏結製程，將薄膜太陽能電池板與具有一定剛性的彎曲結構相結合，形成可穩定工作的彎曲太陽能電池板。
【0027】
較佳的，第一電極為全透明薄膜，第二電極為非全透明薄膜。
【0028】
較佳的，第一電極、第二電極的透光性相等，且均為全透明薄膜。
【0029】
較佳的，第一電極、第二電極的材料為透明導電氧化物，透明導電氧化物為氧化鋅、氧化錫、氧化銦錫和石墨烯中的一種。
【0030】
較佳的，第一電極、第二電極製備製程溫度低於600℃。進一步較佳的，第一電極與第二電極採用低壓化學氣相沉積（LPCVD）、有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）或常壓化學氣相沉積（APCVD）製程方法製備。
【0031】
較佳的，光電轉換層包括選自非晶矽、微晶矽、多晶矽和單晶矽薄膜中的一種或多種，非晶矽、微晶矽、多晶矽或單晶矽薄膜形成包含一個P-N或P-I-N結的單結結構，或包含多個P-N或P-I-N結的多結結構。
【0032】
較佳的，光電轉換層的製備製程的製程溫度低於600℃。進一步較佳的，光電轉換層採用等離子增強化學氣相沉積（PECVD）方法製備。
【0033】
較佳的，光電轉換層包括選自碲化鎘薄膜、銅銦鎵錫薄膜和有機半導體薄膜中的一種或多種。
【0034】
較佳的，具有一定剛性的彎曲結構包括已經成型的彎曲玻璃和經表面絕緣處理後的金屬結構件。
【0035】
較佳的，彎曲玻璃為汽車天窗玻璃、船用結構玻璃或建築物玻璃，經表面絕緣處理後的金屬結構件包括汽車車頂結構。進一步較佳的，彎曲玻璃為汽車天窗玻璃，薄膜太陽能電池的柵電極與汽車電源及其負載通過導線相連，負載包括車廂內的風扇、照明燈、電子娛樂系統。
【0036】
較佳的，層壓製程在高壓釜中進行，或採用曲面真空層壓法進行層壓。進一步較佳的，層壓的材料選用合成乙烯樹脂（EVA）、聚乙烯縮丁醛（PVB）或離子鍵樹脂。
【0037】
較佳的，黏結製程選用杜邦公司生產的“文泰科”(Vertak)黏結劑。
10．．．基底
20．．．第一電極
30．．．光電轉換層
31．．．P型層
32．．．I型層、固有層
33．．．N型層
40．．．第二電極
50．．．柵電極
100．．．超薄玻璃基底
200．．．薄膜電池組
300．．．汽車天窗玻璃
310．．．上表面
320．．．下表面
【0038】
第1圖為本發明所公開的薄膜太陽能電池板較佳的實施例的結構示意圖。
第2圖為不同厚度的超薄玻璃基底的光吸收率與光波長的變化關係圖。
第3圖為兩種較薄的超薄玻璃基底的彎曲應力與彎曲半徑的變化關係圖。
第4圖為多種厚度的超薄玻璃基底的彎曲應力與彎曲半徑的變化關係圖。
第5圖為本發明所公開的薄膜太陽能電池板用於汽車天窗時的一種較佳的實施方式的結構示意圖。
第6圖為本發明所公開的薄膜太陽能電池板的製備方法的流程圖。
 【0039】
以下將結合附圖所示的具體實施方式對本發明進行詳細描述，但這些實施方式並不限制本發明，本技術領域的通常知識者根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護範圍內。
【0040】
第1圖為本發明所提供的薄膜太陽能電池板的較佳的實施例的示意圖。參照第1圖，薄膜太陽能電池板包括基底10、位於基底上的第一電極20、位於第一電極20上的光電轉換層30、位於光電轉換層30上的第二電極40，還包括第二電極40上的柵電極50。基底10為超薄玻璃基底，超薄玻璃基底的厚度為0.1-1mm，超薄玻璃基底具有可彎曲性，其最小彎曲半徑可達10cm以下。第一電極20在其中形成過程中連續設置在基底10上。如第1圖所示的本發明較佳的實施例，光電轉換層30包括非晶矽P型層31、非晶矽固有層32和非晶矽N型層33，第一電極20和第二電極40均由氧化鋅材料製成。
【0041】
基底10選用美國康寧公司（Corning Incorporated）的多款超薄玻璃產品，如蓮花玻璃（Lotus Glass）、柳條玻璃（Willow Glass）、和猩猩玻璃（Gorilla Glass）。第2圖給出了超薄玻璃的光透射率和光波長的關係。參照第2圖，三種厚度分別為0.05mm、0.1mm和0.2mm的超薄玻璃的光透射率隨光波長的變化關係是相同的，在光波長為200nm到350nm的波段內，透射率隨著波長的增大而迅速增大；當光波長大於350nm的可見光波段時，透射率的增大變慢，並逐漸飽和為一個大於90%的常數。但在上述200-350nm的光波段內，對於特定的波長，超薄玻璃的厚度越小其透射率越大。在現有的薄膜太陽能電池技術中，一般選用厚度為3.2mm的玻璃做基底，由上述結論可知，其對短波長光的透射率遠小於超薄玻璃，導致薄膜電池的透光性較差。因此選用超薄玻璃做基底具有增加光透射率的效果。另外，選用越薄的玻璃做基底，光電轉換層對短波段光的吸收率也越高，從而可以使薄膜太陽能電池的效率提高1-2%。
【0042】
第3圖顯示了兩種厚度的超薄玻璃的彎曲應力與其彎曲半徑的關係。參照第3圖，厚度為0.2mm的超薄玻璃其對應於任何彎曲半徑的彎曲應力均大於厚度為0.1mm的超薄玻璃。因此玻璃的厚度越小，對應於同一彎曲半徑其彎曲應力就越小，當對其做彎曲加工時就越容易，也越不容易發生破裂。對應於0.1mm的超薄玻璃，在彎曲半徑為10-30cm的較大範圍內，彎曲應力趨近於0，只有當彎曲半徑小於10cm，接近5cm時，彎曲應力才有了顯著上升。將最小彎曲半徑定義為在一定加工條件下，玻璃在達到一特定的閾值應力時的彎曲半徑，則最小半徑越小，玻璃的可彎曲性越好。如果用最小彎曲半徑來表徵超薄玻璃彎曲性的優良程度，由第3圖可知，0.1mm的超薄玻璃具有最優的彎曲性能，其最小彎曲半徑可達10cm以下。
【0043】
因此選用超薄玻璃做基底10的另一功效是可以方便的將平面的薄膜太陽能電池板加工成具有一定弧度的彎曲電池組件，而厚度較小的超薄玻璃可彎曲性好，從而可以製成彎曲半徑較小的太陽能元件。具體選用何種厚度的超薄玻璃，取決於最終的彎曲電池組件的曲率，曲率越大，則應選用最小彎曲半徑更小的超薄玻璃做基底。
【0044】
但是在實際應用中，選用的超薄玻璃厚度越小，其強度也越小，很容易在外界壓力或雨水沖刷下發生破損。同時在製造過程中也容易破碎，降低生產良率，增加成本。因此，在滿足實際彎曲度需求的前提下，應盡可能選擇更厚的玻璃做基底，以增強基底10的強度。在一般的光伏產品應用中，如船舶和建築的彎曲表面，其彎曲半徑最小為30cm，對於汽車天窗則大於1m。
【0045】
一般的，超薄玻璃彎曲時表面的彎曲張應力與其厚度的關係為：
，
【0046】
其中 為最大表面彎曲張應力， 為超薄玻璃的厚度， 為彎曲半徑， 為玻璃的楊氏模量。第4圖給出了更多種厚度的超薄玻璃的彎曲應力和彎曲半徑的關係。參照第4圖，厚度在1mm以下的超薄玻璃的可彎曲性都非常好。在彎曲半徑為30cm時，厚度為0.5mm的超薄玻璃的最大表面彎曲張應力約為60MPa，厚度為0.3mm的超薄玻璃的約為30MPa。若選用0.35mm的超薄玻璃，根據上述公式，代入玻璃的楊氏模量90GPa，可知其最大表面彎曲張應力為52.5MPa。雖然玻璃的固有強度約達200MPa，但在實際應用中要求超薄玻璃的最大表面彎曲張應力在50MPa附近，以防止因表面缺陷造成的破碎。因此，厚度為0.35mm的超薄玻璃可以滿足這種要求。
【0047】
在本發明較佳的實施例中，超薄玻璃基底的彎曲半徑大於30cm，因此超薄玻璃基底的厚度為0.35-1mm。在對基底的強度有特殊要求時，還可以選用康寧公司的猩猩玻璃等經過化學鋼化處理的超薄玻璃做基底。
【0048】
相對於聚合物基底，超薄玻璃基底還具有耐高溫，隔絕環境侵蝕性能好的優點。
【0049】
第一電極20連續設置在基底10上，相對於傳統的在基底上用絕緣物質分割出多個電池塊而言，製程簡單，在應用於彎曲元件時，能夠與彎曲結構緊密結合為一體，較為美觀。
【0050】
第一電極20與第二電極40的透光性相等，且均為全透明薄膜。全透性薄膜使得更多的陽光能透過汽車天窗或建築物玻璃，有助於提高車廂內或室內的照明亮度。
【0051】
在本發明的其他實施例中，位於基底10之上的第一電極20為全透明薄膜，位於光電轉換層30之上的第二電極40為非全透明薄膜。使用非全透明薄膜做第二電極40有助於將透過光電轉換層30的光反射回光電轉換層中，提高了光吸收率，進而提高了電池效率。
【0052】
第一電極20與第二電極40的材料均為透明導電氧化物，如第1圖所示的本發明的一種較佳的實施例中，第一電極20與第二電極40均為氧化鋅薄膜，在本發明的其他較佳的實施例中，第一電極20、第二電極40還包括選自氧化鋅、氧化錫或石墨烯中的一種。
【0053】
光電轉換層30包括選自非晶矽、微晶矽、多晶矽和單晶矽薄膜中的一種或多種，非晶矽、微晶矽、多晶矽或單晶矽薄膜形成包含一個P-N或P-I-N結的單結結構，或包含複數個P-N或P-I-N結的多結結構。
【0054】
在本發明其他較佳的實施例中，光電轉換層30包括選自碲化鎘薄膜、銅銦鎵錫薄膜和有機半導體薄膜中的一種或多種。
【0055】
薄膜太陽能電池板用於汽車、船舶或各種建築一體化結構中。
【0056】
在本發明一類較佳的實施例中，薄膜太陽能電池板用於汽車天窗，柵電極50與汽車電源及其負載通過導線相連，負載包括車廂內的風扇、照明燈、電子娛樂系統。基底的彎曲半徑大於1m，因而可以選用較厚的，如厚度為1mm的超薄玻璃做基底。
【0057】
第5圖為本發明所公開的薄膜太陽能電池板用於汽車天窗時的一種較佳的實施方式的示意圖，參照第5圖，汽車天窗包括：薄膜太陽能電池板和汽車天窗玻璃300。薄膜太陽能電池板包括超薄玻璃基底100和位於超薄玻璃基底100上的薄膜電池組200，薄膜電池組200由第一電極20、光電轉換層30和第二電極40構成。光電轉換層30包括P型層31、N型層33，在本發明的某些較佳的實施方式中，光電轉換層30還包括位於P型層31、N型層33之間的I型層32。
【0058】
汽車天窗玻璃300具有朝向車內的下表面320以及朝向車外的上表面310，薄膜太陽能電池板可以貼合在汽車天窗玻璃300的上表面310上，也可以貼合在汽車天窗玻璃300的下表面320上。參照第5圖和第1圖，當薄膜太陽能電池板貼合在汽車天窗玻璃300的上表面310時，P型層31緊鄰第一電極20設置。當薄膜太陽能電池板貼合在汽車天窗玻璃300的下表面320時，N型層33緊鄰第一電極20設置。這樣使得P型層31始終朝著太陽光的方向。由於非晶矽薄膜中電子的遷移率大於空穴的遷移率，電子的壽命也大於空穴的壽命，P型層31中產生的電子能通過漂移和擴散運動穿過I型層32從而被電極收集；但如果N型層33接受光照產生載流子，N型層33中產生的空穴由於遷移率和壽命較小，很容易在穿過I型層32的時候被複合而被損失掉。因此P型層31始終朝著太陽光的方向有利於提高載流子的收集率，進而提高太陽能電池板的光能量轉換效率。
【0059】
在本發明其他較佳的實施方式中，薄膜太陽能電池板用於船舶或建築一體化結構時，基底的彎曲半徑大於30cm。如上所述，此種情況下可選用厚度大於0.35mm的超薄玻璃作為基底。
【0060】
本發明還提供了一種薄膜太陽能電池的製備方法，參照第6圖，其包含如下步驟：S1. 提供一超薄玻璃基底，超薄玻璃基底的厚度為0.1-1mm，超薄玻璃基底具有可彎曲性，其最小彎曲半徑可達10cm以下；S2. 在超薄玻璃基底上依次沉積第一電極、光電轉換層和第二電極；S3. 對第一電極、光電轉換層和第二電極沉積完成後，用鐳射分別刻線，用以將太陽能電池分割成複數個較小的電池單元並形成串並連接，用以降低電阻損耗，提高電池的能量轉換效率；S4. 對電池結構做鐳射或化學蝕刻處理，用以增加電池結構的透光性；S5. 設置柵電極，形成薄膜太陽能電池板；S6. 對薄膜太陽能電池板進行彎曲處理。
【0061】
現有技術製備薄膜太陽能電池的製程方法都是將多個較小的電池單元拼接起來，這種製程較為複雜，製備效率較低，而且最終形成的電池組件內分離的電池片不形成連續結構，影響產品的美觀性。而本發明所公開的製備方法第一電極在形成過程中連續設置在基底上，同樣光電轉換層在形成過程中連續設置在第一電極上，第二電極在形成過程中連續設置在光電轉換層上。本發明只是在鍍膜完成之後的步驟S3中才用鐳射刻線切割成較小的電池單元，形成串聯或並聯，無需填充任何絕緣物質，因而製作製程更為簡單，提高了製備效率。此外，整塊電池板薄膜層均勻連續，呈一體化結構，外表更為美觀。
【0062】
本發明所公開的薄膜太陽能電池板的製備方法將在平面的超薄玻璃基底上沉積過薄膜的太陽能電池板直接做彎曲處理，形成牢固的具有一定彎曲弧度的薄膜太陽能電池板，由於在鍍膜過程中超薄玻璃基底仍處於平面形式，製程條件都不需要做任何改變，避免了通常在製造彎曲電池組件時所遇到的問題和額外成本的增加，極大的增加了設備和製備製程方法對各種彎曲電池組件的普遍適用性。
【0063】
在本發明較佳的實施方式中，彎曲處理採用層壓製程將沉積於超薄玻璃基底上的薄膜太陽能電池與具有一定剛性的彎曲結構相結合，用以封裝薄膜太陽能電池，使其與周圍環境相隔絕，並形成可穩定工作的彎曲太陽能電池板。層壓製程在高壓釜中進行，或採用曲面真空層壓法進行層壓。層壓製程的材料選用合成乙烯樹脂（EVA）、聚乙烯縮丁醛（PVB）或離子鍵樹脂。
【0064】
在本發明其他較佳的實施方式中，彎曲處理採用黏結製程，將薄膜太陽能電池板與具有一定剛性的彎曲結構相結合，形成可穩定工作的彎曲太陽能電池板。黏結製程選用杜邦公司生產的“文泰科”(Vertak)黏結劑。
【0065】
具有一定剛性的彎曲結構包括已經成型的彎曲玻璃和經表面絕緣處理後的金屬結構件。在本發明較佳的實施方式中，彎曲玻璃為汽車天窗玻璃、船用結構玻璃或建築物玻璃，經表面絕緣處理後的金屬結構件包括汽車車頂結構。當彎曲玻璃為汽車天窗玻璃時，薄膜太陽能電池的柵電極與汽車電源及其負載通過導線相連，負載包括車廂內的風扇、照明燈、電子娛樂系統。
【0066】
在本發明較佳的實施方式中，第一電極和第二電極的透光性相等，且均為全透明薄膜。這提高了薄膜太陽能電池板的透光性。在本發明的其他實施方式中，第一電極為全透明薄膜，第二電極為非透明薄膜。非透明薄膜可以將透過光電轉換層的光反射回去，提高了電池的光吸收率和效率。
【0067】
第一電極與第二電極的材料均為透明導電氧化物，透明導電氧化物為氧化鋅、氧化錫、氧化銦錫和石墨烯中的一種。
【0068】
光電轉換層包括選自非晶矽、微晶矽、多晶矽和單晶矽薄膜中的一種或多種，如第1圖所示的本發明的較佳的實施例中，光電轉換層為由非晶矽N型摻雜層、固有層和P型摻雜層構成的P-I-N型結構。一般的，光電轉換層30包含由非晶矽、微晶矽、多晶矽或單晶矽薄膜形成的P-N或P-I-N結單結結構，或複數個P-N結及P-I-N結的多結結構。在本發明的其他較佳的實施例中，光電轉換層30包括選自碲化鎘薄膜、銅銦鎵錫薄膜和有機半導體薄膜中的一種或多種。
【0069】
當用於製備第一電極20、第二電極40或光電轉換層30的製程方法的製程溫度接近玻璃應變點（strain point）時，超薄玻璃容易產生變形，因而應該盡可能使製程溫度遠離玻璃應變點。超薄玻璃的應變點的變化範圍為650-700 ℃ ，其他超薄玻璃的應變點也在類似的範圍內變動。因此，製程方法的製程溫度低於600 ℃ ，以防止超薄玻璃基底在沉積過程中發生變形。
【0070】
一般的，用於製備透明氧化物薄膜的低壓化學氣相沉積（LPCVD）方法的製程溫度為180-210℃，有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）方法的製程溫度可低至500℃，而常壓化學氣相沉積（APCVD）方法的製程溫度在450℃ 左右，用於製備矽基光電轉換層薄膜的等離子增強化學氣相沉積（PECVD）的製程溫度一般在300℃以下，以上製程方法都滿足製程溫度小於600℃的要求。因此，第一電極20、第二電極40用低壓化學氣相沉積（LPCVD）、有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）或常壓化學氣相沉積（APCVD）製程方法製備，光電轉換層30用等離子增強化學氣相沉積（PECVD）製程方法製備。
【0071】
雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本技術領域通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以申請專利範圍所限定的範圍為準。對於本技術領域通常知識者而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附申請專利範圍而不是上述說明限定，因此旨在將落在申請專利範圍的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將說明書中的任何附圖標記視為限制所涉及的申請專利範圍。
【0072】
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本技術領域通常知識者可以理解的其他實施方式。
100．．．超薄玻璃基底
200．．．薄膜電池組
300．．．汽車天窗玻璃
310．．．上表面
320．．．下表面

Claims (31)

  1. 【第1項】
    一種薄膜太陽能電池板，包括一基底、位於該基底上的一第一電極、位於該第一電極上的一光電轉換層、位於該光電轉換層上的一第二電極，其中，還包括一柵電極，該基底為超薄玻璃基底，該超薄玻璃基底的厚度為0.1-1mm，該超薄玻璃基底具有可彎曲性，其最小彎曲半徑小於10cm以下，該第一電極在形成過程中連續設置在該基底上。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該超薄玻璃基底的彎曲半徑大於30cm，該超薄玻璃基底的厚度為0.35-1mm。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該第一電極為全透明薄膜，該第二電極為非全透明薄膜。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第1項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該第一電極、該第二電極的透光性相等，且均為全透明薄膜。
  5. 【第5項】
    如申請專利範圍第2至4項中任一項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該第一電極、該第二電極的材料均為透明導電氧化物，該透明導電氧化物包括選自氧化鋅、氧化錫、氧化銦錫和石墨烯中的一種。
  6. 【第6項】
    如申請專利範圍第5項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該光電轉換層包括選自非晶矽、微晶矽、多晶矽和單晶矽薄膜中的一種或多種，非晶矽、微晶矽、多晶矽或單晶矽薄膜形成包含一個P-N或P-I-N結的單結結構，或包含複數個P-N或P-I-N結的多結結構。
  7. 【第7項】
    如申請專利範圍第5項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該光電轉換層包括選自碲化鎘薄膜、銅銦鎵錫薄膜和有機半導體薄膜中的一種或多種。
  8. 【第8項】
    如申請專利範圍第7項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該薄膜太陽能電池用於汽車、船舶或各種建築一體化結構中。
  9. 【第9項】
    如申請專利範圍第8項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該薄膜太陽能電池板用於汽車天窗，該柵電極與汽車電源系統及其負載通過導線相連，該負載包括車廂內的風扇、照明燈和電子娛樂系統。
  10. 【第10項】
    如申請專利範圍第8項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該薄膜太陽能電池板用於汽車天窗，該基底的彎曲半徑大於1m。
  11. 【第11項】
    如申請專利範圍第10項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該汽車天窗包括汽車天窗玻璃，該汽車天窗玻璃具有朝向車內的下表面以及朝向車外的上表面，該薄膜太陽能電池板應貼合在該汽車天窗玻璃的上表面上，該光電轉換層包括P型層、N型層，P型層緊鄰該第一電極設置。
  12. 【第12項】
    如申請專利範圍第10項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該汽車天窗包括汽車天窗玻璃，該汽車天窗玻璃具有朝向車內的下表面以及朝向車外的上表面，該薄膜太陽能電池板應貼合在該汽車天窗玻璃的下表面上，該光電轉換層包括P型層、N型層，N型層緊鄰該第一電極設置。
  13. 【第13項】
    如申請專利範圍第8項所述的薄膜太陽能電池板，其中，該薄膜太陽能電池板用於船舶或建築一體化結構，該基底的彎曲半徑大於30cm。
  14. 【第14項】
    一種如申請專利範圍第1-13項中任一項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其包括：
    提供一超薄玻璃基底，該超薄玻璃基底的厚度為0.1-1mm，該超薄玻璃基底具有可彎曲性，其最小彎曲半徑可達10cm以下；
    在該超薄玻璃基底上依次沉積一第一電極、一光電轉換層和一第二電極；
    對該第一電極、該光電轉換層和該第二電極沉積完成後，用鐳射分別刻線，用以將該太陽能電池分割成複數個電池單位並形成串並連接，用以降低電阻損耗，提高電池的能量轉換效率；
    對該電池結構做鐳射或化學蝕刻處理，用以增加該電池結構的透光性；
    設置該柵電極，形成一薄膜太陽能電池板；
    對該薄膜太陽能電池板進行彎曲處理。
  15. 【第15項】
    如申請專利範圍第14項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，彎曲處理採用層壓製程將沉積於該超薄玻璃基底上的該薄膜太陽能電池板與具有剛性的彎曲結構相結合，用以封裝該薄膜太陽能電池板，使其與周圍環境相隔絕，並形成可穩定工作的彎曲的該薄膜太陽能電池板。
  16. 【第16項】
    如申請專利範圍第14項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，彎曲處理採用黏結製程，將該薄膜太陽能電池板與具有剛性的彎曲結構相結合，形成可穩定工作的彎曲的該薄膜太陽能電池板。
  17. 【第17項】
    如申請專利範圍第14項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該第一電極為全透明薄膜，該第二電極為非全透明薄膜。
  18. 【第18項】
    如申請專利範圍第14項所述的薄膜太陽能電池的製備方法，其中，該第一電極、該第二電極的透光性相等，且均為全透明薄膜。
  19. 【第19項】
    如申請專利範圍第17或18項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該第一電極、該第二電極的材料為透明導電氧化物，透明導電氧化物為選自氧化鋅、氧化錫、氧化銦錫和石墨烯中的一種。
  20. 【第20項】
    如申請專利範圍第19項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該第一電極、該第二電極製備製程溫度低於600℃。
  21. 【第21項】
    如申請專利範圍第20項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該第一電極與該第二電極採用低壓化學氣相沉積（LPCVD）、有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）或常壓化學氣相沉積（APCVD）方法製備。
  22. 【第22項】
    如申請專利範圍第21項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該光電轉換層包括選自非晶矽、微晶矽、多晶矽和單晶矽薄膜中的一種或多種，非晶矽、微晶矽、多晶矽或單晶矽薄膜形成包含一個P-N或P-I-N結的單結結構，或包含複數個P-N或P-I-N結的多結結構。
  23. 【第23項】
    如申請專利範圍第22項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該光電轉換層的製備製程的製程溫度低於600℃。
  24. 【第24項】
    如申請專利範圍第23項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該光電轉換層採用等離子增強化學氣相沉積（PECVD）方法製備。
  25. 【第25項】
    如申請專利範圍第14項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該光電轉換層包括選自碲化鎘薄膜、銅銦鎵錫薄膜和有機半導體薄膜中的一種或多種。
  26. 【第26項】
    如申請專利範圍第15項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該具有剛性的彎曲結構包括已經成型的彎曲玻璃和經表面絕緣處理後的金屬結構件。
  27. 【第27項】
    如申請專利範圍第26項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該彎曲玻璃為汽車天窗玻璃、船用結構玻璃或建築物玻璃，該經表面絕緣處理後的金屬結構件包括汽車車頂結構。
  28. 【第28項】
    如申請專利範圍第27項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該彎曲玻璃為汽車天窗玻璃，該薄膜太陽能電池板的該柵電極與汽車電源系統及其負載通過導線相連，該負載包括車廂內的風扇、照明燈、電子娛樂系統。
  29. 【第29項】
    如申請專利範圍第26項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該層壓製程在高壓釜中進行，或採用曲面真空層壓法進行層壓。
  30. 【第30項】
    如申請專利範圍第29項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該層壓製程的材料選用合成乙烯樹脂（EVA）、聚乙烯縮丁醛（PVB）或離子鍵樹脂。
  31. 【第31項】
    如申請專利範圍第16項所述的薄膜太陽能電池板的製備方法，其中，該黏結製程選用“文泰科”黏結劑。
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