TWI517425B - Solar car sunroof and its production method - Google Patents

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Description

太陽能汽車天窗及其製作方法
本發明涉及太陽能光伏應用產品領域，尤其涉及一種太陽能汽車天窗及其製作方法。
太陽能是一種取之不盡，用之不竭的新型清潔能源。與風能、核能等其他新型能源相比，由於陽光無處不在，太陽能除了適合大規模並網發電以外，也非常適合於做分散、小規模的應用。太陽能光伏發電最早的小規模應用可追溯到人造衛星上的太陽能電池板。如今，人們通常將太陽能電池板放置在建築物屋頂上，或安裝於各種交通工具上以補充日常耗能的不足。其中，用於汽車的太陽能電池板是最普遍的，每年有層出不窮的相關技術通過專利公開，典型的如下述兩例：公開號為US20060073044的美國專利提出，用固定於汽車車窗上的太陽能電池板驅動車內的風扇工作，能起到降低車內溫度的作用；公開號為US20120132245的美國專利提出，將具有柔性基底的多個太陽能電池粘合於車窗玻璃上，可以消除在車頂放置太陽能電池板時車所承受的重量。
然而上述專利公開的技術均是利用傳統的晶矽電池結構，將玻璃或柔性的聚合物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，影響汽車的整體美觀。較厚的玻璃基底、聚合物基底和晶矽的透光性都不好，與汽車車窗結合以後會降低車廂內的光照亮度。
近年來出現了一些新的技術，將薄膜太陽能電池用於汽車天窗，如申請號為CN201220357230.X的中國實用新型專利所公開的技術。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。將薄膜太陽能電池與汽車天窗相結合，製程較為簡單，也使得太陽能元件與汽車一體化，提高了整體美觀性。作為能用於汽車天窗的薄膜太陽能電池板，一方面要求其具有良好的透光性以保證車廂的照明亮度，另一方面又要求其有良好的彎曲性能，以便和汽車天窗玻璃的彎曲結構面緊密貼合。為滿足這兩方面的需求，薄膜太陽能電池板的基底必須是既透明又可彎曲的。
薄膜太陽能電池板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，但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；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板，但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，因而難以在上面沉積電池薄膜。
另外，現有的薄膜太陽能電池板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彎曲幅度的天窗玻璃的適應程度也有很大的局限性。
綜上所述，現有的太陽能汽車天窗技術所使用的薄膜太陽能電池板的玻璃的基底一般較厚，可彎曲性較差，不能滿足製作太陽能汽車天窗的彎曲度需求，並且現有的薄膜太陽能電池板的製備製程很難將其直接加工為具有一定彎曲弧度的電池板，因而無法應用於製備太陽能汽車天窗。
針對現有技術存在的問題，本發明的目的在於提供一種太陽能汽車天窗，太陽能汽車天窗所包含的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，使得太陽能汽車天窗具有良好的透光性且較容易製作加工，並具有均勻連續的一體結構。
本發明的另一目的在於提供一種太陽能汽車天窗的製作方法，製作方法具有普遍適用性，能較為方便的用於製作具有各種彎曲幅度的太陽能汽車天窗。
一種太陽能汽車天窗，太陽能汽車天窗包括天窗玻璃和薄膜太陽能電池板，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和柵電極，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。
本發明所公開的太陽能汽車天窗的有益效果在於：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，進而使得太陽能電池天窗具有良好的透光性；通過增加基底的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的效率比現有的薄膜太陽能電池高1-2%；超薄玻璃基底的可彎曲性較好，能夠方便的用於製作各種彎曲幅度的太陽能汽車天窗；第一電極連續設置在基底上，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，在應用於太陽能汽車天窗時，能與彎曲的天窗玻璃緊密結合形成均勻連續的一體結構，較為美觀。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。
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。
較佳的，第一電極為全透明薄膜，第二電極為非全透明薄膜。
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。
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。
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。
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。
較佳的，基底的彎曲半徑大於1m。
較佳的，天窗玻璃具有朝向車內的下表面以及朝向車外的上表面，薄膜太陽能電池板設置在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，天窗玻璃具有朝向車內的下表面以及朝向車外的上表面，薄膜太陽能電池板設置在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。
較佳的，超薄玻璃基底的厚度大於0.5mm，用以增加薄膜太陽能電池板的機械強度。較佳的，超薄玻璃基底為經過化學鋼化處理的玻璃，用以增加薄膜太陽能電池板的機械強度。
較佳的，柵電極通過導線與汽車電源系統及其一負載連接，負載包括車廂內的風扇、照明燈和電子娛樂系統中的至少一種。
較佳的，天窗玻璃為具有一定彎曲幅度的剛性玻璃。
較佳的，天窗玻璃為剛性玻璃，薄膜太陽能電池板與天窗玻璃的彎曲幅度不同，薄膜太陽能電池板安裝在與天窗玻璃相對應的位置。
較佳的，天窗玻璃為沒有彎曲幅度的剛性玻璃，薄膜太陽能電池板安裝在與天窗玻璃相對應的位置。
較佳的，薄膜太陽能電池板與天窗玻璃彎曲幅度相同。
本發明還提供了一種太陽能汽車天窗的製作方法，其包含如下步驟：S1.提供一成型的汽車天窗玻璃，和一超薄玻璃基底，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；S2.在超薄玻璃基底上沉積依次沉積第一電極、光電轉換層和第二電極，以形成薄膜電池組；S3.用鐳射分別對第一電極、光電轉換層和第二電極進行刻線，用以將薄膜電池組分割成諸多較小的電池單元並做串聯和並聯連接；S4.對薄膜電池組做鐳射或化學刻蝕處理，用以提高薄膜電池組的透光性；S5.設置柵電極，形成薄膜太陽能電池板；S6.將薄膜太陽能電池板與天窗玻璃結合，使得薄膜電池組被封裝於超薄玻璃基底與天窗玻璃之間，形成可工作的太陽能汽車天窗。
本發明所提供的太陽能汽車天窗的製作方法的有益效果為：本發明所提供的太陽能汽車天窗中的薄膜太陽能電池板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的天窗玻璃緊密貼合，呈一體化結構，外表更為美觀。
本發明所提供的太陽能汽車天窗的製作方法將具有可彎曲超薄玻璃基底的太陽能電池板與天窗玻璃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板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幅度的天窗玻璃的普遍適用性。因此，本發明所提供的太陽能汽車天窗的製作方法適用於製造各種彎曲幅度的太陽能汽車天窗。
較佳的，使用層壓製程將薄膜太陽能電池板與天窗玻璃結合。較佳的，使用黏結製程將薄膜太陽能電池板與天窗玻璃黏合在一起。
較佳的，第一電極為全透明薄膜，第二電極為非全半透明薄膜。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。
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。
較佳的，用於製備第一電極、第二電極的製程溫度低於600℃，用以避免超薄玻璃基底發生形變。進一步較佳的，第一電極、第二電極用低壓化學氣相沉積(LPCVD)或常壓化學氣相沉積(APCVD)方法製備。
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結或P-I-N結的單結結構，或形成包含多個P-N結及P-I-N結的多結結構。
較佳的，用於製備光電轉換層的製程溫度低於600℃，用以避免超薄玻璃基底發生形變。可選的，光電轉換層用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)方法製備。
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。
較佳的，天窗玻璃具有朝向車內的下表面以及朝向車外的上表面，薄膜太陽能電池板設置在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，超薄玻璃基底的厚度大於0.5mm，用以增加薄膜太陽能電池板的機械強度。
較佳的，超薄玻璃基底為經過化學鋼化處理的玻璃，用以增加薄膜太陽能電池板的機械強度。
較佳的，天窗玻璃具有朝向車內的下表面以及朝向車外的上表面，薄膜太陽能電池板設置在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。
較佳的，層壓製程在高壓釜中進行，層壓製程為曲面真空層壓法。
較佳的，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。
較佳的，柵電極通過導線與汽車電源系統及其一負載連接，負載包括車廂內的風扇、照明燈和電子娛樂系統中的至少一種。
10‧‧‧基底
11‧‧‧硼層
20‧‧‧第一電極
30‧‧‧光電轉換層
31‧‧‧P型層、P型摻雜層
32‧‧‧固有層、I型層
33‧‧‧N型層、N型摻雜層
40‧‧‧第二電極
50‧‧‧柵電極
100‧‧‧超薄玻璃基底
200‧‧‧薄膜電池組
300‧‧‧天窗玻璃
310‧‧‧上表面
320‧‧‧下表面
第1圖為本發明所公開的太陽能汽車天窗所包含的薄膜太陽能電池板的一種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太陽能汽車天窗的一種較佳的實施例的結構示意圖。
第6圖為本發明所公開的太陽能汽車天窗的製作方法的流程圖。
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。
一種太陽能汽車天窗，太陽能汽車天窗包括天窗玻璃和薄膜太陽能電池板，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和柵電極，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。
第1圖為本發明的一種較佳的實施例中，太陽能汽車天窗所包含的薄膜太陽能電池板的結構示意圖。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。
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圖揭示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%。
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。
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板，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電池板。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。
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。
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： 其中σ為最大表面彎曲張應力，t為超薄玻璃的厚度，R為彎曲半徑，E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。
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。在本發明的進一步較佳的實施例中，為增強超薄玻璃基底的機械強度，超薄玻璃基底的厚度大於0.5mm，或超薄玻璃基底為經過化學鋼化處理的玻璃，例如可以選用康寧公司出產的猩猩玻璃。
在本發明較佳的實施例中，基底10的彎曲半徑大於1m，參照第4圖，此時可以選用1mm的超薄玻璃作為基底10。
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。
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。
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。
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。
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。
光電轉換層30包括非晶矽、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。
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。
第5圖為本發明所公開的太陽能汽車天窗的一種較佳的實施方式的示意圖，參照第5圖，太陽能汽車天窗包括：薄膜太陽能電池板和天窗玻璃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、光電轉換層和第二電極構成。光電轉換層30包括非晶矽P型層31、非晶矽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還包括位於非晶矽P型層31、非晶矽N型層33之間的非晶矽I型層32。
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天窗玻璃300的上表面310時，非晶矽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天窗玻璃300的下表面320時，非晶矽N型層33緊鄰第一電極20設置。這樣使得非晶矽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，非晶矽P型層31中產生的電子能通過漂移和擴散運動穿過非晶矽I型層32從而被電極收 集；但如果非晶矽N型層33接受光照產生載流子，非晶矽N型層33中產生的空穴由於遷移率和壽命較小，很容易在穿過非晶矽I型層32的時候被複合而被損失掉。因此非晶矽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。
在本發明較佳的實施例中，柵電極(圖中未示)通過導線與汽車電源系統及其一負載連接，負載包括車廂內的風扇、照明燈和電子娛樂系統中的至少一種。
在本發明一種較佳的實施例中，天窗玻璃300為具有一定彎曲幅度的剛性玻璃，薄膜太陽能電池板與天窗玻璃彎曲幅度相同。
在本發明另一種較佳的實施例中，天窗玻璃為剛性玻璃，薄膜太陽能電池板與天窗玻璃的彎曲幅度不同，薄膜太陽能電池板安裝在與天窗玻璃相對應的位置。
在本發明其他較佳的實施例中，天窗玻璃為沒有彎曲幅度的剛性玻璃，薄膜太陽能電池板安裝在與天窗玻璃相對應的位置。
本發明還提供了一種太陽能汽車天窗的製作方法，參照第6圖，製作方法包括如下步驟：S1.提供一成型的汽車天窗玻璃，和一超薄玻璃基底，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；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，以形成薄膜電池組；S3.用鐳射分別對第一電極、光電轉換層和第二電極進行刻線，用以將薄膜電池組分割成諸多較小的電池單元並做串聯和並聯連接； S4.對薄膜電池組做鐳射或化學蝕刻處理，用以提高薄膜電池組的透光性；S5.設置柵電極，形成薄膜太陽能電池板；S6.將薄膜太陽能電池板與天窗玻璃結合，使得薄膜電池組被封裝於超薄玻璃基底與天窗玻璃之間，形成可工作的太陽能汽車天窗。
本發明所提供的太陽能汽車天窗中的薄膜太陽能電池板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的天窗玻璃緊密貼合，呈一體化結構，外表更為美觀。
本發明所提供的太陽能汽車天窗的製作方法將具有可彎曲超薄玻璃基底的太陽能電池板與天窗玻璃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板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幅度的天窗玻璃的普遍適用性。因此，本發明所提供的太陽能汽車天窗的製作方法適用於製造各種彎曲幅度的太陽能汽車天窗。
在本發明較佳的實施方式中，使用層壓製程將薄膜太陽能電池板與天窗玻璃結合，用以封裝薄膜太陽能電池板，使其與周圍環境相隔絕，並形成可穩定工作的太陽能汽車天窗。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。
在本發明其他較佳的實施方式中，採用黏結製程將薄膜太陽能電池板與天窗玻璃相結合，形成可穩定工作的太陽能汽車天窗。
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。
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。
光電轉換層包括非晶矽、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33、固有層32和P型摻雜層31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，或多個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。
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。
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、第二電極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，光電轉換層用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)製程方法製備。
雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，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的申請專利範圍來限定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。
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，本技術領域通常知識者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。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‧‧‧天窗玻璃
310‧‧‧上表面
320‧‧‧下表面

Claims (35)

  1. 一種太陽能汽車天窗，該太陽能汽車天窗包括一天窗玻璃和一薄膜太陽能電池板，其中，該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和一柵電極，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，當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，該第一電極在形成過程中連續設置在該基底上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能汽車天窗，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。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能汽車天窗，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。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之太陽能汽車天窗，其中，該第一電極、該第二電極的材料均為透明導電氧化物或石墨烯，該透明導電氧化物包括選自氧化鋅、氧化錫和氧化銦錫中的一種。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能汽車天窗，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結或P-I-N結的單結結構，或形成包含複數個P-N結及P-I-N結的多結結構。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能汽車天窗，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。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能汽車天窗，其中，該基底的彎曲半徑大於1m。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能汽車天窗，其中，該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設置在該天窗玻璃的上表面上，該光電轉換層包括P型層、N型層，該P型層緊鄰該第一電極設置。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能汽車天窗，其中，該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設置在該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。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池天窗，其中，該超薄玻璃基底的厚度大於0.5mm，用以增加該薄膜太陽能電池板的機械強度。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池天窗，其中，該超薄玻璃基底為經過化學鋼化處理的玻璃，用以增加該薄膜太陽能電池板的機械強度。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能汽車天窗，其中，該柵電極通過導線與汽車電源系統及其一負載連接，該負載包括車廂內的風扇、照明燈和電子娛樂系統中的至少一種。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能汽車天窗，其中，該天窗玻璃為具有一定彎曲幅度的剛性玻璃。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能汽車天窗，其中，該天窗玻璃為剛性玻璃，該薄膜太陽能電池板與該天窗玻璃的彎曲幅 度不同，該薄膜太陽能電池板安裝在與該天窗玻璃相對應的位置。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能汽車天窗，其中，該天窗玻璃為沒有彎曲幅度的剛性玻璃，該薄膜太陽能電池板安裝在與該天窗玻璃相對應的位置。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之太陽能汽車天窗，其中，該薄膜太陽能電池板與該天窗玻璃彎曲幅度相同。
  17. 一種如申請專利範圍第1-16項中任一項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，包括：S1.提供一成型的汽車天窗玻璃，和一超薄玻璃基底，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，當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；S2.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，以形成一薄膜電池組，其中該第一電極在形成過程中連續設置在該超薄玻璃基底上；S3.用鐳射分別對該第一電極、該光電轉換層和該第二電極進行刻線，用以將該薄膜電池組分割成複數個較小的電池單元並做串聯和並聯連接；S4.對該薄膜電池組做鐳射或化學蝕刻處理，用以提高該薄膜電池組的透光性；S5.設置該柵電極，形成一薄膜太陽能電池板； S6.將該薄膜太陽能電池板與該天窗玻璃結合，使得該薄膜電池組被封裝於該超薄玻璃基底與該天窗玻璃之間，形成可工作的該太陽能汽車天窗。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，使用層壓製程將該薄膜太陽能電池板與該天窗玻璃結合。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，使用黏結製程將該薄膜太陽能電池板與該天窗玻璃黏合在一起。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，該第一電極為全透明薄膜，該第二電極為非全半透明薄膜。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，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。
  22. 如申請專利範圍第20或21項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，該第一電極、該第二電極的材料均為透明導電氧化物或石墨烯，該透明導電氧化物包括選自氧化鋅、氧化錫和氧化銦錫中的一種。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，用於製備該第一電極、該第二電極的製程溫度低於600℃，用以避免該超薄玻璃基底發生形變。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，該第一電極、該第二電極用低壓化學氣相沉積(LPCVD) 或常壓化學氣相沉積(APCVD)方法製備。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，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結或P-I-N結的單結結構，或形成包含複數個P-N結及P-I-N結的多結結構。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，用於製備該光電轉換層的製程溫度低於600℃，用以避免該超薄玻璃基底發生形變。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，該光電轉換層用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)方法製備。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之太陽能電池天窗的製作方法，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。
  29. 如申請專利範圍第17項所述之太陽能電池天窗的製作方法，其中，該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設置在該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。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之太陽能電池天窗的製作方法，其中，該超薄玻璃基底的厚度大於0.5mm，用以增加該薄膜太陽能電池板的機械強度。
  31. 如申請專利範圍第29項所述之太陽能電池天窗的製作方法，其中，該超薄玻璃基底為經過化學鋼化處理的玻璃，用以增加 該薄膜太陽能電池板的機械強度。
  32. 如申請專利範圍第17項所述之太陽能電池天窗的製作方法，其中，該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設置在該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。
  33. 如申請專利範圍第18項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，該層壓製程在高壓釜中進行，該層壓製程為曲面真空層壓法。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，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。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之太陽能汽車天窗的製作方法，其中，該柵電極通過導線與汽車電源系統及其一負載連接，該負載包括車廂內的風扇、照明燈和電子娛樂系統中的至少一種。
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