[发明专利]一种柔性太阳能电池及制造方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及在改性的高透光率的柔性基片上制造太阳能光伏电池，属于柔性非晶硅薄膜太阳能电池制造技术领域。

背景技术

目前，商业化生产的太阳能电池分为两大类，一类是块状的晶体硅太阳能电池，另一类是以非晶硅太阳能电池和铜铟硒太阳能电池为代表的薄膜太阳能电池。薄膜太阳能以基片类型，又可分为硬基底和软基底薄膜太阳能电池。当今，薄膜太阳能电池市场，主要以玻璃为基底，属于硬基底电池，产品占有份额最大。相对来说软基片薄膜太阳能电池，在市场显得如凤毛凤毛麟角还很少，关键是选择合适的基底材料又能同时满足制造技术要求，难度大。现有软基底材料主要是不锈钢片和聚酰亚胺材料，柔性太阳能电池优选材料之一的聚酰亚胺膜，重量轻，成本低，缺点是不透明或半透明，透光率差。现有柔性太阳能电池，无论是采用聚酰亚胺膜为基底，还是不锈钢片或其它金属合金片为基底，柔性非晶硅太阳能电池的结构都一样。中国专利号98108941.0《太阳能电池极其制造方法》，依次按照基底、N型非晶硅层、本征非晶硅层、P型非晶硅，叠层结构，柔性薄膜电池，工艺沉积顺序是N→I→P与本发明的叠层结构和工艺正好相反。目前，大规模制造柔性太阳能电池，均采用卷绕式镀膜方式即roll-to-roll模式，这种制造非晶硅柔性太阳能电池的方式是生产设备造价昂贵，生产工艺复杂，产品成本高。这样以来市场上出售的柔性太阳能电池的价格与晶体硅太阳能电池的价格相当，与晶体硅太阳能电池的性价相比没有优势，这也是多年来柔性太阳能电池增长不快，产能不大的重要原因。

发明内容

针对以上提到采用聚酰亚胺基片的柔性太阳能电池，因产品结构和工艺问题，影响薄膜太阳能电池转化效率低。

本发明以提高光电转化效率为目的，使用改性的聚酰亚胺基片(以下简称PI基片)，改变非晶硅薄膜叠层之间的顺序排列结构，非晶硅可以是单结或多结，提高柔性太阳能电池的光电转换效率。

本发明的另一个目的，将不透光或半透光的基底材料聚酰亚胺改性，在350℃以上的基片上溅射沉积透明导电膜，制造出性能优良的透明导电膜，制造高透光率的基片，同时使柔性非晶硅太阳能电池的光电转换效率显著地提高。

结合本发明所提出的技术问题和实现的任务，技术解决方案是：以柔性、透明的PI改性基片为衬底的电池，可以是单结或多结的柔性非晶硅太阳能电池，以高分子聚合物为基底的非晶硅薄膜电池，包括单结或多结构成的薄膜非晶硅电池，其特征在于以改性聚酰亚胺PI透明基片为衬底的柔性薄膜非晶硅电池，包括在PI基片的透明导电膜TCO上的P型非晶硅层、I本征层、N型非晶硅薄膜层；或由多个PIN结叠加，形成多结叠层非晶硅薄膜层，还包括一层金属膜Al构成柔性非晶硅太阳能电池，所说的PIN结是同质结或异质结。

双结叠层电池，包括改性聚酰亚胺的PI透明基片，还包括PI透明基片上依顺序层叠的薄膜：由复合透明导电膜TCO；P型非晶硅P⁺ a-Si；本征非晶硅Ia-Si；N型微晶硅；P型微晶硅；本征非晶硅I a-Si；N型非晶硅N⁺ a-Si；金属膜Al所组成。单结薄膜非晶硅电池，是以柔性透明的PI基片为衬底，在其上顺序层叠透明导电膜TCO、P型非晶硅P⁺ a-Si、本征非晶硅I a-Si、N型非晶硅N⁺ a-Si和金属膜Al。

本发明另一个任务是制造柔性太阳能电池的方法，区别于硬基片为衬底的非晶硅太阳能电池，技术解决方案的工艺流程的步骤：

1)聚酰亚胺按摩尔比配方：3，3`-三氟代二甲基-4，4`二氨基二苯甲烷∶N，N-二甲基乙酰胺∶2，3，3`，4`-联苯四甲酸二酐＝(0.9～1.1)∶(45～50)∶(0.9～1.1)；首先制成聚酰胺酸浆料，再经真空抽滤，在0.5mm厚的不锈钢板上丝网印刷或喷涂；在120℃/1h，170℃/1h，280℃/1h，350℃/1h温度条件下烘干；冷却后制成PI基片。

2)在透明PI基片装上耐高温刚性材料制成的框架，可夹持和绷紧PI基片。

3)磁控溅射透明导电膜，温度为350℃-400℃，在PI基片上沉积一层TCO透明导电膜，可以是SnO2/ITO/ZnO。

4)预热：透明基片装沉积夹具，在温度220℃-250℃条件下，预热1.5-2小时。

5)沉积：真空室中，在温度220℃-250℃条件下，沉积非晶硅P、I、N膜；在300℃-400℃下沉积P型和N型微晶硅薄膜层，形成隧道结。