[发明专利]柔性衬底硅基多结叠层薄膜太阳电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏电池，特别涉及一种柔性衬底硅基多结叠层薄膜太阳电池，本发明还涉及该太阳电池的制造方法。

背景技术

在目前广泛使用的薄膜太阳电池中，主要采用的是非晶硅薄膜材料，但非晶硅薄膜太阳电池存在两个重要问题：(1)光致衰退效应使电池稳定性不够理想；(2)带隙较宽，材料本身对太阳辐射光谱中长波光吸收不充分，限制了电池效率的进一步提高。为了解决这两个问题，近年来人们广泛开展了非晶硅/微晶硅叠层太阳电池和非晶硅/非晶硅锗叠层太阳电池的研究工作。叠层太阳电池拓展了电池光谱响应范围，提高了光利用率；减小了非晶硅子电池的本征层厚度，光致衰退率下降，即叠层电池同时提高了效率和稳定性。

而基于柔性金属箔或聚酯膜衬底的硅基薄膜太阳电池与平板式晶体硅、玻璃衬底薄膜电池等硬衬底电池相比，其最大的特点是重量轻、可折叠和不易破碎，能被安置在流线型汽车的顶部、帆船、赛艇、摩托艇的船舱等不平整表面。柔性薄膜电池还可以很方便得安装在房屋等建筑物的楼顶与外墙面上以便充分利用丰富的太阳能。另外由于柔性薄膜电池具有较高的重量比功率，同时具有可弯曲性，非常适用于对地观测的平流层飞艇表面，军事上的利用前景光明。

为获得高性能的叠层太阳电池，除了高效率的子电池，如何减少各子电池间的电学连接损失非常重要。通常在子电池之间采用复合隧穿结来获得欧姆接触特性和低的串联电阻，但对复合隧穿结的详细结构目前报道很少。

在大面积硅基薄膜太阳电池的制作过程中，由于衬底表面的不规则、针孔、沉积过程中的颗粒污染等引起了电池部分区域的旁路电阻偏小，从而造成电池的分流漏电，形成微观上的“缺陷”和宏观上的“针孔”；同时由于沉积大面积的均匀薄膜相当困难，以致使得硅基薄膜的结构局部发生穿通，严重影响电池的性能和成品率。目前多采用“电压法”，在电池上加一反向电压，将漏电沟道线烧断即可达到治疗目的。但此种方法容易矫枉过正，使部分电池穿通，pn结性能不能再恢复。电化学钝化方法是将柔性衬底上的硅基薄膜太阳电池浸入含Al³⁺的电解液，在外加电源作用下，溶液中Al³⁺的离子与电池表面透明导电膜(TCO)的氧元素结合，形成绝缘体从而将电池中的“短路”区域堵上，增大旁路电阻，从而治疗修复电池。目前电化学钝化方法在金属箔衬底电池制备中已得到应用，但在聚酯膜衬底电池制备中还未见报道。

在大面积硅基薄膜太阳电池的制作过程中，电流收集栅线的常见制备方法包括电子束蒸发、热真空蒸发、磁控溅射、丝网印刷等，但由于柔性衬底硅基薄膜太阳电池在高温或高离子束能量下容易失效，而丝网印刷制备的栅线其电学性能不够理想，因此提出了将电子束蒸发和磁控溅射结合起来的方法，目前未见报道。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决上述技术问题，有效综合利用非晶硅、微晶硅、非晶硅锗等光伏薄膜材料，提高电池转化效率和大面积均匀性，获得高效率和高功率重量比的柔性衬底薄膜太阳电池，本发明的目的的第一方案，在于提供一种柔性衬底硅基多结叠层薄膜太阳电池。利用本发明，能够在金属箔和聚酯膜衬底上获得具有较高转换效率和重量功率比的太阳电池。

为了解决现有技术的不足，本发明目的的另一方案，还提供一种柔性衬底硅基多结叠层薄膜太阳电池的制造方法，利用该方案，解决了上述柔性衬底硅基多结叠层薄膜太阳电池微观上的“缺陷”和宏观上的“针孔”，以及柔性衬底硅基薄膜太阳电池在高温或高离子束能量下容易失效，以及丝网印刷制备的栅线其电学性能不够理想等问题。

为了达到上述发明目的，本发明的第一方案，为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种柔性衬底硅基多结叠层薄膜太阳电池，该装置包括：

在金属箔或聚酯膜柔性衬底上依次沉积背反射电极、微晶硅(μc-Si:H)或非晶硅锗(a-SiGe:H)底电池、非晶硅(a-Si:H)顶电池、透明导电薄膜、金属栅线；上述底电池和顶电池间采用复合隧穿结进行电学连接。