專利名稱：大面積柔性薄膜太陽能電池及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電技術領域，特別是涉及一種大面積柔性薄膜太陽能電池及其制造方法。
背景技術：
能源是人類社會發(fā)展的動力，是國民經濟發(fā)展和人民生活水平提高的重要物質基礎。目前廣泛使用的常規(guī)能源(主要是煤、石油、天然氣等化石能源)有限，且多年過度的開發(fā)利用已造成嚴重的環(huán)境問題，制約著經濟和社會的發(fā)展。因此，開發(fā)可再生能源是關系到國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關鍵措施之一。在各種可再生能源中，太陽能光伏發(fā)電技術是近些年來太陽能利用領域中發(fā)展最快，最前沿的研究領域。其中薄膜太陽能電池因為耗材少、制造成本低而成為研究的熱點。 目前的薄膜太陽能電池按襯底可分為硬性襯底(如玻璃襯底)和柔性襯底(如高溫塑料、 樹脂聚合物、鋁箔、鋼帶)兩大類。柔性襯底薄膜太陽電池由于重量輕、可卷曲的特性，具有便于攜帶、便于安裝、易與建筑一體化和高功率重量比的優(yōu)點，從而在多個領域具有良好的應用前景，極大地擴展了太陽能電池的應用空間。柔性襯底薄膜太陽電池傳統(tǒng)上采用卷對卷(roll-to-roll)的連續(xù)沉積工藝，雖生產成本較高但可大批量連續(xù)化生產。如果采用質量較輕且不易破碎的柔性太陽電池制作電站，不僅可以大大降低電池的運輸成本和電站的建設及安裝成本，而且更便于在已有建筑的頂部和四周安裝，且不需要增加建筑物的承重要求。也可以制造出可以自由移動的太陽能電站，還可制造出便攜式、大眾化太陽能電池，這樣不僅可以最大限度的利用太陽能，而且可以滿足形形色色的能源需求。目前，柔性薄膜太陽能電池基本都是直接在柔性襯底上使用專門處理柔性基材的設備上制造。但是，直接使用柔性襯底作為基板進行薄膜沉積的生產設備與現有的、廣泛使用的、生產成本相對低的在硬性基板比如玻璃上沉積薄膜的設備不兼容，而且非常昂貴，工藝也較為復雜。其中，在利用臨時襯底作為柔性轉移襯底制造柔性薄膜太陽電池的方法中， 存在著臨時襯底需要蝕刻去除，不可重復利用，且不利于大面積產業(yè)化等問題。而且現有的在柔性襯底上直接形成薄膜太陽能電池的技術由于襯底或襯底上的電極的不透光性，不能實現大面積內級聯(monolithic integration)，從而導致大面積光伏組件成本的提高和可靠性的下降。在玻璃等硬性基板表面粘貼柔性襯底，再在柔性襯底表面沉積薄膜層系來完成柔性薄膜太陽能電池的制造，會遇到的問題包括對柔性襯底材料的苛刻要求，例如耐溫性、真空腔室的非污染性、高溫過程后的透光性和柔韌性，以及襯底與器件層系熱膨脹系數的相對匹配、柔性襯底與硬性基板的溫度性能匹配等。另外，大面積柔性襯底很難保證在整個器件制造過程中自始至終保持平展地鋪設在硬性基板表面、且工藝完成后在不損壞電池的前提下易于柔性襯底的剝離。即使有這種材料，例如被認為性能最佳的聚酰亞胺，也不可能自始至終在硬性基板上保持全部平展，在電池制造過程中容易產生嚴重的凸起或褶皺。特別
4在大面積柔性薄膜太陽能電池的制造過程中，柔性襯底的這種不可忽略的凸起或褶皺，不但極大地影響薄膜沉積的均勻性和一致性，而且形成內級聯的激光劃線工藝無法可靠、滿足性能要求地實現。本發(fā)明人經過潛心研究和積極探索，在申請?zhí)枮?01110081859.6的中國專利申請中提出了一種新型的柔性光電器件、特別是大面積柔性薄膜太陽能電池和制造方法，其宗旨是硬性制造、柔性成型，直接在玻璃等硬性載板上形成脫離保護膜和包括透明導電前電極(TCO)、單結或多結半導體光電轉換單元(例如p-i-n疊層結構)和背電極等層系結構的薄膜太陽能電池層系，且使其具有內級聯結構，再將柔性載體(柔性承載層)牢靠地結合在電池層系上，然后利用柔性載體將電池層系、包括脫離保護膜一起整體性地從硬性載板表面脫離，經過進一步的受光面保護性封裝，從而形成低成本、大面積、高度集成內級聯的柔性薄膜太陽能電池及其組件，能夠利用已經成型的塑料薄膜作為脫離保護層，直接在硬性基板上，利用現有的、成熟的制造硬性薄膜太陽能電池的設備和工藝，來制造大面積、具有內級聯的柔性薄膜太陽能電池。在上述的技術方案中，脫離保護膜要求具有很好的透明度、光散射率、耐高溫性、 抗拉強度和尺寸穩(wěn)定性，特別是持續(xù)受熱時應力分布的均勻性。在這些方面需要對上述技術方案做進一步的優(yōu)化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種大面積柔性薄膜太陽能電池及其制造方法，不但能夠改善脫離保護膜的應力分布和尺寸穩(wěn)定性，而且能夠進一步提高光電轉換效率。為達到上述目的，本發(fā)明提供的一種大面積柔性薄膜太陽能電池，包括至少一層脫離保護膜；形成于所述脫離保護膜表面的具有內級聯結構的薄膜太陽能電池各層系；以及與所述薄膜太陽能電池各層系結合的封裝層；所述脫離保護膜的表面為絨面。所述脫離保護膜的材料為透明、尺寸穩(wěn)定性良好、耐溫、且抗拉的塑料薄膜?？蛇x的，所述塑料薄膜包括聚醚醚酮樹脂PEEK、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚對苯二甲酸乙二醇酯PET或聚氟乙烯ETFE，或其它含氟的聚合物薄膜，如聚四氟乙烯PFA。可選的，所述脫離保護膜表面還包括連接層和保護層?？蛇x的，所述連接層為乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA，所述保護層為聚氟乙烯ETFE。可選的，所述保護層具有絨性或凹凸不平的表面。本發(fā)明提供的一種大面積柔性薄膜太陽能電池的制造方法，包括提供脫離保護膜；將所述脫離保護膜表面制成絨性表面；將表面為絨性的脫離保護膜粘貼在硬性基板表面；在所述脫離保護膜表面沉積薄膜太陽能電池各層系并形成內級聯結構；在所述太陽能電池各層系表面形成封裝層；將所述脫離保護膜、薄膜太陽能電池各層系和封裝層整體性地與所述硬性基板脫
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可選的，將所述脫離保護膜表面制成絨性的方法為，利用包括常壓化學氣相沉積的CVD或PVD工藝在脫離保護膜表面沉積薄膜?？蛇x的，所述薄膜包括氧化硅或氮化硅膜層。可選的，將所述脫離保護膜表面制成絨性的方法為，在脫離保護膜表面均勻噴灑高分子耐溫材料?？蛇x的，所述高分子耐溫材料包括高溫膠或其它高分子聚合物?？蛇x的，將所述脫離保護膜表面制成絨性的方法為，利用表面粗糙的輥輪在脫離保護膜表面輥壓的壓花工藝得到絨性表面。可選的，將所述脫離保護膜表面制成絨性的方法為，利用含氧等離子體刻蝕所述脫離保護膜表面，得到絨性表面?？蛇x的，將所述脫離保護膜表面制成絨性的方法為，對脫離保護膜表面進行濕法刻蝕，得到絨性表面。可選的，所述方法還包括對太陽能電池的受光面進行封裝保護的步驟。所述步驟包括在脫離保護膜表面覆蓋連接層；在所述連接層表面覆蓋保護層；將所述保護層、連接層與脫離保護膜熱壓在一起?？蛇x的，所述連接層為乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA，所述保護層為聚氟乙烯ETFE?？蛇x的，所述保護層的表面為具有絨性或凹凸不平的表面?？蛇x的，所述凹凸不平的表面利用硬質材料網擠壓獲得。與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明將脫離保護膜表面處理為絨性，絨性表面的脫離保護膜不但能夠在橫向和縱向更有效地分散應力，而且能夠增加光散射能力。在加熱時，脫離保護膜的絨性使得在膨脹的過程中應力的分布更加均勻，橫向和縱向等各個方向上的應力能夠在很大程度上相互抵消，內部應力得到化解。內部應力的化解使脫離保護膜在受熱過程的變形大大降低，能夠在硬性基板上始終保持平展，提高了脫離保護膜的尺寸穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明還可在脫離保護膜表面也就是，電池的受光面再形成一層保護層，且保護層優(yōu)選為凹凸不平的表面，能夠進一步增加光散射率，提高光電轉換效率。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖Ia至圖Ib為說明脫離保護膜變形和起泡現象的示意圖；圖加至圖2b為根據本發(fā)明實施例的絨性表面脫離保護膜的結構示意圖；圖3a至圖北為根據本發(fā)明實施例的制備絨性表面的脫離保護膜的過程示意圖；圖4至圖6為說明本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池制造方法的器件結構流程示意圖；圖7至圖8為說明本發(fā)明另一實施例的柔性薄膜太陽能電池和制造方法的器件結構流程示意圖。所述示圖是示意性的，而非限制性的，在此不能過度限制本發(fā)明的保護范圍。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。圖Ia至圖Ib為說明脫離保護膜變形和起泡現象的示意圖。如圖Ia和圖Ib所示， 在基板100表面粘貼脫離保護膜200，如果脫離保護膜200為表面比較光滑的平坦表面，且基板100、例如玻璃基板100表面通常也很光滑，那么在粘貼脫離保護膜200時就很難將玻璃基板100與脫離保護膜200之間的空氣完全排出。在加熱時，殘留的氣體便在脫離保護膜200表面形成鼓泡。而且，當脫離保護膜200的熱膨脹系數較大時，例如用工程塑料(聚醚醚酮樹脂PEEK、聚氟乙烯ETFE等)作為脫離保護膜200的材料，由于材料的熱膨脹系數遠大于硬性基板，在較大幅度的升溫時其自身產生的應力較大，且在各個方向上分布不均勻，這種應力會通過脫離保護膜200本身的無規(guī)則、不可預料的變形方式得以釋放，會使脫離保護膜200出現卷邊和局部褶皺的變形現象，對后續(xù)的薄膜沉積的均勻性，特別是激光劃線造成嚴重的影響。因此，本發(fā)明提供了一種大面積柔性薄膜太陽能電池及其制造方法，其宗旨是將脫離保護膜表面處理為絨性。絨性表面的脫離保護膜能夠在橫向和縱向更有效地分散應力。在加熱時，脫離保護膜的絨性使得在膨脹的過程中應力的分布更加均勻，橫向和縱向等各個方向上的應力能夠在很大程度上相互抵消，在受熱過程的變形大大降低，能夠提高脫離保護膜的尺寸穩(wěn)定性。此外還能夠增加脫離保護膜的光散射系數，提高光電轉換效率。圖加至圖2b為根據本發(fā)明實施例的絨性表面脫離保護膜的結構示意圖。本發(fā)明的脫離保護膜的材料要求是可成膜材料，要能夠便于大面積均勻敷設形成膜層，包括各類硅膠、各類聚合物、各類高溫膠、各類高溫涂料，以及含上述材料的混合物， 例如含有聚酰亞胺、特氟隆TEFLON、氟化乙烯丙烯共聚物FEP、聚全氟代烷氧基PFA或硅酮 silicone材料的聚合物，或UV固化聚合物。本實施例的脫離保護膜的材料要求為透明、 尺寸穩(wěn)定性良好、耐溫、且抗拉的塑料薄膜，例如聚醚醚酮樹脂PEEK、聚萘二甲酸乙二醇酯 PEN (poly (ethylene naphthalate))、聚對苯二甲酸乙二醇酯PET或聚氟乙烯ETFE，或其它含氟聚合物薄膜，如聚四氟乙烯PFA。根據本發(fā)明實施例的具有絨性的脫離保護膜既可以是一個表面具有絨性，如圖加所示的脫離保護膜300，也可以是如2b所示的脫離保護膜310， 上下表面均為絨性。圖3a至圖北為根據本發(fā)明實施例的制備絨性表面的脫離保護膜的過程示意圖。 將脫離保護膜處理為絨面的方法，根據本發(fā)明的實施例，在一個實施例中，可以利用常壓化學氣相沉積的CVD或PVD工藝在脫離保護膜表面沉積薄膜，例如氧化硅或氮化硅薄膜，使脫離保護膜表面成為絨面。在其它實施例中，如圖3a所示，可利用表面粗糙的輥輪220在脫離保護膜表面輥壓，利用這種壓花工藝得到絨性表面的脫離保護膜300。在另一個實施例中，如圖北所示，在脫離保護膜330表面均勻噴灑高分子耐溫材料331，例如高溫膠或其它高分子聚合物如聚酰亞胺與硅酮的混合溶液，得到絨性表面的脫離保護膜。優(yōu)選的，將高溫膠或聚酰亞胺與稀釋劑混合稀釋，混合稀釋后得到的混合溶液均勻噴灑在脫離保護膜表面，待稀釋劑揮發(fā)后，可得到絨性表面。在其它實施例中，還可利用含氧等離子體刻蝕所述脫離保護膜表面，得到絨性的表面。還可以對脫離保護膜表面進行濕法刻蝕，得到絨性表面。圖4至圖6為說明本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池制造方法的器件結構流程示意圖。如圖所示，將表面為絨性的脫離保護膜300粘貼在硬性基板例如玻璃基板100表面，在脫離保護膜300表面沉積薄膜太陽能電池各層系400，并形成內級聯；然后在太陽能電池各層系400表面形成封裝層500。然后，將脫離保護膜300、薄膜太陽能電池各層系400和封裝層與硬性基板100脫離。本發(fā)明的大面積柔性薄膜太陽能電池如圖6所示，包括表面為絨面的脫離保護膜 300，形成于所述脫離保護膜表面的具有內級聯的薄膜太陽能電池各層系400以及封裝層 500。圖7至圖8為說明本發(fā)明另一實施例的柔性薄膜太陽能電池和制造方法的器件結構流程示意圖。在另一個實施例中，進一步對太陽能電池的受光面進行保護性封裝。如圖所示，在脫離保護膜300表面、也就是薄膜太陽能電池的受光面覆蓋連接層600 ；然后在連接層600表面再覆蓋保護層700。在一個實施例種，連接層600的材料為乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA，保護層700的材料為聚氟乙烯ETFE。利用層壓工藝將所述保護層700、連接層600 與脫離保護膜300熱壓在一起，與薄膜太陽能電池形成一個整體。優(yōu)選的，保護層700的表面、也就是受光面為凹凸不平的表面，該凹凸不平的表面可利用一硬質材料網800鋪設在保護層700表面，施以壓力進行擠壓使表面變形獲得，如圖7和圖8所示。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。 因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種大面積柔性薄膜太陽能電池，包括 至少一層脫離保護膜；形成于所述脫離保護膜表面的具有內級聯結構的薄膜太陽能電池各層系；以及與所述薄膜太陽能電池各層系結合的封裝層；其特征在于 所述脫離保護膜的表面為絨面。
2.根據權利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述脫離保護膜的材料為透明、尺寸穩(wěn)定性良好、耐溫、且抗拉的塑料薄膜。
3.根據權利要求2所述的柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述塑料薄膜包括聚醚醚酮樹脂PEEK、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN、聚對苯二甲酸乙二醇酯PET或聚氟乙烯ETFE，或其它含氟的聚合物薄膜，如聚四氟乙烯PFA。
4.根據權利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述脫離保護膜表面還包括連接層和保護層。
5.根據權利要求4所述的柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述連接層為乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA，所述保護層為聚氟乙烯ETFE。
6.根據權利要求5所述的柔性薄膜太陽能電池，其特征在于所述保護層具有絨性或凹凸不平的表面。
7.一種大面積柔性薄膜太陽能電池的制造方法，包括 提供脫離保護膜；將所述脫離保護膜表面制成絨性表面；將表面為絨性的脫離保護膜粘貼在硬性基板表面；在所述脫離保護膜表面沉積薄膜太陽能電池各層系并形成內級聯結構；在所述太陽能電池各層系表面形成封裝層；將所述脫離保護膜、薄膜太陽能電池各層系和封裝層整體性地與所述硬性基板脫離。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于將所述脫離保護膜表面制成絨性的方法為，利用包括常壓化學氣相沉積的CVD或PVD工藝在脫離保護膜表面沉積薄膜。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于所述薄膜包括氧化硅或氮化硅膜層。
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于將所述脫離保護膜表面制成絨性的方法為，在脫離保護膜表面均勻噴灑高分子耐溫材料。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于所述高分子耐溫材料包括高溫膠或其它高分子聚合物。
12.根據權利要求7所述的方法，其特征在于將所述脫離保護膜表面制成絨性的方法為，利用表面粗糙的輥輪在脫離保護膜表面輥壓的壓花工藝得到絨性表面。
13.根據權利要求7所述的方法，其特征在于將所述脫離保護膜表面制成絨性的方法為，利用含氧等離子體刻蝕所述脫離保護膜表面，得到絨性表面。
14.根據權利要求7所述的方法，其特征在于將所述脫離保護膜表面制成絨性的方法為，對脫離保護膜表面進行濕法刻蝕，得到絨性表面。
15.根據權利要求7所述的方法，其特征在于所述方法還包括對太陽能電池的受光面進行封裝保護的步驟。
16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述步驟包括在脫離保護膜表面覆蓋連接層； 在所述連接層表面覆蓋保護層； 將所述保護層、連接層與脫離保護膜熱壓在一起。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于所述連接層為乙烯-醋酸乙烯共聚物 EVA，所述保護層為聚氟乙烯ETFE。
18.根據權利要求16所述的方法，其特征在于所述保護層的表面為具有絨性或凹凸不平的表面。
19.根據權利要求18所述的方法，其特征在于所述凹凸不平的表面利用硬質材料網擠壓獲得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大面積柔性薄膜太陽能電池及其制造方法，將脫離保護膜處理為絨性，然后在絨性的脫離保護膜表面形成太陽能電池各層系和封裝層。脫離保護膜作為在硬性基板上制造柔性薄膜太陽能電池的載體，本發(fā)明的方法不但能夠很好地改善脫離保護膜應力分布的均勻性和可控性，極大地提高了脫離保護膜的平整度和尺寸穩(wěn)定性，而且還能夠提高脫離保護膜的光散射系數，提高光電轉換效率。
文檔編號H01L31/0236GK102208458SQ20111008830
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權日2011年4月11日
發(fā)明者張超華, 徐穎, 施成營, 李曉常, 李沅民, 連重炎 申請人:北京精誠鉑陽光電設備有限公司