專利名稱：一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極及其制備方法，屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
薄膜太陽電池相較于第一代晶體硅太陽電池，具有生產(chǎn)成本低，節(jié)省原材料等優(yōu)勢。伴隨近年來電池效率的不斷提升，薄膜太陽電池展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?，是近年來太陽電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。薄膜太陽電池按照襯底性能不同可分為硬襯底太陽電池(例如以玻璃為襯底)和柔性太陽電池(例如以聚酰亞胺或不銹鋼為襯底)兩大類。相對于玻璃襯底而言，柔性襯底具有重量輕、可折疊、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，制備的柔性太陽電池具有高的功率重量比，特別適用于飛艇、平流層氣球探測器等特殊用途。但是適用于工業(yè)生產(chǎn)的柔性襯底透光性能較差，同時(shí)高分子柔性襯底在太陽光輻照下容易發(fā)生老化，不適合用在太陽電池的迎光面。因此，柔性太陽電池的工業(yè)生產(chǎn)大多以柔性薄膜作為襯底，在其上依次制備背電極、光電轉(zhuǎn)換層、和前電極。柔性薄膜太陽電池的通常結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要結(jié)構(gòu)依次為①柔性襯底，②背電極，③光電轉(zhuǎn)換層，④前透明電極，⑤封裝材料。柔性太陽電池首先制備背電極，背電極不但要能傳導(dǎo)太陽電池生成的電流和反射未被光電轉(zhuǎn)換層吸收的太陽光，而且需要將反射光進(jìn)行散射，增大其光程。研究證實(shí)，對于P-I-N結(jié)構(gòu)的電池，若在電池的迎光面形成絨面結(jié)構(gòu)，可以有效散射入射光，增大入射光的光程進(jìn)而增大光電吸收層對于入射光的吸收效率，這通常被稱為陷光效應(yīng)。對于N-I-P結(jié)構(gòu)的電池(前述柔性薄膜電池通常結(jié)構(gòu)即為該結(jié)構(gòu))，陷光效應(yīng)往往通過制備具有絨面結(jié)構(gòu)的背電極來實(shí)現(xiàn)。陷光效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)可有效提升薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，減小太陽電池光電吸收層的厚度，節(jié)約太陽電池的生產(chǎn)成本。從已公開的專利情況來看，中國專利CN200610016182公開了一種柔性CIGS太陽電池的結(jié)構(gòu)和制備方法，并公開了改進(jìn)金屬電極制備工藝對太陽電池整體性能的影響；中國專利CN200620039938公開了一種柔性非晶硅薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)；中國專利 CN200810236695公開了一種柔性非晶硅薄膜太陽電池的制備方法；CN201010M93^公開了一種柔性CIGS太陽電池及其制備方法；中國專利CN201010202098公開了一種柔性襯底絨面ZnO的制備方法和太陽電池中的應(yīng)用。已公開專利的內(nèi)容多集中在柔性太陽電池結(jié)構(gòu)和制備方案，沒有關(guān)于陷光效應(yīng)的專利公開，且已公開的研究工作中沒有通過改進(jìn)背電極制備方法實(shí)現(xiàn)背面陷光效應(yīng)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極及其制備方法，在達(dá)到不低于現(xiàn)有技術(shù)制備的太陽能薄膜電池透光組件的輸出電性能及透光性的同時(shí)，具有成本低、效率高、操作簡單，耗時(shí)短等特點(diǎn)，解決背景技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極的制備方法，直接在柔性襯底上制備表面具有絨面結(jié)構(gòu)的金屬背電極，包含如下工藝步驟⑴在柔性襯底上形成凹凸起伏的絨面結(jié)構(gòu)；⑵在已具有凹凸表面結(jié)構(gòu)的襯底上沉積金屬薄膜，作為柔性電池的金屬背電極。所說的凹凸起伏的絨面結(jié)構(gòu)，清洗后的柔性襯底表面涂覆一層微顆粒，微顆粒直徑在IOnnTl μ m之間，微顆粒的間距為(TlO μ m ；通過調(diào)節(jié)微顆粒的尺寸以及微顆粒的間距來改變最終制備金屬背電極的表面絨度。獲得絨面結(jié)構(gòu)的方法包括旋涂、拉膜、吸附在薄膜表面獲得微顆粒薄膜的物理方法，用來形成凹凸結(jié)構(gòu)的材料可以是任何尺寸的微顆粒，例如Ti02、SiO2、高分子微球。獲得絨面結(jié)構(gòu)的方法包括在薄膜上制備絨面結(jié)構(gòu)或納米陣列結(jié)構(gòu)化學(xué)方法，形成絨面結(jié)構(gòu)的可以是任何尺寸的微觀結(jié)構(gòu)，例如納米線陣列、金字塔結(jié)構(gòu)陣列以及納米-微米坑洞結(jié)構(gòu)。所說的金屬薄膜層通過濺射、蒸發(fā)方法制備在柔性襯底上，金屬膜層包括鋁、銀、 鉬金屬薄膜。獲得絨面結(jié)構(gòu)的方法還可以是a)濺射生長aiO，通過濕化學(xué)法進(jìn)行刻蝕，b)低壓化學(xué)氣相沉積硼摻雜氧化鋅(ZnOB)，c)水熱法制備納米線陣列。一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極，采用上述方法制備，金屬背電極表面具有絨面結(jié)構(gòu)，具有高絨度值，對入射光具有高反射率，所說的絨度值為漫反射率與總反射率的比值，絨度值為大于85%，對入射光的反射率大于60%。本發(fā)明的積極效果本發(fā)明獲得的絨面金屬背電極具有可調(diào)的絨度值(絨度值定義為漫反射率與總反射率的比值)和高的反射率，適合用于柔性薄膜太陽電池。使用本發(fā)明的絨面金屬背電極制備柔性薄膜太陽電池具有以下優(yōu)勢1)背電極的表面結(jié)構(gòu)可以通過改變微顆粒尺寸和間距的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便靈活，有利于實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化；幻金屬背電極具有高反射率，可以提高太陽光利用率，提升電池效率；3)太陽光在電池中具有高光程，因此可以減小薄膜電池吸收層厚度，縮短生產(chǎn)節(jié)拍，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。


圖1是背景技術(shù)柔性薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖(以薄膜硅電池為例) 圖2是本發(fā)明工藝流程示意圖
圖中柔性襯底①，背電極②，光電轉(zhuǎn)換層③，前透明電極④，封裝材料⑤。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1
首先使用超聲清洗后的聚酰亞胺膜作為柔性襯底，使用旋涂的方法在聚酰亞胺膜上涂覆一層TiO2顆粒，TiO2顆粒的直徑在IOnnTl μ m之間。然后使用磁控濺射的方法，在涂覆有微顆粒的聚酰亞胺膜上直接生長鋁薄膜。如上所述的沉積工藝，選取氣體壓強(qiáng)3-30mTorr，射頻功率100-250W，通入氬氣流量2-20sCCm，沉積溫度為室溫，可通過調(diào)節(jié)沉積時(shí)間改變鋁膜的厚度。磁控濺射鋁薄膜后即可得到具有絨面結(jié)構(gòu)的金屬薄膜，可作為背電極制備薄膜硅柔性電池。實(shí)施例2
如實(shí)施例1所述鋁薄膜制備方法，使用蒸發(fā)法制備鋁膜，得到的鋁薄膜也具有絨面結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3
首先使用濺射法在聚酰亞胺襯底上制備ZnO薄膜。沉積工藝為氣體壓強(qiáng)3-30mTorr， 射頻功率100-250W，通入氬氣流量2-20sCCm，沉積溫度為室溫_200°C。然后使用濕化學(xué)法對ZnO薄膜進(jìn)行刻蝕，獲得絨面結(jié)構(gòu)。所用刻蝕液濃度為0. l_5wt%，可以為酸性或堿性溶液。最后如實(shí)施例1、2所述鋁薄膜制備方法，獲得絨面鋁薄膜背電極。實(shí)施例4
首先使用化學(xué)自組裝的方法，在聚酰亞胺表面均勻生長一層SiO2納米球。然后如實(shí)施例1、2所述鋁薄膜制備方法，獲得絨面鋁薄膜背電極。實(shí)施例5
首先使用水熱法在薄膜表面制備ZnO納米陣列結(jié)構(gòu)，工藝為在加熱溫度70-10(TC下加熱0. 2-2mol/L醋酸鋅和0. 2-2mol/L六次甲基四胺(HMT)混合溶液，加熱時(shí)間2_10小時(shí)。 然后如實(shí)施例1、2所述鋁薄膜制備方法，獲得絨面鋁薄膜背電極。實(shí)施例6
改鋁薄膜為銀薄膜，同樣可用作薄膜硅柔性電池背電極。實(shí)施例7
改鋁薄膜為鉬薄膜，可用作CIGS柔性電池背電極。
權(quán)利要求
1.一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極的制備方法，其特征在于直接在柔性襯底上制備表面具有絨面結(jié)構(gòu)的金屬背電極，包含如下工藝步驟⑴在柔性襯底上形成凹凸起伏的絨面結(jié)構(gòu)；⑵在已具有凹凸表面結(jié)構(gòu)的襯底上沉積金屬薄膜，作為柔性電池的金屬背電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極的制備方法，其特征在于所說的凹凸起伏的絨面結(jié)構(gòu)，清洗后的柔性襯底表面涂覆一層微顆粒，微顆粒直徑在 IOnnTl μ m之間，微顆粒的間距為(TlO μ m ；通過調(diào)節(jié)微顆粒的尺寸以及微顆粒的間距來改變最終制備金屬背電極的表面絨度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極的制備方法，其特征在于獲得絨面結(jié)構(gòu)的方法包括旋涂、拉膜、吸附在薄膜表面獲得微顆粒薄膜的物理方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極的制備方法，其特征在于獲得絨面結(jié)構(gòu)的方法包括在薄膜上制備絨面結(jié)構(gòu)或納米陣列結(jié)構(gòu)化學(xué)方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極的制備方法，其特征在于所說的金屬薄膜層通過濺射、蒸發(fā)方法制備在柔性襯底上，金屬膜層包括鋁、銀、鉬金屬薄膜。
6.一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極，其特征在于采用權(quán)利要求1所限定的方法制備，金屬背電極表面具有絨面結(jié)構(gòu)，具有高絨度值，對入射光具有高反射率，所說的絨度值為漫反射率與總反射率的比值，絨度值為大于85%，對入射光的反射率大于60%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性薄膜太陽電池金屬背電極及其制備方法，屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是直接在柔性襯底上制備表面具有絨面結(jié)構(gòu)的金屬背電極，包含如下工藝步驟⑴在柔性襯底上形成凹凸起伏的絨面結(jié)構(gòu)；⑵在已具有凹凸表面結(jié)構(gòu)的襯底上沉積金屬薄膜，作為柔性電池的金屬背電極。使用本發(fā)明的絨面金屬背電極制備柔性薄膜太陽電池具有以下優(yōu)勢1)背電極的表面結(jié)構(gòu)可以通過改變微顆粒尺寸和間距的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便靈活，有利于實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化；2)金屬背電極具有高反射率，可以提高太陽光利用率，提升電池效率；3)太陽光在電池中具有高光程，因此可以減小薄膜電池吸收層厚度，縮短生產(chǎn)節(jié)拍，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
文檔編號H01L31/052GK102403411SQ20111040091
公開日2012年4月4日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者宋鑫, 潘清濤, 胡增鑫, 賈海軍, 麥耀華 申請人:保定天威集團(tuán)有限公司