专利名称：太阳能电池组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池组件，特别涉及一种可以改变形状的太阳能电池组件。
背景技术：
太阳能电池主要应用的是光电转换原理，其结构主要包括基板以及设置在基板上的P型 半导体材料层和N型半导体材料层。
光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程(请参见"Grown junction GaAs solar cell" ，Shen， C. C. ; Pearson, G丄；Proceedings of the IEEE: Volume 64， Issue 3， March 1976 Page (s) : 384-385)。当太阳光照射到半导体上时，其中 一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，有一些变成热能，另一 些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子-空穴对。这样，光能就以产生电 子-空穴对的形式转变为电能，并在P型和N型交界面两边形成势垒电场，将电子驱向N区， 空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P-N结附近形成与势垒 电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵消势垒电场外，还使P型层带正电，N型 层带负电，在N区与P区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和N型层焊上 金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、 并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。
近年来，太阳能电池已经广泛应用于航天、工业、气象等领域，如何将太阳能电池应用 于日常生活中，以解决能源短缺、环境污染等问题已成为一个热点问题。这其中，太阳能建 筑将太阳能电池与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑或家庭房屋实现电力自给，是未 来一大发展方向，德国、美国等国家更提出光伏屋顶计划。
然而， 一般的太阳能电池的基板都采用单晶硅、多晶硅或玻璃等材料，以这些材料为基 板的太阳能电池大多只能以一个固定的方向接收太阳的辐射，这样会有很大一部分的辐射能 因不能被太阳能电池接收而浪费掉。
发明内容
有鉴于此，提供一种可改变形状的太阳能电池组件实为必要。
一种太阳能电池组件，包括一个可挠曲太阳能电池，该可挠曲太阳能电池包括用于接收 太阳辐射能的第一表面，及与该第一表面相对的第二表面。 一形状记忆体合金层贴附于该第
二表面，以使该可挠曲太阳能电池随该形状记忆体合金层的形状变化而改变形状。
相对于现有技术，本发明提供的太阳能电池组件可以根据太阳能的辐射强度改变太阳能
电池的形状，使其能够接收更多的太阳辐射能，提高光电转换效率。
图l是本发明第一实施例的太阳能电池组件的结构示意图。
图2是图1所示太阳能电池组件中可挠曲太阳能电池的结构示意图。
图3是本发明第二实施例的太阳能电池组件的结构示意图。
图4是本发明第三实施例的太阳能电池组件的结构示意图。
图5是本发明第四实施例的太阳能电池组件的结构示意图。
具体实施例方式
请参见图l，本发明第一实施例提供一种太阳能电池组件l，该太阳能电池组件l包括一 可挠曲太阳能电池IO。该可挠曲太阳能电池10包括用于接收太阳辐射能的第一表面100，以 及与该第一表面100相对的第二表面101 。该第二表面101上形成有一形状记忆体合金层 15(Shape Memory Alloys layer, SMA layer)。
请参见图2，该可挠曲太阳能电池lO包括一个基板ll，该基板11具有第一表面110及第二 表面IOI。该基板11的第一表面110上依次形成有第一电极层12，半导体结构层13，及与第一 电极层12极性相反的第二电极层14。
在本实施例中，该基板11是可挠曲的铝镁合金箔(A1-Mg alloy foil),该基板的厚度大 约在10ym至100ym之间。该基板11的材料还可以是铝(A1)，镁(Mg)，不锈钢片(stainless steel sheet),或聚合物薄板(polymer sheet)等可挠曲的材料。
该第一电极层12形成在该基板11的第一表面110上。该第一电极层12的材料可以是银 (Ag)、铜(Cu)、或铝(A1)等金属，也可以是铝铜合金(A1-Cu alloy),铜钼合金(Cu-Mo alloy)等合金材料。该第一电极层的厚度大约在O. lum至10um之间。该第一电极层12可以 采用溅射(sputtering)或者沉积(d印ositing)的方法形成，优选采用直流磁控溅射法(DC magnetron sputtering)形成。
该半导体结构层13可以为三层结构，其包括一P型半导体层131、 一N型半导体层133、以 及位于P型半导体层132与N型半导体层133之间的P-N结层132。
该P型半导体层131的材料可以是P型非晶硅(P type amorphous silicon,简称P-a-Si) 材料，特别是P型含氢非晶硅(P type amorphous silicon with hydrogen,简称P-a-Si:H) 材料。当然，该P型半导体层的材料也可以是III-V族化合物或II-VI族化合物，特别是掺杂
铝(A1)、钾(Ga)、铟(In)的半导体材料，如氮化铝钾(AlGaN)或铝砷化镓(AlGaAs)。该P型半 导体层131可以通过化学气相沉积法(Chemical Vapor D印osition， CVD)形成在第一电极层 12上，在本实施例中，优选采用等离子辅助化学气相沉积法(Plasma Enhanced CVD， PECVD)，当然根据不同的材料也可以选择其它CVD方法。
优选的，该P型半导体层131的材料为P型非晶硅材料。非晶硅材料对光的吸收性比结晶 硅材料强约500倍，所以在对光子吸收量要求相同的情况下，非晶硅材料制成的半导体层的 厚度远小于结晶硅材料制成的半导体层的厚度。且非晶硅材料对基板材质的要求更低。所以 采用非晶硅材料不仅可以节省大量的材料，也使得制作大面积的太阳能电池成为可能(结晶 硅太阳能电池的面积受限于硅晶圆的尺寸)。
该P-N结层132的材料可以是结合性较好的III-V族化合物或I -III-VI族化合物，如碲化 镉(CdTe)、铜铟硒(CuInSe2)等材料。也可以是铜铟镓硒(CuIni-XGaSe2， CIGS)。该P-N结层 132用于将光子转换成电子-孔穴对并形成势垒电场。该P-N结层132可以通过化学气相沉积法 ，溅射法等方法形成在该P型半导体层131上，优选采用直流磁控溅射法或交流溅射直控法 (AC magnetron sputtering)形成。
该N型半导体层133的材料可以是N型非晶硅(N type amorphous silicon,简称N-a-Si) 材料，特别是N型含氢非晶硅(N type amorphous silicon with hydrogen,简称N-a-Si:H) 材料。当然，该N型半导体层133的材料也可以是III-V族化合物或II-VI族化合物，特别是掺 杂氮(N)、磷(P)、砷(As)的半导体材料，如氮化钾(GaN)或磷化铟镓(InGaP)。该N型半导体 层133优选采用CVD方法形成在该P-N结层132上。
可以理解的是，所述半导体结构层13也可为两层结构，该两层磊晶结构由一P型半导体 层131和一N型半导体层133组成。
该第二电极层14形成在N型半导体层133上，其包括一透明导电层141及一与该透明导电 层141电接触的金属导电层142 。
所述透明导电层141形成在N型半导体层133上，其与N型半导体层133形成欧姆接触 (ohmic contact)。所述透明导电层133的材料为透明的金属氧化物或金属掺杂氧化物，如铟 锡氧化物(Indium Tin 0xides， IT0)、氧化锌(Zn0)、氧化锡(Sn02)、铟掺杂一氧化锡 (Sn0: In)、锡掺杂三氧化二镓(Ga203: Sn)、锡掺杂银铟氧化物(Agln02: Sn)、铟锡氧化物 (In203:Sn)、锌掺杂三氧化二铟(In203:Zn)、锑掺杂二氧化锡(Sn02:Sb)、或铝掺杂氧化锌 (Zn0:Al)等。透明导电层141的光吸收系数小，可以让更多的太阳光通过。可以理解的是， 也可以在透明导电层141进一步形成一层增透膜来提高太阳光的利用率。该透明导电层141可
以采用溅射、低压化学气相沉积法或高压化学气相沉积法形成。
所述金属导电层142形成(例如沉积)在透明导电层141的远离N型半导体层133的一侧，其 一般为梳状结构。所述金属导电层142通常是由非透光的金属或金属合金材料制成的。
该形状记忆体合金层15通过粘胶等方式紧密贴附在该太阳能电池10基板11的第二表面 101。该形状记忆体合金层15的材料可以是具有单程形状记忆效应的形状记忆体合金材料， 也可以是具有双程形状记忆效应的形状记忆体合金材料，或者具有全程形状记忆效应的形状 记忆体合金材料。该形状记忆体合金材料可以选自Ti-Ni合金，铜基形状记忆体合金(如 Cu-Zn-Al合金、Cu-Zn-Ca合金、Cu-Al-Ni合金、Cu-Al-Be合金、Cu-Al-Be合金、Cu-Al-Mu合 金、Cu-Zn-Si合金、Cu-Al-Te合金等)，或铁基形状记忆体合金(如Fe-Pt合金、Fe-Pd合金、 Fe-Cr-Ni合金、Fe-Ni-C合金、Fe-Mn合金、Fe-33Ni-lOCo-4Ti合金、Fe-32Mn-6Si合金、 Fe-28Mn-6Si-5Cr合金、Fe-Cr-Ni-Co-Mn-Si合金、Fe-Cr-Ni-Mn-Si合金)等。
在贴附形状记忆体合金层15以前首先要对该形状记忆体合金层15进行训练使其进行一定 的塑性变形，这样当对形状记忆体合金层15加热到一定温度时，该形状记忆体合金层15会发 生马式体相变又恢复到原来形状(母相)。可以采用通电加热也可以采用热传导的方式对该形 状记忆体合金层15加热。在本实施例中，该形状记忆体合金层15是单层的，具有单一的马式 体相变情况。由于该太阳能电池10是可挠曲的，因此，当该形状记忆体合金层15发生形变时 ，该太阳能电池10也会随之发生相同的形变。
本实施例中，形状记忆体合金层15的材料可以选择单晶态的形状记忆体合金材料。采用 单晶态的形状记忆体合金材料不需要对该形状记忆体合金层进行训练，通过通电加热控制该 形状记忆体合金层15的横向伸縮即可以改变该太阳能电池10的形状。
请参见图3，本发明第二实施例提供一种太阳能电池组件2，该太阳能电池组件2包括一 可挠曲太阳能电池20。该可挠曲太阳能电池20包括用于接收太阳辐射能的第一表面200，以 及与该第一表面200相对的第二表面201 。该第二表面201上形成有一形状记忆体合金层 25(Shape Memory Alloys layer, SMA layer)。该太阳能电池组件2的结构与第一实施例中 的太阳能电池组件l的结构基本相同，其区别在于该形状记忆体合金层25是由多层不同类型 的形状记忆体合金材料形成的形状记忆体合金薄膜层250， 251， 252堆叠而成的。同样，在贴 附形状记忆体合金层25之前，首先要对不同的形状记忆体合金薄膜层分别进行训练。由于不 同形状记忆体合金材料具有不同的马氏体相变点，因此当将该形状记忆体合金层25加热到不 同的温度，该形状记忆体合金层25也会呈现不同的形状，这样太阳能电池20也会随之呈现不 同的形状。本实施例中，以三层结构的形状记忆体合金层为例，当然，该形状记忆体合金层
25也可以是其它多层结构的，层数越多，该形状记忆体合金层25所能呈现的形状就越多。
请参阅图4，本发明第三实施例提供一种太阳能电池组件3，该太阳能电池组件3包括一 可挠曲太阳能电池30。该可挠曲太阳能电池30包括用于接收太阳辐射能的第一表面300，以 及与该第一表面300相对的第二表面301。该第一表面300上设置有光辐射探测器31，该第二 表面301上形成有一形状记忆体合金层35。该太阳能电池组件3进一步包括一个闭环控制电路 32，该闭环控制电路32的输入端322电连接至该光辐射探测器31，该闭环控制电路32的输出 端323电连接至该形状记忆体合金层35。该闭环控制电路32根据该光辐射探测器31探测到的 光强控制该形状记忆体合金层35发生形变，从而使得太阳能电池30发生形变。
该光辐射探测器31可以为光热式光辐射探测器，光电式光辐射探测器，或光压式光辐射 探测器。本实施例中优选光电式光辐射探测器，可以将光辐射直接转换成电流或电压，探测 的响应时间短，灵敏度高。
在本实施例中，该形状记忆体合金层35为单层结构，其材料优选为具双程形状记忆效应 的形状记忆体合金材料。具双程形状记忆效应的形状记忆体合金材料经过一定的处理和训练 后，在随后的加热和冷却循环中，既能记忆高温状态母相的形状，又对低温状态的形状(马 氏体)具有记忆。采用这种具双程形状记忆效应的形状记忆体合金材料可以保证当加热和冷 却时，形状记忆体合金层35可以利用马式体可逆相变、循环地进行弹性能的储存和释放，引 起可逆的形状变化。
在本实施例中，该闭环控制电路32包括一个比较单元320及一个控制单元321。该比较单 元320用于比较该光辐射探测器31探测的太阳辐射强度I与某一特定强度Io的大小，该特定强 度Io存储在该比较单元320中。该形状记忆体合金层35被训练具有母相和马式体两种形状。 通过控制对形状记忆体合金层35的加热温度来改变形状记忆体合金层35的形状。当比较单元 320判断出光辐射探测器31探测到太阳辐射强度I小于某一特定强度Io时，形状记忆体合金层 35保持在马氏体；当比较单元320判断出光辐射探测器31探测到的太阳辐射强度I大于某一特 定强度Io时，该比较单元320输出一个控制信号至该控制单元321，该控制单元321根据该信 号供给形状记忆体合金层35—定的电流强度，使该形状记忆体合金层35达到并超过其马氏体 相变点的温度，在此情况下，形状记忆体合金层35恢复到母相的形状；当比较单元320判断 出光辐射探测器31探测到的太阳辐射强度I再一次小于某一特定强度Io时，该控制单元321减 小供给形状记忆体合金层35的电路强度，使该形状记忆体合金层35的受热温度减小到其马氏 体相变点温度以下，这样该形状记忆体合金层35又呈现马氏体形状。该特定强度Io的选择可 以根据当地的日照周期和日照强度进行合理的选择。假如某地区夏天一天24小时内从10点钟
至16点钟(AM 10:00-PM 16 :00)的日照强度都是比较强的，且10点及16点的日照强度相差不 多，那么可以选取这两个时刻光辐射探测器31探测到的光辐射强度Io为特定强度。由于10点 至16点这个时间段太阳的辐射较强，且太阳的光照与太阳能电池30之间的夹角较小，太阳能 电池30保持相对平展的形状就会接收较多的太阳辐射能；而其它时间段的日照强度都比较弱 ，太阳能电池30就需要适当的弯曲才能接收到更多的太阳能，太阳能电池30的形状可以为球 面也可以为自由曲面，可以根据该太阳能电池本身的大小以及当地的经纬度通过计算机的模 拟软件来计算出太阳能电池能够接收最多太阳辐射能的形状。
请参见图5，本发明第四实施例提供一种太阳能电池组件4，该太阳能电池组件4包括一 可挠曲太阳能电池40。该可挠曲太阳能电池40包括用于接收太阳辐射能的第一表面400，以 及与该第一表面400相对的第二表面401。该第一表面400上设置有光辐射探测器41，该第二 表面401上形成有一形状记忆体合金层45。该太阳能电池组件4进一步包括一个闭环控制电路 42，该闭环控制电路42的输入端422电连接至该光辐射探测器41，该闭环控制电路42的输出 端423电连接至该形状记忆体合金层45。该闭环控制电路42根据该光辐射探测器41探测到的 光强控制该形状记忆体合金层45发生形变，从而使得太阳能电池40发生形变。该太阳能电池 组件4的结构与第三实施例中的太阳能电池组件3的结构基本相同，其区别在于该形状记忆体 合金层45是由多层不同类型的形状记忆体合金材料形成的形状记忆体合金薄膜层 450，451，452堆叠而成的。在贴附形状记忆体合金层45之前，首先要对不同的形状记忆体合 金薄膜分别进行训练。由于不同形状记忆体合金材料具有不同的马氏体相变点，因此当将该 形状记忆体合金层45加热到不同的温度，该形状记忆体合金层45也会呈现不同的形状，这样 太阳能电池40也会随之呈现不同的形状。
该闭环控制电路42包括一个比较单元420及一个控制单元421 ，该闭环控制电路具有多个 输出端423，该多个输出端423分别电连接至该多个形状记忆体合金薄膜层450， 451， 452。该 比较单元420用于比较该光辐射探测器42探测的太阳辐射强度I与若干个特定强度h、 12 的 大小，该若干个特定强度Ii、 12…存储在该比较单元420中。与第三实施例不同的是，本实 施例可以针对不同时间段设定若干个特定强度，每两个相邻的特定辐射强度段对应一个形状 记忆体合金薄膜层450， 451， 452对应的马氏体相变温度。当比较单元420判断出光辐射探测器 41探测到太阳辐射强度I介于某相邻两个特定强度^与l2之间时，输出一个控制信号至该控 制单元421，该控制单元421根据该信号供给形状记忆体合金层45—定的电流强度，使该形状 记忆体合金层45达到并超过该强度段所对应的马氏体相变点的温度，在此情况下，形状记忆 体合金层45中对应的形状记忆体合金薄膜层会恢复到其母相的形状。随着太阳辐射强度I的
改变，控制单元421供给形状记忆体合金层45的电流强度也会发生改变，这样形状记忆体合 金层45会呈现不同的形状。
相对于现有技术，本发明提供的太阳能电池组件可以根据太阳能的辐射强度控制太阳能 电池的形状，使其能够接收更多的太阳辐射能，提高光电转换效率。
可以理解的是，本发明实施例中的可挠曲太阳能电池不仅仅限于实施例中所提供的结构 和材料，只要具有可挠曲性质的太阳能电池都适用于本发明。
可以理解的是，本发明提供的太阳能电池组件不仅可以应用于建筑领域，还可以广泛的 应用于航天器，海上运输工具，交通工具上。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构 思做出其它各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护 范围。
权利要求
权利要求1一种太阳能电池组件，包括一个可挠曲太阳能电池，该可挠曲太阳能电池包括用于接收太阳辐射能的第一表面，及与该第一表面相对的第二表面，其特征在于，一形状记忆体合金层贴附于该第二表面，以使该可挠曲太阳能电池随该形状记忆体合金层的形状变化而改变形状。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能电池组件，其包括一个可挠曲太阳能电池，该可挠曲太阳能电池包括用于接收太阳辐射能的第一表面，及与该第一表面相对的第二表面。一形状记忆体合金层贴附于该第二表面，以使该可挠曲太阳能电池随该形状记忆体合金层的形状变化而改变形状。
文档编号H01L31/052GK101388417SQ20071020170
公开日2009年3月18日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者陈杰良 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司