专利名称：：柔性非晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及非晶硅薄膜光伏电池领域，尤其涉及一种非晶硅薄膜柔性光伏电池及其制备方法。
背景技术：
：作为阳光发电(光伏)技术的重要组成部分，非晶硅薄膜电池有以下显著优点1.制造成本远比大多数光伏技术低，在中国已经实现了每峰瓦1美元以下。2.制备过程耗能远比任何其它光伏技术低，所有原材料到成品光伏组件消耗的能量总和通过组件发电回收这些能量的回收期约为6个月，而晶体硅电池则要二年以上。3.制备过程耗材远比任何其它光伏技术低，是耗材特低性产业。4.制备过程远比任何其他光伏技术洁净，基本没有三废排放，是环保型产业。5.温度效应与弱光特性最好，同样功率，每年发电量比大多数其它光伏发电技术要多约15%。6.可以做成半透明的组件，成为美观的建筑元素而集成到建筑物内外。7.可以组成可以弯曲的柔性电池组件，质量最轻，而又不易破碎。是大跨度建筑屋顶发电以及野外和空间应用的必须具备的性能。非晶硅薄膜光伏组件的光电转换效率较其他光伏技术要低，但是正在不断改进，差距真正縮小。加上述第4点的优秀的弱光与温度性能，客观地说，制备精良的非晶硅光伏组件的实际发电性能已是市场份额最大的多晶硅组件的2/3。因此大多数应用，非晶硅组件完全能够取代高耗能，高耗材，有较大的环境影响，高成本的晶体硅组件，而对建筑集成应用和野外移动应用，非晶硅光伏组件更是首选或甚至是唯一的选择。目前我国所有生产非晶硅薄膜电池的企业都只能制备采用玻璃为基底的非晶硅光伏组件。这种类型的非晶硅光伏电池组件如同其它光伏电池组件一样，重量大，易破碎是两个普遍的缺点。这两个缺点极大的限制了移动式光伏电源的应用范围与规模。把薄膜光伏电池(其本身功能结构的厚度还不到1微米)制备在O.1毫米以下的柔性衬底材料上，重量只有玻璃组件的十分之一，组件就是用子弹打，也仅留下一个弹孔仍然能正常工作，从而根本上克服现有光伏组件重量大，易破碎这两个缺点，是最理想的光伏器件。—般单结的非晶硅太阳能电池，第一层，为普通玻璃，是电池载体。第二层为绒面的TC0。所谓TCO就是透明导电膜，一方面光从它穿过被电池吸收，所以要求它的透过率高；另一方面作为电池的一个电极，所以要求它导电。TCO制备成绒面起到减少反射光的作用。太阳能电池就是以这两层为衬底生长的。太阳能电池的第一层为P层，即窗口层。下面是i层，即太阳能电池的本征层，光生载流子主要在这一层产生。再下面为n层，起到连接i和背电极的作用。最后是背电极和A1/Ag电极。目前制备背电极通常采用掺铝ZnO(Al)，或简称AZ0。由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特点，a-Si的p_n结是不稳定的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。所以，a-Si太阳能电池基本结构不是p-n结而是p-i-n结。掺硼形成P区，掺磷形成n区，i为非杂质或轻掺杂的本征层(因为非掺杂的a-Si是弱n型)。重掺杂的p、n区在电池内部形成内建势，以收集电荷。同时两者可与导电电极形成欧姆接触，为外部提供电功率。i区是光敏区，光电导/暗电导比在105106，此区中光生电子、空穴是光伏电力的源泉。非晶体硅结构的长程无序破坏了晶体硅电子跃迁的动量守恒选择定则，相当于使之从间接带隙材料变成了直接带隙材料。它对光子的吸收系数很高，对敏感光谱域的吸收系数在1014cm-l以上，通常0.5iim左右厚度的a-Si就可以将敏感谱域的光吸收殆尽。所以，p-i-n结构的a-Si电池的厚度取0.5iim左右，而作为死光吸收区的P、n层的厚度在10nm量级。尽管非晶硅是一种很好的太阳能电池材料，但由于其光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外，其光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退s-w效应，使得电池性能不稳定。解决这些问题的途径就是制备叠层太阳能电池。叠层太阳能电池是在制备的p-i-n单结太阳能电池上再沉积一个或多个p-i-n子电池制得的。国外目前采用的非晶硅柔性光伏电池采用3结p-i-n结构，结构过于复杂，对受光面第一个本征(i)层的厚度要求很薄，容易造成内部p-n间短路，极大影响良品率。同时由于设备利用率低，造成成本过高。
发明内容本发明的目的在于提供一种非晶硅薄膜柔性光伏电池及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。本发明的非晶硅薄膜柔性光伏电池，其结构由如下膜层依次排列组成不锈钢箔-铝-氧化锌铝(AZO)膜-非晶硅或微晶硅(a-Si)nl层-非晶硅或微晶硅il层_非晶硅或微晶硅pl层_非晶硅bl层-非晶硅n2层-非晶硅i2层-非晶硅p2层-氧化铟锡层(ITO)-银浆栅线。本发明非晶硅薄膜柔性光伏电池优选的结构由如下膜层依次排列组成不锈钢箔-铝-氧化锌铝膜_微晶硅nl层_微晶硅il层_微晶硅pl层_非晶硅bl层-非晶硅n2层-非晶硅i2层-非晶硅p2层-氧化铟锡层_银浆栅线。本发明非晶硅薄膜柔性光伏电池的制备方法，包括如下步骤1、不锈钢箔抛光清洗；2、PVD真空镀铝膜；3、PVD真空镀氧化锌铝膜；4、PECVD真空镀非晶硅膜或非晶硅_微晶硅膜系；5、PVD真空镀氧化铟锡膜；6、PVD镀银浆栅线；7、经过后处理步骤，得到成品。PVD即物理气相沉积，PECVD即等离子体辅助化学气相沉积。作为优选方案，PVD真空镀铝膜步骤中，所镀铝膜为亚微米绒面结构，镀膜条件为温度200-300。C，沉积压强为氩气条件下0.1-1.OPa，功率密度为l-5W/cm2;PVD真空镀氧化锌铝膜步骤中，镀膜条件为温度200-30(TC，沉积压强为氩气条件下0.1-1.OPa;功率密度为l-5W/cm2;PECVD真空镀非晶硅膜或非晶硅_微晶硅膜系步骤中，温度为200-250C，沉积压力为50-200Pa，功率密度为15-30mW/ci^，掺杂浓度(流量比)为1%-2%;按照如下顺序镀非晶硅膜非晶硅nl层-非晶硅il层-非晶硅pi层-非晶硅bl层-非晶硅n2层-非晶硅i2层-非晶硅p2层；作为优选方案，按照如下顺序镀非晶硅、微晶硅膜微晶硅nl层-微晶硅il层-微晶硅pi层-非晶硅bl层-非晶硅nl层-非晶硅i2层-非晶硅p2层；PVD真空镀氧化铟锡膜步骤中，镀膜条件为温度200-30(TC，沉积压强为氩气条件下0.1-1.OPa;功率密度为l-5W/cm2;PVD镀银浆栅线步骤中，温度为200-300C，本底真空度为10_4Pa，电子束功率为1-2KW。后处理步骤包括焊引线，层压封装退火固化，测试_电法修复_分拣，包装入库。根据发明人的大量实验发现，双结非晶硅_非晶硅电池或双结非晶硅_微晶硅电池结构是充分利用太阳光谱和制备成品率的一个较好的平衡，可大大提高良品率，在同样优秀的光电转换效率下，比目前的三结电池约高一倍的设备利用率。此外，本发明非晶硅柔性电池的制备方法环节与所需设备并不多，生产工艺基本上是低温过程，耗能与耗材都非常少，可达到大幅度降低制造成本的目的。本发明柔性光伏电池制备方法所采用的原料和设备均可采用本领域通用的产品，例如，不锈钢箔抛光清洗可采用深圳汉东清洗设备厂生产的型号为HD-QXJ16的抛光清洗机；PVD真空镀氧化锌铝膜可采用美国Williams公司生产的纯度为99.999%的高纯氧化锌铝耙。图1为实施例1制备的非晶硅柔性薄膜光伏电池的结构示意图。图2为实施例2制备的非晶硅柔性薄膜光伏电池的结构示意图。具体实施方式实施例1采用如表1所示的工艺流程制备非晶硅薄膜柔性光伏电池。所得电池的结构示意图见图1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例2除步骤4为PECVD真空镀非晶硅(a-Si)-微晶硅(uc-Si)膜系外，其余步骤同实施例1。所得电池的结构示意图见图2。对比例对比样普乐新能源(安徽)公司所生产的TFSM-S-0非晶硅太阳能电池，其结构为a-Si单结叠层电池。表2显示是在标准条件下测试的稳定值辐射度为1000W/m2，光谱为AMI.5;温度为25°C(开路电压或短路电流可定制)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>与对比样相比，采用本发明实施例1方法制备的柔性光伏电池转化效率由6%提高到6.7%。权利要求一种非晶硅薄膜柔性光伏电池，其特征在于，由如下膜层依次排列组成不锈钢箔-铝-氧化锌铝膜-非晶硅或微晶硅n1层-非晶硅或微晶硅i1层-非晶硅或微晶硅p1层-非晶硅b1层-非晶硅n2层-非晶硅i2层-非晶硅p2层-氧化铟锡层-银浆栅线。2.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜柔性光伏电池，其特征在于，由如下膜层依次排列组成不锈钢箔_铝_氧化锌铝膜_微晶硅nl层_微晶硅il层_微晶硅pl层_非晶硅bl层_非晶硅n2层-非晶硅i2层-非晶硅p2层-氧化铟锡层-银浆栅线。3.制备如权利要求1或2所述非晶硅薄膜柔性光伏电池的方法，其特征在于，依次包括如下步骤不锈钢箔抛光清洗；PVD真空镀铝膜；PVD真空镀氧化锌铝膜；PECVD真空镀非晶硅膜或非晶硅-微晶硅膜系；PVD真空镀氧化铟锡膜；PVD镀银浆栅线；经过后处理步骤，得到成品。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述PVD真空镀铝膜步骤中，所镀铝膜为亚微米绒面结构，镀膜条件为温度200-30(TC，沉积压强为氩气条件下0.l-l.OPa，功率密度为l-5W/cm2;所述PVD真空镀氧化锌铝膜步骤中，镀膜条件为温度200-30(TC，沉积压强为氩气条件下0.1-1.OPa;功率密度为l-5W/cm2。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述PECVD真空镀非晶硅膜或非晶硅_微晶硅膜系步骤中，温度为200-250C，沉积压力为50-200Pa，功率密度为15-30mW/cm2，掺杂浓度(流量比)为1%_2%。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按照如下顺序镀非晶硅膜非晶硅nl层_非晶硅il层_非晶硅Pl层_非晶硅bl层-非晶硅n2层-非晶硅i2层-非晶硅p2层。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按照如下顺序镀非晶硅-微晶硅膜系微晶硅nl层-微晶硅il层-微晶硅pl层-非晶硅bl层-非晶硅nl层-非晶硅i2层-非晶硅p2层。8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述PVD真空镀氧化铟锡膜步骤中，镀膜条件为温度200-30(TC，沉积压强为氩气条件下0.1-1.OPa;功率密度为l-5W/cm2;9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述PVD镀银浆栅线步骤中，温度为200-300C，本底真空度为10-4Pa，电子束功率为1_2KW。10.根据权利要求39任一项所述的方法，其特征在于，所述后处理步骤依次包括焊引线，层压封装退火固化，测试_电法修复_分拣，最后包装入库。全文摘要本发明提供了一种非晶硅薄膜柔性光伏电池，由如下膜层依次排列组成不锈钢箔-铝-氧化锌铝膜-非晶硅或微晶硅n1层-非晶硅或微晶硅i1层-非晶硅或微晶硅p1层-非晶硅b1层-非晶硅n2层-非晶硅i2层-非晶硅p2层-氧化铟锡层-银浆栅线。同时提供了一种上述柔性光伏电池的制备方法，依次包括如下步骤不锈钢箔抛光清洗；PVD真空镀铝膜；PVD真空镀氧化锌铝膜；PECVD真空镀非晶硅膜或非晶硅-微晶硅膜系；PVD真空镀氧化铟锡膜；PVD镀银浆栅线；经过后处理步骤，得到成品。本发明采用双结非晶硅-非晶硅或非晶硅-微晶硅电池结构，可大大提高良品率，耗能与耗材都非常少，可大幅度降低制造成本。文档编号H01L31/076GK101707224SQ20091019826公开日2010年5月12日申请日期2009年11月3日优先权日2009年11月3日发明者刘远祥,彭祥军,杨英颖,程琳申请人:彭祥军;杨英颖