专利名称：太阳能电池与高能量密度存储器的集成的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能电池与髙能量密度存储器的集成及其制造方法。
背景技术：
目前电能贮存用的最多的是蓄电池。铅酸蓄电池的发明已有ioo多年的历史，它利用化学能和电能的可逆转换，实现充电和放电，铅酸蓄电池价格较 低，但使用寿命短，重量大，需要经常维护。近年来以锂电池、燃料电池为 代表的新型电池是发展能源技术的主力军，但这些电池存在着使用寿命短， 对环境有污染等缺点。除了环境有害方面的缺点以外，体积庞大也是大容量的超级电容器存在的主要问题之一，如近年来多层陶瓷电容器(MLC)技术 目前虽然有许多进展，但目前仍无法做到足够小体积和足够大的电容值来满 足日益发展的电子线路髙密度需求。能量存储器可用于与太阳能电池配套来储存电能，现有技术中太阳能电池 装置除了太阳能电池以外，还需要另外配备能量存储器来存储太阳能电池转 化的电能，能量存储器与太阳能电池是分离的，这样的结构增大了太阳能电 池装置的体积，不方便运输和安装同时太阳能电池与能量存储器之间的连 接不够可靠。发明内容本实用新型的目的是提供一种太阳能电池与高能量密度存储器的集成及 其制造方法，其将太阳能电池与高能量密度存储器髙度集成，一方面减小了 太阳能电池装置的体积，方便运输和安装；另一方面太阳能电池与能量存储 器之间结合紧密，结构更加牢固可靠。本实用新型的技术方案是一种太阳能电池与髙能量密度存储器的集成，包括太阳能电池和供太阳能 电池储存电能的髙能量密度存储器，所述髙能量密度存储器包括镀设于太阳 能电池的背光侧表面的绝缘衬底、所述衬底表面设有若干向内凹陷的小槽， 所述衬底表面还设有若干电极层、以及分别间隔设置于每相邻两电极层之间 的若干髙介电常数介质层，所述电极层和介质层与小槽位置对应的部分填充 于小槽内。本实用新型进一步的技术方案是一种太阳能电池与髙能量密度存储器的 集成，包括太阳能电池和供太阳能电池储存电能的髙能量密度存储器，所述 髙能量密度存储器包括镀设于太阳能电池的背光侧表面的绝缘氧化物衬底、 所述衬底表面设有若干向内凹陷的小槽，所述衬底表面还设有若干电极层、 以及分别间隔设置于每相邻两电极层之间的若干高介电常数介质层，所述电 极层和介质层与小槽位置对应的部分填充于小槽内上述的小槽可以通过光 刻加工，小槽的直径可以达到0.1微米左右，相邻小槽之间的间距也可设置为 0.1微米，使得其在衬底表面的分布密度可以达到上亿个/平方厘米。若小槽的 直径更小时，则其分布密度更髙；当小槽直径较大时，也可采取模具等其它 方法加工小槽，此时其分布密度就会较低。这样髙密度分布的小槽加大了衬 底表面的表面积，使之可以达到原来所占面积的几百倍甚至上千倍，从而使 得形成的存储器具有超大密度的能量存储性能。上述电极层可以是铜、白金、 铅或其它金属材料，可以为厚度仅300埃米-2000埃米的金属薄膜。上述介 质层可以是任何具有髙介电常数的电介质，可以为厚度IOO埃米-1000埃米 的薄膜。当然，如果小槽比较大，而且对存储器的能量存储要求不同，和在需 要较髙的工作电压和电流情况下，也可根据需要将电极层和介质层做地厚一 点，层数少一点。所述太阳能电池包括透光基板、依次设于基板上的透明向光导电膜、发电 层以及背光导电膜，所述髙能量密度存储器的衬底设于背光导电膜的背光一 侧；所述太阳能电池包括基板、依次设于基板上的背光导电膜、发电层以及 透明向光导电膜，所述髙能量密度存储器的衬底设于基板的背光一侧。根据小槽的大小以及电极层和介质层的薄厚，上述电极层/介质层/电极层 的三明治结构层在衬底上可以从一层到几千层不等，这样每相邻两个电极层 以及其间的介质层形成一个电容。当上述的三明治结构层大于一层时，所述 衬底一端为所有偶数层电极层于该端相互电连接的第一极端，所述衬底另一 端为所有奇数层电极层于该端相互电连接的第二极端。这样，若干个电容之 间就成并联连接，增大了整个存储器的电容容量。其并联连接的方式具体为 所述第一极端除最外层的电极层的其它奇数层电极层以及与这些奇数层电极 层相邻的介质层的端部都短于衬底，其中这些奇数层电极层于该端的外端部 被其相邻的介质层包覆，第一极端的偶数层电极层外端包覆于其内侧的介质层外且与其前后的偶数层电极层外端相接；所述第二极端所有偶数层电极层 以及所有介质层都短于该端的衬底，其中这些偶数层电极层外端被其相邻的 介质层包覆，该端奇数层电极层外端包覆于其内侧的介质层外且与其前后奇 数层电极层外端相接。所述小槽为圆柱形或矩形柱体形状，小槽在衬底表面 成阵列分布。
所述太阳能电池为薄膜太阳能电池、单晶太阳能电池或多晶太阳能电池。
上述太阳能电池与高能量密度存储器的集成的制造方法，包括以下步骤
a) 首先加工太阳能电池；
b) 在太阳能电池的背光侧表面加工一层绝缘衬底；
c) 在绝缘衬底的外侧面加工凹陷小槽，小槽的加工根据小槽的大小不同 可以采取不同的加工方法，当小槽的直径较小时，可以用光刻法来加工，当 小槽直径较大时，可以采用模具方法来加工；
d) 于衬底以及小槽的表面以溅射法加工一层导电薄膜形成电极层；
e) 于电极层表面以溅射、PECVD (等离子体增强化学气相淀积)或ALD (原子层沉积)和淀积后特殊的热处理方法加工一层髙介电常数介质薄膜形
成介质层再于上述介质层表面以溅射法加工一层电极层；
f) 根据所需要加工的层数重复上述步骤e)，当只需要加工两层电极层以 及一层介质层时，就不需要再重复上述步骤了。
所述衬底一端为所有偶数层电极层于该端相互电连接的第一极端，所述衬 底另一端为所有奇数层电极层于该端相互电连接的第二极端；贴近衬底的第 一层电极层加工覆盖于衬底上以后，再将第一层电极层位于第一极端的端部 去除后再将第一层介质层加工覆盖于第一层电极层以及裸露的衬底上，然后 再将该第一介质层位于第一极端的端部去除后再将第二层电极层加工覆盖于 第一介质层以及裸露的衬底上，其中第一介质层去除掉的端部短于第一电极 层去除掉的端部；除最内和最外电极层以外的每一奇数层电极层及其内侧的 介质层加工好之后，再将该奇数层电极层及其内侧的介质层位于第一极端的 端部去除，再将下一介质层加工覆盖于该电极层以及裸露的上一偶数层电极 层外，然后将该下一介质层于第一极端的端部去除后再将下一偶数层电极层 加工覆盖于该下一介质层以及裸露的上一偶数层电极层外，其中下一介质层 去除掉的端部短于该奇数层电极层去除掉的端部；除最外电极层以外的每一偶数层电极层及其内侧的介质层加工好之后，再将该偶数层电极层及其内侧 的介质层位于第二极端的端部去除，再将下一介质层加工覆盖于该电极层以 及裸露的上一奇数层电极层外，然后将该下一介质层位于第二极端的端部去 除后再将下一奇数层电极层加工覆盖于该下一介质层以及裸露的上一奇数层 电极层外，其中下一介质层去除掉的端部短于该偶数层电极层去除掉的端部。
上述镀膜过程还可以为在加工奇数层电极层前，在待加工表面邻近第一极 端的边缘设置掩板，然后加工该奇数层电极层；接着将第一极端的掩板向外 移动，再在该奇数层电极层邻近第二极端的边缘设置掩板，然后在加工奇数 层介质层；然后将第一极端的掩板去除后再加工偶数层电极层；接着将第二 极端的掩板向外移动，再在上述偶数层电极层邻近第一极端的边缘设置掩板， 再加工偶数层介质层。
所述小槽为圆柱形或矩形柱体形状，小槽在衬底表面成阵列分布。
本实用新型优点是
1. 本实用新型将太阳能电池与髙能量密度存储器髙度集成，将薄膜状的 髙能量密度存储器直接加工在同样是薄膜状的太阳能电池上，仅仅稍微加厚 了太阳能电池的厚度，基本不额外增加用于设置能量存储器的体积，结构紧 凑，方便运输和安装；
2. 本实用新型太阳能电池与能量存储器之间接合紧密，能量存储器也不 需要额外的固定，结构更加牢固可靠。
3. 本实用新型能量存储器与一般的存储器相比，其不含有任何对环境有 害的电解质，具有环保特性。
4. 本实用新型能量存储器的电能储存量是同等产品的好几倍，增大了太 阳能电池的电能储存量。
5. 本实用新型的能量存储器充电次数是一般充电电池的1000倍以上，增 加了太阳能电池的寿命。
图1至图13为本实用新型第一具体实施例的制造步骤示意图； 图14为本实用新型第二具体实施例的剖视结构示意图。 其中l太阳能电池；ll基板12向光导电膜；13发电层；14背光导电 膜；15切线槽；2髙能量密度存储器；21衬底；22电极层23介质层；24小槽；25第一极端；26第二极端；3光刻胶。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述 第一具体实施例
如图13所示， 一种太阳能电池与髙能量密度存储器的集成，包括薄膜太 阳能电池1和供太阳能电池1储存电能的髙能量密度存储器2,所述高能量密 度存储器2包括镀设于太阳能电池1的背光侧表面的绝缘氧化物衬底21、所 述衬底21表面设有若千向内凹陷的小槽24，所述衬底21表面还设有若干电 极层22、以及分别间隔设置于每相邻两电极层22之间的若干髙介电常数介质 层23，所述电极层22和介质层23与小槽24位置对应的部分填充于小槽24 内。如图7所示，所述小槽24为圆柱形形状，小槽24在衬底21表面成阵列 分布。
所述太阳能电池1包括透光基板11、依次设于基板11上的透明向光导电 膜12、发电层13以及背光导电膜14,所述髙能量密度存储器2的衬底21设 于背光导电膜14的背光一侧。工作时，阳光照射在透明基板11上，并透过透 明基板ll由发电层13转化为电能并通过导电膜传输并最后送到髙能量密度存 储器2储存起来。
所述衬底21 —端为所有偶数层电极层22于该端相互电连接的第一极端
25, 所述衬底21另一端为所有奇数层电极层22于该端相互电连接的第二极端26。
所述第一极端5除最外层的电极层2的其它奇数层电极层2以及与这些奇 数层电极层2相邻的介质层3的端部都短于衬底1,其中这些奇数层电极层2 于该端的外端部被其相邻的介质层3包覆，第一极端5的偶数层电极层2外端 包覆于其内侧的介质层3外且与其前后的偶数层电极层2外端相接；所述第二 极端6所有偶数层电极层2以及所有介质层3都短于该端的衬底1，其中这些 偶数层电极层2外端被其相邻的介质层3包覆，该端奇数层电极层2外端包覆 于其内侧的介质层3外且与其前后奇数层电极层2外端相接。
上述的太阳能电池与髙能量密度存储器的集成的制造方法，包括以下步
骤
a)首先在透明的太阳能基板11上以掩膜蒸发或溅射的方法制成透明的向光导电膜12,然后在向光导电膜12上用激光或金刚石划线机进行等距离薄膜 切断划线，形成切线槽15,使得切线槽15两侧的导电膜相互绝缘，如图l和 图2所示；
然后再镀半导体发电层13，并用激光或金刚石划线机对发电层进行等距 离的薄膜切断划线，形成切线槽15,如图3所示；
接着再镀上背光导电膜14,并用划线机于对背光导电膜划线，形成切线 槽15，如图4所示。向光导电膜12、发电层13和背光导电膜14上的切线槽 15的左右位置邻近设置且导电膜上的切线槽15分别位于发电层13上的切线 槽15的两侧。这样，每个单元的电池被串联并集成化。
b) 在太阳能电池1背光导电层14的的背光侧表面加工一层绝缘衬底21， 如图5所示；
c) 在绝缘衬底21的外侧面加工凹陷小槽24:如图6,在基底上涂光刻胶 3，然后进行光刻和曝光将密度若干个微型小槽转移光刻胶3上；之后用等离 体刻蚀，这样微型小槽24就在衬底21上形成，如图7和图8所示；
d) 如图9所示，釆用溅射法将金属均匀溅射到整个衬底21以及小槽24 的表面形成电极层22;
e) 如图IO所示，再用PECVD方法或采用溅射方法将髙介电常数的电介 质沉积在电极层22以及裸露的衬底21表面形成介质层23;如图ll所示，再 采用溅射法将金属均匀溅射到上述第一介质层23表面形成第二电极层22;
f) 如图12和图13所示，重复上述步骤e),加工第二介质层23和第三电 极层22。
其中各电极层22和介质层23邻近第一极端25和第二极端26的端部加工 如下在加工奇数层电极层22前，在待加工表面邻近第一极端25的边缘设置 掩板，然后加工该奇数层电极层22;接着将第一极端25的掩板向外移动，再 在该奇数层电极层22邻近第二极端26的边缘设置掩板，然后在加工奇数层介 质层23;然后将第一极端25的掩板去除后再加工偶数层电极层22;接着将第 二极端26的掩板向外移动，再在上述偶数层电极层22邻近第一极端25的边 缘设置掩板，再加工偶数层介质层23。
第二具体实施例如图14所示，本实施例髙能量密度存储器2的结构与第一具体实施例相 同，且整个电池的加工方法大致与第一具体实施例相同，只是本实施例的薄 膜太阳能电池包括基板11、依次设于基板11上的背光导电膜14、发电层13 以及透明向光导电膜12，所述髙能量密度存储器2的衬底21设于基板11的 背光一侧。工作时，太阳光透过透明向光导电膜12由发电层13转化为电能， 并通过导电膜14传输并最后送到髙能量密度存储器2储存起来。
除了本实施例中所列举的两种结构的太阳能电池以外，还可以为单晶太阳 能电池或多晶太阳能电池等其它太阳能电池结构，其太阳能电池的结构和制 造方法可以与本实施例不一样，但只要能将本实用新型中的髙能量密度存储 器集成在太阳能电池的背光侧，都可以实施，也均在本实用新型的保护范围 以内。
本实用新型将太阳能电池与高能量密度存储器髙度集成，一方面减小了太 阳能电池装置的体积，方便运输和安装；另一方面太阳能电池与能量存储器 之间接合紧密，结构更加牢固可靠。
权利要求1.一种太阳能电池与高能量密度存储器的集成，包括太阳能电池(1)和供太阳能电池(1)储存电能的高能量密度存储器(2)，其特征在于所述高能量密度存储器(2)包括设于太阳能电池(1)的背光侧表面的绝缘衬底(21)、所述衬底(21)表面设有若干向内凹陷的小槽(24)，所述衬底(21)表面还设有若干电极层(22)、以及分别间隔设置于每相邻两电极层(22)之间的若干高介电常数介质层(23)，所述电极层(22)和介质层(23)与小槽(24)位置对应的部分填充于小槽(24)内。
2. 根据权利要求1所述的太阳能电池与髙能量密度存储器的集成，其 特征在于所述太阳能电池(1)包括透光基板(11)、依次设于基板(11) 上的透明向光导电膜(12)、发电层(13)以及背光导电膜(14)，所述髙能 量密度存储器(2)的衬底(21)设于背光导电膜(14)的背光一侧。
3. 根据权利要求1所述的太阳能电池与髙能量密度存储器的集成，其 特征在于所述太阳能电池(O包括基板(11)、依次设于基板(11)上的 背光导电膜(14)、发电层(13)以及透明向光导电膜(12)，所述髙能量密 度存储器(2)的衬底(21)设于基板(11)的背光一侧。
4. 根据权利要求1所述的太阳能电池与髙能量密度存储器的集成，其 特征在于所述衬底(21) —端为所有偶数层电极层(22)于该端相互电连 接的第一极端(25),所述衬底(21)另一端为所有奇数层电极层(22)于 该端相互电连接的第二极端(26)。
5. 根据权利要求1所述的太阳能电池与髙能量密度存储器的集成，其 特征在于所述衬底(21)为绝缘氧化物。
6. 根据权利要求1所述的太阳能电池与髙能亮密度存储器的集成，其 特征在于所述太阳能电池(1)为薄膜太阳能电池、单晶太阳能电池或多 晶太阳能电池。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能电池与高能量密度存储器的集成，包括太阳能电池和供太阳能电池储存电能的高能量密度存储器，高能量密度存储器包括镀设于太阳能电池的背光侧表面的绝缘衬底、衬底和小槽表面设有若干向内凹陷的小槽，衬底表面还设有若干电极层、以及分别间隔设置于每相邻两电极层之间的若干高介电常数介质层。本实用新型减小了太阳能电池装置的体积，方便运输和安装，并且结构更加牢固可靠。
文档编号H01L27/142GK201417774SQ20092007104
公开日2010年3月3日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者明 杨 申请人:明 杨