一种柔性薄膜太阳能电池组件及其制作方法与流程

本发明涉及一种柔性薄膜太阳能电池组件及其制作方法。属于光伏发电技术领域。

背景技术：
太阳能资源丰富、分布广泛，是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。随着全球能源的短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能光伏发电因其清洁、便利、安全、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。太阳能电池提供了一种以最小的环境影响来产生电力的光电转换装置，具有环境友好无污染等特点，越来越受到人们的关注。高光电转化效率、低成本、耐用、易安装、轻质化以及避免造成其他的环境影响问题是目前太阳能组件研究的主要方向，薄膜太阳能电池因光吸收层用料少，仅需几个微米就可以将太阳光能有效地转换成电能，具有广阔的发展前景。非晶形/微晶硅(Si)、碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒化物(CIGS)是薄膜太阳能电池中使用的三种最重要的材料，而柔性薄膜太阳能电池具有质量轻、易附形、光电转换效率高等特点，逐渐成为近年来太阳能应用方面的重点。目前，采用丝网印刷的方法在受光面前挡膜上制备栅型电极，并将电池单元设置于栅型电极上，在电池串联方法上，通过在刻蚀掉电池单元近邻边缘的电池层露出柔性导电衬底，然后采用激光焊接工艺将栅型电极引出端焊接于柔性衬底上，但此种制作方式浪费了电池单元部分发电区域，且激光焊接工艺要求精度高，高能量的激光焊接产生的热量对焊点周围的材料层具有一定的破坏性。现有技术中公开号为201220053112的专利文献公开了一种柔性薄膜太阳能电池组件，一次包括上胶层、电池片层和底胶层，上胶层是一种对太阳光透明的长条状柔性材料，电池片层有若干电池片以串联或并联方式通过连接导线连接到两个主导线上，两个主导线与上胶层的长度一致，底胶层是一种柔性材料。每个电池的电极采用单独的电极线连接，在生产制造过程中对电极线与电池片的定位精度要求很高，且每个电池片之间用电极线连接的工艺非常复杂；电极线为独立的连接线，彼此紧邻的电池片的电极线之间不存在连接，电极线一旦发生断裂，那么电极线断裂的电池片产生的电流无法导出，可靠性差；电极连线与电池片侧面预留足够大的间距防止紧邻的电池片接触造成短路，减小了电池组件的受光面的面积，同时在卷去或弯折时容易造成电极线、电池衬底及电池片侧面接触，造成短路现象，安全性差。

技术实现要素：
为此，本发明所要解决的技术问题在于生产工艺复杂，不便于生产制造，受光面积小，可靠性和安全性差，从而提出一种生产工艺简单，受光面积大，可靠性和安全性高的柔性薄膜太阳能电池组件及其制作方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种柔性薄膜太阳能电池组件，包括受光面阻挡膜，在所述受光面阻挡膜上设置有若干间隔排列的第一印刷电极层，每个所述第一印刷电极层上设置有一个电池单元，所述电池单元在所述第一印刷电极层上依次设置第一电极层、缓冲层、光吸收层、第二电极层以及柔性导电基底层，在每个所述电池单元的两侧面设置有绝缘层，相邻的两个所述电池单元之间存在间隔区域，前一所述电池单元底部的所述第一印刷电极层从所述电池单元的底部延伸至所述间隔区域，在所述间隔区域内设置有弯折的第二印刷电极，所述第二印刷电极的竖向连接端与前后的所述电池单元的绝缘层连接，且其底部与所述第一印刷电极层在所述间隔区域内的延伸部分连接，所述第二印刷电极的横向延伸端与后一所述电池单元的所述柔性导电基底层电连接。位于所述电池单元底部的所述第一印刷电极层为锯齿状、梳状或柱状。所述第一印刷电极层设置在所述受光面阻挡膜的内侧。所述受光面阻挡膜的外侧设置有抗紫外线涂层。所述受光面阻挡膜内侧设置有热熔型粘结材料。一种适用于上述柔性薄膜太阳能电池组件制作方法，包括如下步骤：制备所述电池单元；在所述受光面阻挡膜内侧制备所述第一印刷电极层；在电池单元的两侧面配置绝缘材料层；将所述电池单元设置在所述第一印刷电极层上，相邻的两个所述电池单元之间存在间隔区域，前一所述电池单元底部的所述第一印刷电极层从所述电池单元的底部延伸至所述间隔区域；在相邻所述电池单元间制备所述第二印刷电极，所述第二印刷电极的竖向连接端与前后的所述电池单元的绝缘层连接，且其底部与所述第一印刷电极层在所述间隔区域内的延伸部分连接，所述第二印刷电极的横向延伸端与后一所述电池单元的所述柔性导电基底层电连接。所述制备所述电池单元的过程包括：在所述柔性导电衬底上采用分子束外延的方法制备所述第二电极层，然后采用溅射的方法依次制备所述光吸收层、所述缓冲层及所述第一电极层。所述将所述电池单元设置在所述第一印刷电极层上的方法为：将所述电池单元的所述第一电极层与所述第一印刷电极层通过热压合的方式紧密连接。所述在所述受光面阻挡膜内侧制备所述第一印刷电极层的方法为：采用丝网印刷方法将所述第一印刷电极层设置在所述受光面阻挡膜的内侧。所述在相邻所述电池单元间制备所述第二印刷电极的方法为：采用丝网印刷方法将所述第二印刷电极配置在所述间隔区域。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：（1）本发明提供一种柔性薄膜太阳能电池组件，包括受光面阻挡膜，在受光面阻挡膜上设置有若干间隔排列的第一印刷电极层，每个第一印刷电极层上设置有一个电池单元，在每个电池单元的两侧面设置有绝缘层，相邻的两个电池单元之间存在间隔区域，在间隔区域内设置有弯折的第二印刷电极，电池单元的第一电极层与第一印刷电极层连接，第二印刷电极竖向连接端与第一印刷电极层在间隔区域延伸部分连接，第二印刷电极的横向延伸端与电池单元的柔性导电基底连接，将电池单元串联，无需导线通过激光焊接技术将各个电池单元串联，安全性和可靠性高，各个电池单元之间采用绝缘层进行绝缘隔离，绝缘性能良好，第二印刷电极设置在受光面的背侧，同时也增大了受光面积。（2）本发明提供一种柔性薄膜太阳能电池组件，位于所述电池单元底部的所述第一印刷电极层为锯齿状、梳状或柱状。节省电极材料，同时也减小了电极材料对吸收太阳光的影响。（3）本发明提供一种柔性薄膜太阳能电池组件，所述受光面阻挡膜的受光面阻挡膜外侧设置有抗紫外线涂层，有效减缓受光面阻挡膜的老化，同时也防止紫外线对电池的辐射，减速了电池的老化速度。（4）本发明提供一种柔性薄膜太阳能电池组件，所述受光面阻挡膜内侧设置有热熔型粘结材料，便于所述电池单元和所述受光面阻挡膜的压合组装。（5）本发明提供一种柔性薄膜太阳能电池组件制备方法，包括步骤：制备所述电池单元；在电池单元的两侧面配置绝缘材料层；在所述受光面阻挡膜内侧制备所述第一印刷电极层；将所述电池单元设置在所述第一印刷电极层上，相邻的两个所述电池单元之间存在间隔区域，前一所述电池单元底部的所述第一印刷电极层从所述电池单元的底部延伸至所述间隔区域；在相邻所述电池单元间制备所述第二印刷电极，所述第二印刷电极的竖向连接端与前后的所述电池单元的绝缘层连接，且其底部与所述第一印刷电极层在所述间隔区域内的延伸部分连接，所述第二印刷电极的横向延伸端与后一所述电池单元的所述柔性导电基底层电连接。各个电池单元之间采用绝缘层进行绝缘隔离，第二印刷电极将电池单元在受光面的内侧连接在一起，无需导线通过激光焊接技术将各个电池单元连接在一起，安全性和可靠性高，同时也增大了受光面积，生产工艺简单，便于生产制造。（6）本发明提供一种柔性薄膜太阳能电池组件制备方法，所述制备所述电池单元的过程包括：在所述柔性导电衬底上采用分子束外延的方法制备所述第二电极层，然后采用溅射的方法依次制备所述光吸收层、所述缓冲层及所述第一电极层，所述分子束外延的方法可以对源和衬底分别进行加热和控制；可以利用快门精密的控制掺杂、组合和厚度，是一种原子级的生长技术，有利于生长多层异质结构；不是在热平衡条件下进行的，是一个动力学过程，因此可以生长一般热平衡生长难以得到的晶体；生长过程中，表面处于真空中，利用附设的设备可以进行原位（即时）观测，分析、研究生长过程、组分、表面状态等，使得所述第二电极层的分布更加均匀，导电性能好。所述溅射的方法利用带电粒子轰击固体表面时，发生表面原子碰撞并发生能量和动量的转移，使固体表面的原子从表面可以灵活的制备各种化学成分的薄膜，使得所述光吸收层、所述缓冲层及第一电极层能够均匀分布，性能良好。（7）本发明提供一种柔性薄膜太阳能电池组件制备方法，所述第一印刷电极层和所述第二印刷电极采用丝网印刷技术，技术成熟，使得所述第一印刷电极层和所述第二印刷电极均匀分布，导电性能良好。附图说明为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1a-1d是本发明一个实施例的一种柔性薄膜太阳能电池组件结构俯视图、剖视图、局部放大图、整体封装立体图；图2a-2c是本发明一个实施例的一种柔性薄膜太阳能电池组件的电池单元俯视图、剖视图、局部放大图；图3a-3b是本发明一个实施例的一种柔性薄膜太阳能电池组件的受光面阻挡膜俯视图、剖视图；图4a-4c是本发明一个实施例的一种柔性薄膜太阳能电池组件的第一印刷电极层俯视图、剖视图、局部放大图；图5a-5c是本发明一个实施例的一种柔性薄膜太阳能电池组件的电池单元与受光面阻挡膜贴合后俯视图、剖视图、局部放大图；图6a-6c是本发明一个实施例的一种柔性薄膜太阳能电池组件的电池单元组装后设置绝缘材料层后俯视图、剖视图、局部放大图；图7a-7d是本发明一个实施例的一种柔性薄膜太阳能电池组件的电池单元设置绝缘材料层后俯视图、剖视图、局部放大图、整体封装立体图。图中附图标记表示为：100-电池单元，101-第一电极层，102-缓冲层，103-光吸收层，104-第二电极层，105-柔性导电基底层，201-受光面阻挡膜，202-受光面阻挡膜的内侧，203-受光面阻挡膜的外侧，301-第一印刷电极层，302-第一印刷电极层在间隔区域内的延伸部分，303-位于电池单元底部的第一印刷电极层，304-第一印刷电极层间隔区，401-电池单元隔离区，501-绝缘层，502-间隔区域，600-第二印刷电极，601-第二印刷电极的竖向连接端，602-第二印刷电极的横向延伸端。具体实施方式实施例一本实施例提供一种柔性薄膜太阳能电池组件，其结构参见图1a至图6c所示，包括受光面阻挡膜201，在所述受光面阻挡膜201上设置有若干间隔排列的第一印刷电极层301，每个所述第一印刷电极层301上设置有一个电池单元100。参见图2a-2c，所述电池单元100在所述第一印刷电极层301上依次设置第一电极层101、缓冲层102、光吸收层103、第二电极层104以及柔性导电基底层105，在每个所述电池单元100的两侧面设置有绝缘层501，相邻的两个所述电池单元100之间存在间隔区域502，前一所述电池单元100底部的所述第一印刷电极层301从所述电池单元100的底部延伸至所述间隔区域502，在所述间隔区域502内设置有弯折的第二印刷电极600，所述第二印刷电极600的竖向连接端601与前后的所述电池单元100的绝缘层501连接，且其底部与所述第一印刷电极层301在所述间隔区域502内的延伸部分连接，所述第二印刷电极600的横向延伸端602与后一所述电池单元100的所述柔性导电基底层105电连接。本实施例提供的柔性薄膜太阳能电池组件，各个相邻的所述电池单元之间采用隔离绝缘层进行绝缘隔离，防止相邻电池单元间短路；所述第二印刷电极在所述受光面的内侧将所述电池单元串联在一起，无需导线通过激光焊接技术将各个所述电池单元连接在一起，所述第二印刷电极大面积和所述电池单元连接，避免了单个电池单元有单根电极线连接时，电极线断裂后该电池单元的电量无法传输出去的问题，安全性和可靠性高，同时也增大了受光面积。实施例二本实施例提供一种柔性薄膜太阳能电池组件的具体结构，具体如下：如图3a-3b所示的受光面阻挡膜201，其包括内侧202和外侧203，所述受光面阻挡膜201的受光面阻挡膜外侧203设置有抗紫外线涂层，有效减缓受光面阻挡膜的老化，同时也防止紫外线对电池的辐射，减速了电池的老化速度。所述受光面阻挡膜201的内侧202设置有热熔型粘结材料，便于所述电池单元和所述受光面阻挡膜的压合组装。如图4a-4c所示，在所述受光面阻挡膜201上设置有若干间隔排列的第一印刷电极层301，所述第一印刷电极层301设置在所述受光面阻挡膜201的内侧202，所述第一印刷电极层301包括位于电池单元底部的第一印刷电极层302和第一印刷电极层在间隔区域内的延伸部分303，所述第一印刷电极层间存在间隔隔区304，其中，位于所述电池单元100底部的所述第一印刷电极层301为锯齿状、梳状或柱状。节省电极材料，同时也减小了电极材料对吸收太阳光的影响。如图5a-5c所示，每个所述第一印刷电极层301上设置有一个电池单元100。如图2a-2c所示，所述电池单元100在所述第一印刷电极层301上依次设置第一电极层101、缓冲层102、光吸收层103、第二电极层104以及柔性导电基底层105。如图5c所示，相邻的电池单元100间设置有电池单元隔离区401。如图6a-6c所示，在每个所述电池单元100的两侧面设置有绝缘层501后，相邻的两个所述电池单元100之间存在间隔区域502，前一所述电池单元100底部的所述第一印刷电极层301从所述电池单元100的底部延伸至所述间隔区域502。在所述间隔区域502内设置有弯折的第二印刷电极600，所述第二印刷电极600的竖向连接端601与前后的所述电池单元100的绝缘层501连接，且其底部与所述第一印刷电极层301在所述间隔区域502内的延伸部分连接，所述第二印刷电极600的横向延伸端602与后一所述电池单元100的所述柔性导电基底层105电连接，参见图1c。实施例三本实施例提供一种柔性薄膜太阳能电池组件制作方法，包括如下步骤：首先制备所述电池单元100，如图2a-2c所示，所述制备所述电池单元100的过程包括：在所述柔性导电衬底105上采用分子束外延的方法制备所述第二电极层104，然后采用溅射的方法依次制备所述光吸收层103、所述缓冲层102及所述第一电极层101。所述分子束外延的方法可以对源和衬底分别进行加热和控制；可以利用快门精密的控制掺杂、组合和厚度，是一种原子级的生长技术，有利于生长多层异质结构；不是在热平衡条件下进行的，是一个动力学过程，因此可以生长一般热平衡生长难以得到的晶体；生长过程中，表面处于真空中，利用附设的设备可以进行原位（即时）观测，分析、研究生长过程、组分、表面状态等，使得所述第二电极层的分布更加均匀，导电性能好。所述溅射的方法利用带电粒子轰击固体表面时，发生表面原子碰撞并发生能量和动量的转移，使固体表面的原子从表面可以灵活的制备各种化学成分的薄膜，使得所述光吸收层、所述缓冲层及第一电极层能够均匀分布，性能良好。第二，如图7a-7d所示，在电池单元100的两侧面配置绝缘材料层501。使相邻的电池单元之间绝缘隔离，也保证第二印刷电极与电池单元之间绝缘性能良好。第三，如图4a-4c所示，在所述受光面阻挡膜内侧202制备所述第一印刷电极层301，采用丝网印刷方法将所述第一印刷电极层301设置在所述受光面阻挡膜的内侧202。采用丝网印刷技术，技术成熟，使得所述第一印刷电极层301和所述第二印刷电极均匀分布，导电性能良好。第四，参见图4b以及图6a-6c，将所述电池单元100设置在所述第一印刷电极层301上，其方法为将所述电池单元100的所述第一电极层101与所述第一印刷电极层301通过热压合的方式紧密连接。相邻的两个所述电池单元100之间存在间隔区域502，前一所述电池单元100底部的所述第一印刷电极层301从所述电池单元100的底部延伸至所述间隔区域502。所述间隔区域用于设置第二印刷电极。最后，参见图1a-1d以及图4a-4c，在相邻所述电池单元100间制备所述第二印刷电极600，所述第二印刷电极600的竖向连接端601与前后的所述电池单元100的绝缘层501连接，且其底部与所述第一印刷电极层301在所述间隔区域502内的延伸部分连接，所述第二印刷电极600的横向延伸端602与后一所述电池单元100的所述柔性导电基底层105电连接。本实施例提供的柔性薄膜太阳电池组件制备方法，各个电池单元之间采用绝缘层进行绝缘隔离，第二印刷电极将电池单元在受光面的内侧连接在一起，无需导线通过激光焊接技术将各个电池单元连接在一起，安全性和可靠性高，同时也增大了受光面积，生产工艺简单，便于生产制造。实施例四本实施例提供一种柔性薄膜太阳能电池组件的另一种制备方法，步骤如下：步骤1：制备电池单元100，如图2a-2c所示，制备方法为在所述柔性导电基底层105上采用分子束外延（MBE）的方法制备所述第二电极层104，然后采用溅射（Sputter）的方法依次制备所述光吸收层103，所述缓冲层102及所述第一电极层101；步骤2：第一印刷电极层301的制备，参见图3a-3b，所示受光面阻挡膜201为复合材料，所示受光面阻挡膜201两个表面分别为所述受光面阻挡膜201的内侧202及所述受光面阻挡膜201的外侧203，其中所述受光面阻挡膜201的内侧202为热熔型粘接材料，所述受光面阻挡膜201的外侧203为抗紫外线材料，在所述受光面阻挡膜201的内侧202进行所述第一印刷电极层301的制备，如图4a-4c，采用丝网印刷方法将所述第一印刷电极层301设置在所述受光面阻挡膜的内侧202；步骤3：所述电池单元100组装，如图5a-5c所示，将所述电池单元100通过热压合的方式与所述受光面阻挡膜201的内侧202结合，从而使第一印刷电极层301与所述电池单元100的所述第一电极层101紧密接触；步骤4：绝缘材料501的配置，如图6a-6c所示，在与所述受光面阻挡膜201压合后的所述电池单元100隔离区401将绝缘材料501的配置在所述电池单元100间的侧面，并保留绝缘材料隔离区502；步骤5：第二印刷电极600的制备，参见图1a-1d，采用丝网印刷的方法进行所述第二印刷电极600的制备，其中所述第二印刷电极600由第二印刷电极600的竖向连接端601，所述第二印刷电极的横向延伸端602构成，其中所述第二电极600的竖向连接端601配置于间隔区域502内并与所述第一印刷电极层在间隔区域内的延伸部分302连接，所述第二印刷电极横向延伸端602与所述电池单元100的所述柔性导电基底层105连接，由此实现所述电池单元100的串联连接。实施例五本实施例提供一种柔性薄膜太阳能电池组件的另一种制备方法，步骤如下：步骤1：制备电池单元100，如图2a-2c所示，制备方法为在所示柔性导电基底层105上采用分子束外延（MBE）的方法制备所示第二电极层104，然后采用溅射（Sputter）的方法依次所示制备光吸收层103，所示缓冲层102及所述第一电极层101；步骤2：第一印刷电极层301的制备，参见图3a-3b，所述受光面阻挡膜201为复合材料，所述受光面阻挡膜201两个表面分别为所述受光面阻挡膜201的内侧202及所述受光面阻挡膜201的外侧203，其中所述受光面阻挡膜201的内侧202为热熔型粘接材料，所述受光面阻挡膜201的外侧203为抗紫外线材料，在所述受光面阻挡膜201的内侧202进行所述第一印刷电极层301的制备，如图4a-4c；步骤3：绝缘材料501的配置：如图7a-7d所示，将所述绝缘层501配置于所述电池单元100两个侧面；步骤4：所述电池单元100组装，如图5a-5c所示，将所述电池单元100通过热压合的方式与所述受光面阻挡膜201的内侧202结合，从而使第一印刷电极层301与所述电池单元100的所述第一电极层101紧密接触；步骤5：第二印刷电极600的制备，参见图1a-1d，采用丝网印刷的方法进行所述第二印刷电极600的制备，其中所述第二印刷电极600由第二印刷电极600的竖向连接端601，所述第二印刷电极的横向延伸端602构成，其中所述第二电极600的竖向连接端601配置于间隔区域502内并与所述第一印刷电极层在间隔区域内的延伸部分302连接，所述第二印刷电极横向延伸端602与所述电池单元100的所述柔性导电基底层105连接，由此实现所述电池单元100的串联连接。由此，采用电池单元背面印刷电极的方式，将电池单元的第一电极层与柔性导电基底实现电气连接，通过两次的丝网印刷工艺，由此避免了在柔性电池单元两端刻蚀电池材料层以作为串联连接端，有效增加了柔性电池单元的受光面积，从而提高组件的输出功率，且精度要求低且无激光焊接产生的热影响。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。