一种柔性薄膜太阳电池的结构和制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池领域制备技术，特备是涉及柔性薄膜太阳电池的制备方法。
【背景技术】
[0002]薄膜太阳电池按照衬底性能不同可分为刚性衬底太阳电池(例如以玻璃为衬底)和柔性衬底太阳电池(例如以聚酰亚胺或不锈钢为衬底)两大类。相对于玻璃衬底而言，柔性衬底具有重量轻、可折叠、不易破碎等优点，制备的柔性薄膜太阳电池具有高的功率重量比，特别适用于飞艇、平流层气球探测器等特殊用途以及帐篷、屋顶等民用用途。
[0003]从已公开的专利情况来看，专利CN200610016182公开了一种柔性CIGS太阳电池的结构和制备方法；专利CN200620039938公开了一种柔性非晶硅薄膜太阳电池的结构；专利CN200810236695公开了一种柔性非晶硅薄膜太阳电池的制备方法；CN201010549329公开了一种柔性CIGS太阳电池及其制备方法；专利CN201310300555公开了一种柔性CZTS太阳电池的制备方法；专利CN201010191156公开了一种柔性薄膜太阳电池集成组件的制备方法。
[0004]如上所述，已公开专利的内容多集中在柔性薄膜太阳电池结构和制备方案，鲜有关于电极制备及连接的专利公开，且已公开的专利CN201010191156，其中柔性薄膜太阳电池组件的电极均在电池的入光面，这在一定程度上遮挡了电池的入光面，降低了电池的转换效率，同时，连接电池单元的柔性线材是扁铜线或交织裸线，这也影响了电池的美观。因此，有必要进一步改进柔性薄膜太阳电池的电极结构和制备方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于柔性衬底薄膜太阳电池的电极结构和制备方法。该电池的电极全部制备在电池的背面，因而电池的正面没有任何遮挡，增大了电池的受光面，提高了电池的转换效率，并且使得电池更加美观，解决了上述【背景技术】中提出的问题。
[0006]根据柔性衬底导电性能的不同，本发明的技术方案有以下两种:
[0007]技术方案一:
[0008](I)在导电的衬底上制备银薄膜，所使用的方法热蒸发或者是溅射，之后再制备掺杂的透明导电薄膜，如ITO(所使用方法为热蒸发，电子束蒸发，或者溅射)，BZO (所使用的方法为LPCVD)，AZ0(所使用的方法为溅射)，(2)在透明导电薄膜表面制备薄膜太阳电池，如硅薄膜电池(单结，多结)，铜铟镓硒、铜锌锡硫、碲化镉、有机电池、染料敏化电池、量子点电池或以上任何几种的复合型电池等；(3)在薄膜太阳电池表面制备透明导电膜，如ITO(所使用方法为热蒸发，电子束蒸发，或者溅射)，BZO (所使用的方法为LPCVD)，AZO (所使用的方法为溅射)(4)电池的背面涂绝缘胶或者绝缘胶布(5)将金属引线铺设在透明导电薄膜上；再将金属引线一部分绕到电池背面连接到金属带形成第一个电极(6)制作第二个电极:将金属带焊接到导电衬底上，形成第二个电极。
[0009]技术方案二:
[0010](I)在不导电的衬底上制备银薄膜，所使用的方法热蒸发或者是溅射，(2)用金属引线把背电极金属薄膜连接到在衬底背面，与金属带片结合形成第一个电极，(3)之后再制备透明导电薄膜，如ITO(所使用方法为热蒸发，电子束蒸发，或者溅射)，BZO (所使用的方法为LPCVD)，AZO (所使用的方法为溅射)，(4)在透明导电膜表面制备薄膜太阳电池，如硅薄膜电池(单结，多结)，铜铟镓硒、铜锌锡硫、碲化镉、有机电池、染料敏化电池、量子点电池或以上任何几种的复合型电池等；(4)在薄膜太阳电池表面制备透明导电膜，如ITO(所使用方法为热蒸发，电子束蒸发，或者溅射)，BZO (所使用的方法为LPCVD)，AZ0 (所使用的方法为溅射)。(5)电池的背面涂绝缘胶或者绝缘胶布，将金属引线铺设到透明导电薄膜上面，然后绕到电池的背面，(6)将一根金属带焊接到金属引线上，形成第二个电极。
[0011]本发明的优点和积极效果:
[0012]本发明制备的电极全部在电池的背面，适用于柔性薄膜太阳电池。使用本发明的柔性薄膜太阳电池具备以下优势:1)本发明的电极全部在电池的背面或电池衬底的背面，减小了电池入光面的遮挡，提高了电池的转换效率；2)本发明的柔性薄膜太阳电池的正面结构单一、更加美观；3)本发明的柔性薄膜太阳电池的电极全部在电池的背面或电池衬底的背面，更有利于电池之间的连接。
【附图说明】
[0013]图1.基于导电衬底全背电极柔性薄膜太阳电池的背面；
[0014]图2.基于导电衬底全背电极柔性薄膜太阳电池的截面；
[0015]其中，I (不锈钢)衬底，2银或者铝薄膜，3透明导电膜层，4薄膜太阳电池，5正电极(如正面氧化锌电极)，6绝缘胶布或者绝缘胶层，7金属引线(碳包裹的银线)，8第一电极(银片电极、正极)，9第二电极(银片电极、负极)；
[0016]图3.基于不导电衬底全背电极柔性薄膜太阳电池的背面，左侧a.制备第一电极，右侧b.制备第二电极；
[0017]图4.基于不导电衬底全背电极柔性薄膜太阳电池的截面；
[0018]其中，I (不导电)衬底，2银或者铝薄膜，3透明导电膜层，4薄膜太阳电池，5，正电极(如正面氧化锌电极)，6绝缘胶布或者绝缘胶层，7金属引线(银线)，8第一电极(银片电极)，9第二电极(银片电极)。
[0019]图5.图5a非导电衬底柔性薄膜太阳电池的正面与背面，图5b导电衬底柔性薄膜太阳电池的正面和背面
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例，进一步说明本发明的具体实现方法，但本发明并不限于这些具体实施例。
[0021]实施例1
[0022]下面将结合附图1和附图2，通过实施例对本发明作进一步说明。
[0023]1.在不锈钢衬底I 一侧表面上蒸镀银2，厚度是lOO-lOOOnm，使用的方法是真空热蒸发。
[0024]2.在银薄膜2上制备透明导电薄膜3，厚度约为100_500nm，本实施例中是铝掺杂氧化锌薄膜，电阻率约为1E-4欧姆厘米，所使用的方法为溅射。
[0025]3.在铝掺杂氧化锌薄膜3上制备硅薄膜电池4。
[0026]4.在硅薄膜太阳电池4的表面制备透明导电膜5，厚度范围70_200nm，本实施例中是铝掺杂的氧化锌薄膜，所使用的方法磁控溅射。
[0027]5.在不锈钢衬底I背面和边缘刷绝缘胶，或者薄的绝缘胶布6，这一层厚度约为0.01 -1mm,宽度为 5_10mm。
[0028]6.将金属引线7使用高温胶带粘贴在电池的透明导电膜5上，同时金属线7绕过电池的边缘，将金属带片8焊接在金属引线7上。
[0029]7.使用层压机，在150度条件下层压，使得金属引线7和正面透明导电薄膜5和金属带片8有良好接触，之后揭去高温胶带。
[0030]8.制作第二电极9，第二电极为金属带片，焊接在不锈钢I。
[0031]实施例2
[0032]下面将结合附图3和附图4，通过实施例对本发明作进一步说明。
[0033]1.在不导电衬底I上蒸镀银2，厚度是lOO-lOOOnm，使用的方法是热蒸发，或者溅射，电镀(电化学方法)。
[0034]2.在银薄膜2上使用层压机压制金属引线7，绕过不导电衬底I并与银片8固定在不导电衬底I上，银片8宽度为5mm，绕过引线的长度为14mm，固定金属引线所使用的方法为热压固化。
[0035]3.在银薄膜2上制备氧化锌薄膜3，厚度约为50-1000nm，所使用的方法为真空蒸发、溅射或电化学镀膜方法，或者LPCVD。
[0036]4.在氧化锌薄膜3上制备薄膜太阳电池4，如硅薄膜电池(单结，多结)，铜铟镓硒、铜锌锡硫、碲化镉、有机电池、染料敏化电池、量子点电池或以上任何几种的复合型电池等。
[0037]5.在薄膜太阳电池4的表面制备铝掺杂的氧化锌或者ITO正电极5，厚度约为70-200nm,所使用的方法为LPCVD或者溅射，喷涂。
[0038]6.在不导电衬底I的背面和边缘刷绝缘胶，或者薄的绝缘胶布6，这一层厚度约为0.0l-1mm0
[0039]7.将金属引线7使用胶布粘贴在电池的正电极5上，同时绕过电池的边缘，然后将银片9压在银线7上，银片9的宽度为5mm，银线7绕过电池的长度为8mm。
[0040]8.使用层压机层压，使得银线7和正电极5和银片8良好接触。
[0041]以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。在不脱离本发明构思的前提下做出的若干替代或变形，且性能相近或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种柔性薄膜太阳电池的结构，其特征在于: 从下至上依次包括层状叠合的衬底(I)、银或者铝薄膜(2)、氧化锌(3)、薄膜太阳电池(4)、正电极(5)，于衬底四周边缘制备绝缘胶层或绝缘胶布层(6)，于衬底远离银或者铝薄膜侧表面形成条带状的绝缘胶层或绝缘胶布层(6)，于衬底远离银或者铝薄膜侧表面条带状的绝缘胶层或绝缘胶布层(6)上固接第二电极(9)，于衬底远离银或者铝薄膜侧表面无条带状的绝缘胶层或绝缘胶布层(6)处固接第一电极(8)，第一电极(8)通过金属引线(7)与正电极(5 )相连，第二电极(9 )通过导电衬底(I)与银或者铝薄膜(2 )直接电连通或第二电极(9 )通过金属引线(7 )与银或者铝薄膜(2 )电连接。
2.按照权利要求1所述柔性薄膜太阳电池的结构，其特征在于: 基于柔性衬底的薄膜太阳电池的电极全部制在电池的背面，即远离银或者铝薄膜侧表面；其中柔性衬底可以是:金属薄膜(如不锈钢箔或铝箔)、或高分子材料薄膜； 薄膜太阳电池的活性成分包括硅薄膜电池(单结或多结)、铜铟镓硒、铜锌锡硫、碲化镉、有机电池、染料敏化电池、量子点电池或以上任何二种以上的复合型电池。
3.—种权利要求1所述柔性薄膜太阳电池的结构制备方法，其特征在于:在电池远离银或者铝薄膜侧的背面和边缘刷抹绝缘胶或者是绝缘胶带，于电池远离银或者铝薄膜侧的背面形成绝缘胶或者是绝缘胶带的条带，条带上镀银带或固定银片，金属引线一端和电池表面的正电极粘合，金属引线绕到电池远离银或者铝薄膜侧的背面，与背面条带上镀银带或固定银片粘合，形成第一个电极； 导电衬底上镀银带或焊接银带作为电池的第二个电极；或者，若是不导电衬底，则在衬底上镀银或固定银片，金属引线一端和银或者铝薄膜(2)粘合，金属引线绕到电池远离银或者铝薄膜侧的背面，与背面条带上镀银带或固定银片粘合，作为电池的第二个电极。
【专利摘要】本发明公开了一种柔性薄膜太阳电池的电池结构以及制备工艺，①在柔性薄膜太阳电池衬底上制备银和氧化锌薄膜；②在银和氧化锌薄膜上制备薄膜电池；③在薄膜电池表面制备透明导电薄膜；④在电池的背面和四围边缘上涂绝缘胶或者粘贴绝缘胶布，接着将导电引线铺设固定在透明导电薄膜上面，将导电引线延伸连接到电池背面并构筑第一个电极；⑤衬底使用导电衬底，即是第二个电极，可直接用金属引线焊接到导电衬底上。如使用非导电性的衬底，需要将金属引线连接到银薄膜上，然后引到电池背面，连接到另一根金属导带上，形成第二个电极。进而将电池的两个电极全部铺设在柔性薄膜太阳电池背面。本发明减小了电池入光面的遮挡，提高了电池的转换效率；更有利于电池之间的连接。
【IPC分类】H01L31-0445, H01L31-0224, H01L31-18
【公开号】CN104681644
【申请号】CN201310643266
【发明人】刘生忠, 王书博, 李 灿, 秦炜
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年12月3日