太阳能电池柔性衬底的表面处理方法

文档序号:9868408阅读:713来源:国知局
太阳能电池柔性衬底的表面处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域,特别设及一种太阳能电池柔性衬底的表面处理 方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能是众多可再生能源中最为丰富的能源,全球太阳光一小时的能量就相当于 地球一年的能耗,远远高于风能、地热、水电、海洋能、生物能等能源。太阳能电池的一个重 要发展方向是多用途的柔性衬底太阳能电池。与常规太阳电池 W刚性材料(玻璃等)作为 衬底的区别在于,柔性太阳电池的衬底材料是柔软、可弯曲的金属锥片或者有机高分子材 料,例如不诱钢锥、侣锥、聚酷亚胺薄膜等。
[0003] 柔性太阳能电池脱离了传统的衬底材料玻璃,使其具备轻质可弯曲的特性,但同 时也带来了新的问题:(1)目前通用的柔性薄膜太阳能电池的金属衬底表面均较为粗糖, 需要采用相应的技术对其表面进行抛光处理,降低其表面粗糖度,但是多采用化学处理的 方式,时间一般在20min W上,并且表面微结构不可控,表面的氧化层难W有效去除干净, 甚至有可能增加金属衬底的表面粗糖度;(2)大多数的柔性衬底材料的热膨胀系数偏大, 容易导致膜层附着力较差,影响制备工艺的稳定性和重复率,特别是表面比较平整的柔性 材料。
[0004] 专利CN 102034881 A公开了一种太阳能电池的结构,是于一基板上表面形成峰谷 起伏状的主动表面,接续于该主动表面上依序成形导电层、铜铜嫁砸化合物(CIG巧层W及 透明导电层,所述峰谷起伏状的主动表面可W侵入成形手段所完成,借此令后续成形其上 的导电层、铜铜嫁砸化合物(CIG巧层等膜层沿续其峰谷起伏状,因而可W增加其收光及反 应面积,进而提升其对光的能量转换为电能的转换率。其峰谷起伏状的主动表面包含V型、 倒圆锥、倒角锥装的凹坑,采用的是入侵、喷砂、激光加工等手段,最后需要采用氨氣酸腐蚀 较尖锐的凸部,形成平缓的峰谷起伏表面。但是,运项技术适用于刚性的玻璃衬底,难W向 柔性衬底推广。
[0005] 专利CN 103151399 A公开了一种具有周期性陷光结构的柔性薄膜太阳能电池及 其制备方法,该方法在柔性金属衬底上沉积一层厚度为1~10 y m的侣薄膜,然后通过在侣 表面阳极氧化再去除氧化层的方式形成周期性的陷光结构,接着在其表面制作包括电极及 功能层等的薄膜电池层。运种方法制备的周期性结构工艺简单,陷光效果较好,但是侣本身 的热膨胀系数较高(23. ^ipm/K),远高于铜铜嫁砸(7~lOppm/K)和蹄化儒巧.9ppm/K),在 加热和冷却过程中相互之间的由于膨胀速率不同导致内应力增加,容易造成薄膜剥落等问 题。因此,本技术方法也局限于非晶娃、微晶娃等娃材料相关技术工艺,通用性不强。

【发明内容】

[0006] 本发明的主要目的是针对上述现有技术中存在的柔性衬底表面微结构不可控,氧 化层去除不彻底,与膜层结合力不好的问题,提供一种太阳能电池柔性衬底的表面处理方 法。
[0007] 为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
[0008] 太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,包括如下步骤:
[0009] 步骤(1):柔性金属衬底材料放入酒精溶液中超声5~20min ;
[0010] 步骤(2):配制电化学处理溶液,所述电化学处理溶液选自硫酸溶液或硫酸溶液 与溶剂I的混合溶液,所述溶剂I选自水、甲醇、乙醇或离子溶液的任一种;
[0011] 步骤(3):经步骤(1)处理的柔性金属衬底材料放入到步骤(2)所述的处理溶液 中,在平行于所述柔性金属衬底材料的表面依次施加两次电信号,所述两次电信号方向相 互垂直,所述电信号为恒压电信号和/或恒流电信号;
[0012] 步骤(4):将所述柔性金属衬底材料取出,用去离子水冲洗,干燥氮气吹干样品表 面残留液,得到处理后的柔性衬底。
[0013] 本发明的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,电化学处理溶液处理后,在平行 于柔性金属衬底的表面依次施加方向相互垂直的两次电信号,通过前述技术手段,本发明 的表面处理方法不仅可快速、有效除去柔性金属材料表面的氧化层,而且可W在衬底表面 形成类似"金字塔"的微结构,该结构不仅可W改善电锻薄膜与衬底之间的结合力,而且有 助于薄膜电池形成陷光结构,提高电池效率。前述两次电信号,可W为两次恒压电信号、两 次恒流电信号、一次恒流电信号和一次恒压电信号、或者一次恒压电信号和一次恒流电信 号,并且,当为两次恒压电信号或者两次恒流电信号时,前后两次电信号的工作电压或者电 流,W及工作时间可W不相同,只要在本发明前述限定的范围内即可。
[0014] 作为优选,前述的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,步骤(3)中,所述两次电 信号为:
[0015] A.施加两次恒压电信号,所述恒压电信号的电压范围为0. 1~15V,每次恒压电信 号的工作时间为1~600s ;或
[0016] B.施加两次恒流电信号,所述恒流电信号的电流范围为0.0 l~lA/cm2,每次恒流 电信号的工作时间为1~600s ;或
[0017] C.先施加恒压电信号,再施加恒流电信号,所述恒压电信号的电压范围为0. 1~ 15V,所述恒压电信号的工作时间为1~600s ;所述恒流电信号的电流范围为0.0 l~IA/ cm2,所述恒流电信号的工作时间为1~600s ;或 阳01引化先施加恒流电信号,再施加恒压电信号,所述恒流电信号的电流范围为0.0 l~ lA/cm2,所述恒流电信号的工作时间为1~600s ;所述恒压电信号的电压范围为0. 1~15V, 所述恒压电信号的时间为1~600s。
[0019] 发明人通过研究发现,通过优选电压范围、电流范围,W及信号工作时间,本发明 的处理方法不仅能够有效地控制金属锥片的表面形貌,且改善金属锥片的氧含量。
[0020] 作为优选,前述的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,步骤(2)中,所述硫酸溶 液与溶剂I的体积比为1:0. 1~10。
[0021] 作为进一步优选,前述的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,步骤(2)中,所述 硫酸溶液与溶剂I的体积比为1:0. 1~3。
[0022] 通过筛选硫酸溶液与溶剂I的体积比,能够有效地降低金属锥片表面的氧含量。
[0023] 作为优选,前述的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,所述柔性金属衬底材料 选自金属钢锥片、金属侣锥片、金属铁锥片或不诱钢锥片的任一种,所述锥片厚度为25~ 150微米。作为进一步优选,前述的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,所述柔性金属衬 底材料的纯度为>99%。
[0024] 作为进一步优选,前述的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,所述柔性金属衬 底材料为金属钢锥片。
[0025] 作为优选,前述的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,步骤(2)所述的离子溶 液为氯化胆碱与尿素的混合溶液,所述氯化胆碱与尿素的重量比为1 :1~3。采取前述离 子溶液,溶剂稳定,具有良好的导电性,挥发性小,环境友好。
[00%] 作为进一步优选,前述的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,步骤(3)中,所述 恒流电信号的电流范围为0. 5~0. 8A/cm2,所述恒流电信号的工作时间为50~200s。
[0027] 作为进一步优选,前述的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,步骤(3)中,所述 恒压电信号的电压范围为6~10V,所述恒压电信号的工作时间为100~300s。
[0028] 作为最优选,前述的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,
[0029] 步骤(1)中,所述金属衬底材料选自金属钢锥片;所述金属钢锥片厚度为100微 米;
[0030] 步骤(2)中,所述电化学处理溶液为硫酸溶液,或硫酸溶液与甲醇溶液的混合溶 液,所述硫酸溶液与甲醇溶液的体积比为1:3 ;
[00川步骤(3)中,所述两次电信号为两次恒压电信号,所述恒压电信号的电压范围为 6~10V,每次恒压电信号的工作时间为100~300s。
[0032] 发明人通过大量研究发现,通过筛选电化学处理液,并进一步筛选两次电信号的 工作方式,本发明的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,能够利用电场沿金属锥片表面 的分布来有效地刻蚀柔性金属衬底,在相互垂直的电信号作用下形成类"金字塔"的表面微 结构,且有效降低表面氧含量到2 % W下。
[0033] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0034] 一、本发明的太阳能电池柔性衬底的表面处理方法,通过在衬底表面垂直的两个 方向上依次施加特定电信号,通过精确的电信号控制和时间控制,处理时间极大的缩短,并 能有效去除衬底表面的氧化层,获得符合目标要求的柔性沉底表面。
[0035] 二、本发明的太阳能电池柔
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