专利名称：软基柔性太阳能电池光伏组件的制作方法
技术领域：
本实用新型专利涉及由改性基片制备高透光率的太阳能光伏组件，属于薄膜太阳能电池技术领域。
背景技术：
目前，商业化应用太阳能电池光伏组件分为两大类，一类是块状晶体硅太阳能电池、多晶硅，另一类是以薄膜太阳能电池硅基系列、铜铟镓硒系列、碲化镉系列等太阳能电池。薄膜太阳能电池基片类型，又可分为硬基底和软基。薄膜太阳能电池市场，主要以玻璃为基底，属于硬基底电池，产品占有份额最大，软基片薄膜太阳能电池市场较小。软基还包括导电类的不锈钢带和铜带等，绝缘类的聚酰亚胺。美国专利US6858461和US4795500分别提出了在透明TCO玻璃基材上采用激光刻蚀光吸收层和背金属电极层薄膜制成一种具有不同光透率的太阳能电池组件。日本专利JP2003003956及中国专利CN200480001786. 3 在上述美国专利的基础上通过控制激光开断频率和激光与基板之间的相对扫描速度实现开孔大小(直径3(T500Mffl)、孔间距(1. 0Γ2倍于直径距离)和点阵的有序控制。这类专利的共同特征在于采用激光刻蚀光吸收层和背金属电极层薄膜实现光透。其缺陷在于激光刻蚀产生的高能等离子体熔化背金属直接导致在刻蚀区域的界面上形成前后电极的直接短路和非晶硅颗粒的晶化，增大了漏电流，降低了填充因子，因而破坏了电池电性能。中国专利 200710073014. 6公开了改性聚酰亚胺PI基片柔性太阳能电池，利用其聚酰亚胺膜重量轻， 成本低，和改性后完全透明，透光率达93%，提高了电转换效率。但仍需改进汇流技术，如电池基片与封装材料之间的亲和力，提高透光率，降低产品成本，以满足市场多方面要求，尤其在绿色环保光伏伏建筑一体化领域。
实用新型内容如以上所说本实用新型目的在于提供一种柔性电池及其制备方法的解决方案。本实用新型利用不锈钢模板生成改性聚酰亚胺PI基片(简称PI基片)，其上的透光通孔包括引流孔和汇流孔，分布在前电极图形区域内。PI基片上引流孔、汇流孔等透光通孔，贯通、分布于PI基片上沉积的导电膜层及光电转换层各叠层膜面上。预制减少了后序激光刻划导电膜层对光电层加工界面晶化所造成的短路和漏电，使工序减少，生产成本降低。本实用新型目的还在利用柔性电池任意弯曲，形状多变，透光通孔可调节，易封装的特性，制成抗风荷力，美观、符合建筑标准要求透光的柔性电池组件和电池光伏建筑组件，可融于绿色节能、BIPV光伏建筑中。本实用新型结合以上所提出的技术问题和实现的任务，技术解决方案是以聚酰亚胺为基片的柔性薄膜太阳能电池及其封装组件，包括单结或多结硅基系列柔性薄膜太阳能电池芯片和封装材料，其特征在于所说柔性电池，是由透明，透光度93%以上的改性聚酰亚胺PI做基片，该PI基片上设有前电极图形内分布的透光通孔，包括电流导引孔和汇流孔，是复制于0. 45mm至0. 65mm厚的不锈钢薄片模板图形(或简称模板);对应所说通孔贯通
3分布于透明导电膜TCO和PIN型硅基各膜层上；形成所说的柔性电池芯片，该芯片叠放有亲和力材料制成前板和背板之间，由层压制成透光型太阳能电池组或光伏建筑组件。则要求封装的前板透明材料和背板材料皆为柔性聚合物材料。如果是刚性透光BIPV光伏组件，则要求封装所用的前板透明材料和背板材料中至少有一种为刚性。将前板透明材料、胶黏剂、 电池芯片、胶黏剂、背板材料在层压机或高压釜中热压封装。所说的柔性电池包括单结薄膜非晶硅电池，是以柔性透明的PI基片为衬底，在其上顺序层叠透明导电膜TC0、P型非晶硅P+ a-Si、本征非晶硅I a-Si、N型非晶硅N+ a-Si 和金属膜Al。多结电池包括双结或三结叠层电池，可以是同质结或异质结。以双结的异质结电池为例，改性聚酰亚胺PI透明基片，其上依顺序沉积形成的薄膜层由复合透明导电膜TCO ；P型非晶硅P+ a-Si ；本征非晶硅I a-Si ；N型微晶硅；P型微晶硅；本征非晶硅I a-Si ；N型非晶硅N+ a-Si ；金属膜Al所组成。0. 45mm至0. 65mm厚的不锈钢片或带，其上设有本实用新型前电极图形及分布图形内的透光通孔包括电流收集和汇流孔，在该不锈钢片上用丝网印刷或喷涂制备PI基片， 加温固化而成具有相应图形和透光通孔。透光型电池光伏组件，还包括导线引出口焊线、安装接线盒及灌胶。现有技术没有解决一次性解决前电极图形中的通孔，这就导致后序工艺步骤反复加工，本实用新型解决了改性基片一次性解决包括引流孔和汇流孔在内的透光通孔设计， 贯通分布于PI基片、导电膜层、光电转换层各叠层膜面上，免除了透明导电膜TCO等以上所说的各膜层加工，节省了工序。本实用新型以上所说的太阳能电池包括单结、双结、三结的柔性非晶硅太阳能电池。其中两结的电池芯片，沉积温度于250°C条件下真空沉积非晶硅薄膜层顶电池的P型， 膜层厚120 A、顶电池的I型膜层厚910A，在温度于400°C沉积顶电池的N型膜层厚250 A 与底电池的P型微晶硅薄膜层厚250 A形成隧道结，在温度于400°C沉积底电池的I型膜层厚3500A、底电池的N型膜层厚250 A柔性太阳能电池光伏组件。两结的电池芯片用透明的前板和背板有机或无机材料通过层压/高压釜工艺制备成一种透光型柔性太阳能电池光伏组件。封装柔性太阳能电池光伏组件热压后的透光型柔性组件可以剪裁，在导线引出口焊线、安装接线盒及灌胶。与现有不透明PI基片制成柔性非晶硅太阳能电池的区别主要在于电池的薄膜叠层结构顺序不同，本实用新型提出的单结或多结，都是在基片上依次制作P I N薄膜层，而后者的顺序则是N I P薄膜层。对于微观结构的薄膜电池来说涉及到工艺不同，直接影响产品的光电转换效率。本实用新型在PI基片上，先沉积P层，再沉积I层，其意义是有利于本征I层性能的改善。通常本征I层非晶硅I a-Si呈弱N型，先沉积P型非晶硅P+ a-Si，有利于提高本征I层非晶硅a-Si的光敏特性，从而提高电池的转化效率。用改性的透明的聚酰亚胺PI基片，做异质结电池，它的优点是顶电池的透光好， 因而减小了电池表面的复合损失。采用不透明的PI基片和NIP的电池结构。必须在PI基片上先沉积非晶硅膜，后沉积TCO膜，致使因TCO膜的沉积温度350°C-400°c大于非晶硅膜的沉积温度220°C _250°C，导致先前沉积的非晶硅膜在350°C -400°C高温下，出现大量的高温释氢现象。造成非晶硅膜出现大量微空洞，非晶硅性能急剧衰减，电池电性能随之衰减。最终会影响太阳能电池的转换效率和带负载的能力。本实用新型地积极意义在于突破禁忌，调整工艺结构，可在350°C -400°C的最佳工艺温度沉积TCO膜，会获得透光率和面电阻均优良的TCO膜。给沉积温度的提升，找到了理据，避免非晶硅膜在高温下大量释氢，以防止P，I和I，N界面在高温下的杂质扩散，对I 层性能所造成的衰减。按照本实用新型提出的技术解决方案PI基片的制备改性的聚酰亚胺，按摩尔比配方3，三氟代二甲基-4，二氨基二苯甲烷N，N- 二甲基乙酰胺2，3，，4:联苯四甲酸二酐=(0.9 1. 1) (45 50) (0.9 1. 1)制得改性的透明基片。使用这种基片，由于高的透光性，可获得比以玻璃为基片的太阳能电池更高的转换效率。本实用新型产生的积极效果主要采用改性聚酰亚胺PI基片，减小了电池表面的复合，高温耐受性强，在后期封装应用中，显现柔性薄膜太阳能电池光电转换效率和性价比有显著地提高。
图1、是本实用新型的柔性太阳能电池芯片的结构示意图。其中1为金属薄膜层， 2为底电池的N型非晶硅，3为底电池的I型非晶硅，4为底电池的P型微晶硅，5为顶电池的N型微晶硅，6为顶电池的I型非晶硅，8为顶电池的P型非晶硅，7为透明导电膜，9为透明改性聚酰亚胺的PI基片，见图1柔性太阳能电池，为双结叠层非晶硅电池结构，由耐高温的改性透明柔性PI基片为基底9依次是透明导电膜7、顶电池的P型非晶硅8、顶电池的本征I型非晶硅6、顶电池的N型微晶硅5、底电池的P型微晶硅4，底电池的本征非晶硅3，底电池的N型非晶硅2，金属薄膜层1组成。图2、是本实用新型柔性太阳能光伏组件的结构示意图。其中303为透光弯曲玻璃、302为胶黏剂、301为太阳能电池芯片、304为透光弯曲玻璃。柔性太阳能电池芯片由透光弯曲玻璃封装成透光型太阳能光伏组件。以下根据附图进一步说明本实用新型的工作原理，传统的在低温200°C以下，软基片上沉积的透明导电膜性能较差，透明导电膜的面电阻高，不利于提高太阳能电池的转换效率。本实用新型300°C以上的基片温度下，在改性聚酰亚胺基片上，沉积组成叠层非晶硅电池隧道结的优质N型和P型微晶硅。通常基片温度越高，3000C以上沉积在基片上的原子的能量就越大，越有可能挣脱基片的束缚在基片表面自由移动，调整在基片上所处的位置，并达到最佳状态，从而减少微晶硅膜中的缺陷，制备出优质的微晶硅膜。反之，基片温度低于200°C时，制备的微晶硅膜缺陷较多，性能较差。本实用新型夹紧绷直PI基片的装置，采用一种坚固耐高温的刚性材料，使改性聚酰亚胺基片的安装和拆卸方便，不易破裂，完全可与现有玻璃衬底非晶硅太阳能电池的生产工艺兼容，在较高温度下可取出电池，缩短降温等待时间，可以与玻璃为基片的非晶硅太阳能电池生产设备和工艺相兼容，不需要另外再新建生产线，本设备投资成本低。使用完全透光的高分子聚合物基片的非晶硅太阳能电池的结构以单结电池为例可采用改性透明基片PI、透明导电膜TC0、P型非晶硅P+ a-Si、本征非晶硅I a-Si、N型非晶硅N+ a-Si、金属膜Al的结构。
具体实施方式
例 1软基柔性太阳能电池光伏组件，其核心部件包括单结或多结硅基系列薄膜太阳能电池芯片，电池芯片用改性的透明、高透光度的高分子聚合物做PI基片，其前电极区域内分布的透光通孔包括引流孔和汇流孔；由丝网印刷或喷涂在不锈钢模板上的高温成膜、脱膜制成的PI基片；在绝缘的PI基片上还有一层透明导电膜，其上至少有一个依序层叠的P型非晶硅膜层、I本征非晶硅层、N型非晶硅膜层和金属膜层；透光通孔贯通分布于PI基片、基片透明导电膜、光电转换叠层的各薄膜层上；由以上电池芯片与透明的有机或无机前板和背板材料用层压/高压釜制备而成的一种透光型电池光伏组件。本实施例的电池芯片制造方法如下采用0. 5毫米厚的不锈钢薄片模板(或简称模板)，其上设有前电极图形内分布的透光通孔(图中未画出)，包括电流导引孔和汇流孔；按摩尔比配方制得的聚酰胺酸浆料；将聚酰胺酸浆料丝网印刷在模板上，经高温350°C处理，得到均勻的透明，具有透光通孔，包括电流导引孔和汇流孔的改性聚酰亚胺基片；在350°C温度下用磁控溅射法在改性聚酰亚胺基片上沉积一层面电阻Π15Ω/ ，透光率93%的ZnO透明导电膜；无需用激光刻划ZnO透明导电膜；将PI基片装入沉积夹具推入真空室在220°C温度下沉积P型非晶硅100 A、顶电池的I型非晶硅900A、底电池的I型非晶硅^OOA、底电池的N型非晶硅200 A，在300°C温度下沉积底电池的P型微晶硅薄膜层200 A和顶电池的N型微晶硅薄膜层200 A形成隧道结；沉积夹具出炉后，将沉积夹具中的基片架和其上的改性聚酰亚胺基片取出并在 20°C以下的环境下进行快速降温；激光刻划沉积在改性聚酰亚胺基片上的非晶硅膜，形成连接相邻两节单元电池正负极的通道；然后置于镀铝机中镀制铝金属薄膜；激光刻划铝金属薄膜；最后制成本实用新型电池组件的核心部件透光型柔性非晶硅太阳能电池或称电池芯片。例 2采用厚度为0.45mm不锈钢模片或带，柔性非晶硅太阳能电池芯片制造步骤同例 1，仅改变改性PI基片制作配方、非晶硅薄膜沉积温度和各层膜的厚度按3，三氟代二甲基-4，4、二氨基二苯甲烷N，N- 二甲基乙酰胺 2，3，4:联苯四甲酸二酐=1.0 47 1. 0的摩尔比例将二胺单体3，3、-三氟代二甲基_4，二氨基二苯甲烷加入到N，N- 二甲基乙酰胺DMAc溶液中，充入氮气，室温下搅拌 5分钟后，开始加入的2，3，3\4:联苯四甲酸二酐a-BPDA.在氮气保护下，室温搅拌反应20小时.真空脱泡过滤后，得到无色透明的聚酰胺酸粘稠溶液.将该溶液涂布在干净的玻璃板上，再放入烘箱中按下列程序烘干120°C /lh;170°C /lh;280°C /lh;350°C /lh. 冷却后得到均勻的透明改性PI基片。在235°C的真空室温度下沉积顶电池的P型非晶硅120 A、顶电池的I型非晶硅800A、底电池的I型非晶硅3100A、底电池的N型非晶硅150 A，在350°C温度下沉积底电池的P型微晶硅薄膜层150 A和顶电池的N型微晶硅薄膜层150 A形成隧道结。例 3采用厚度为0.65mm不锈钢模片或带，柔性非晶硅太阳能电池芯片制造步骤同例 1，其封装步骤如下1)采用厚度为25MflT75Mffl的透明柔性前板聚合物薄膜(如聚氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物等)和厚度为25MflT75Mffl的胶黏剂(如EVA、PE等)形成一个叠层平面。2)将涂锡铜带压粘在电池芯片的两端。3)贴好涂锡带的电池片和支撑的胶黏剂/透明柔性前板聚合物薄膜传送至热压机前，与此同时，厚度为25MflT75Mffl的胶黏剂(如EVA、PE等)，厚度为25MflT75Mffl柔性背板聚合物薄膜(一层高分子薄膜或多层有机无机复合材料)。根据BIPV组件长度的设计要求，这上面两层材料将在一定间隔的位置预留出线孔。4)热压好的柔性组件将根据组件模块尺寸剪裁。并在导线引出口焊线、安装接线盒及灌胶。
权利要求1.一种软基柔性太阳能电池光伏组件，构成电池光伏组件的核心部件包括单结或多结硅基系列薄膜太阳能电池芯片，及封装材料，其特征在于柔性电池用透光度为90%-95%的高分子聚合物做基片，其前电极区域内分布的透光通孔包括引流孔和汇流孔；由丝网印刷或喷涂在不锈钢模板上的高温成膜、脱膜制成的PI基片；在绝缘的PI基片上还有一层透明导电膜，其上至少有一个依序层叠的P型非晶硅膜层、I本征非晶硅层、N型非晶硅膜层和金属膜层；所说透光通孔贯通分布于PI基片、基片透明导电膜、光电转换叠层的各薄膜层上；所说的组件是由所述电池芯片与透明的有机或无机前板和背板材料封装而成的一种透光型电池光伏组件。
2.根据权利要求1所述的一种软基柔性太阳能电池光伏组件，其特征在于所说不锈钢模板是0. 45mm至0. 65mm厚的不锈钢片或带，其上透光孔通是预置分布在前电极图形区域内的汇流孔和导流孔。
3.根据权利要求1所述的一种软基柔性太阳能电池光伏组件，其特征在于所说的透光型电池光伏组件由电池芯片夹在前板和背板均是玻璃的胶黏剂中。
4.根据权利要求3所述的一种软基柔性太阳能电池光伏组件，其特征在于所说的透光型电池光伏组件，其前板和背板均是透明的高分子聚合物。
5.根据权利要求4所述的一种软基柔性太阳能电池光伏组件，其特征在于所说的透光型电池光伏组件，还包括导线引出口焊线、安装接线盒及灌胶。
6.根据权利要求4所述的一种软基柔性太阳能电池光伏组件，其特征在于所说的透光型电池光伏组件包括单结的或多结的电池芯片。
7.根据权利要求6所述的一种软基柔性太阳能电池光伏组件，其特征在于所说的电池光伏组件封装的电池芯片包括单结，或多结的同质结或异质结。
8.根据权利要求5所述的一种软基柔性太阳能电池光伏组件，其特征在于所说的电池光伏组件封装前板和背板是透明柔性聚合物，包括聚氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物薄膜封装。
9.根据权利要求1所述的一种软基柔性太阳能电池光伏组件，其特征在于所说的PI基片是改性的聚酰亚胺透明材料，耐高温350°C以上四小时不变形。
专利摘要本实用新型涉及由改性基片制备高透光率的软基柔性太阳能电池光伏组件，属于薄膜太阳能电池技术领域。本实用新型目的在于提供一种柔性电池及其制备方法的解决方案。主要技术特征是用不锈钢模板生成改性聚酰亚胺PI基片(简称PI基片)，其上的透光通孔包括引流孔和汇流孔，贯通、分布于PI基片上沉积的导电膜层及光电转换层各叠层膜面上。本实用新型创造效果显著，减少激光刻划对光电层加工界面晶化所造成的短路和漏电，减少工序，降低生产成本。透光型柔性太阳能光伏组件用途广泛。
文档编号H01L31/048GK202332901SQ20112047354
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者孙坚, 李毅, 胡盛明 申请人:深圳市创益科技发展有限公司