一种用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于光伏应用领域，公开了一种用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底。所述的柔性绒面导电衬底以柔性薄膜为基片，在所述基片的一侧由下至上依次镀覆金属导电层、氧化物导电层及绒面结构层；所述绒面结构层为将铝呈散点状镀覆在所述氧化物导电层上所形成的波浪形貌的绒面膜层。本实用新型所述柔性绒面导电衬底成本低，可以大大降低柔性太阳能电池/组件的生产成本；所述柔性绒面导电衬底的绒面结构层具有优异的陷光结构，且铝膜的表面可反射大量的近红外光，使得更多的光可以重新被散射回电池吸收层，从而进一步降低电池吸收层的厚度，减少电池/组件的生产成本。
【专利说明】—种用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光伏应用领域，具体涉及一种用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底。
【背景技术】
[0002]柔性薄膜太阳能电池作为太阳能电池中的一个品种，多年来一直受到各研究结构、企业及其政府的关注，国际上有很多企业均在争相开发研究。与平板式晶体硅、玻璃衬底薄膜电池相比，柔性薄膜太阳能电池其最大的特点是重量轻、可折叠、不易破碎、具有高的质量功率比，在运输、携带、保管上均非常方便。柔性薄膜太阳能电池不但可以完全可以胜任现有硬质衬底太阳电池应用的所有角色，而且还可以在硬质电池难以胜任的许多其它领域得到应用和推广，包括太阳能汽车、飞机、飞艇、建筑等特殊曲面场合，甚至可以像地图一样挂在墙上，不用时卷起来即可，尤其是在军用野外训练上非常方便。
[0003]柔性衬底作为柔性薄膜太阳能电池中必不可少的一部分，兼具导电电极和基片的功能。其性能的优劣直接关系到电池的性能和电池的制备成本，因此是制备柔性非晶硅、柔性非晶硅/微晶硅、柔性碲化镉等薄膜太阳能电池的关键原材料之一。如何低成本、大面积的制备出高品质的柔性导电衬底，是制备出低成本、高效率柔性薄膜太阳能电池的关键因素之一，是实现柔性太阳能电池得到大力推广应用的必要前提条件。
[0004]目前，生产规模上，现有的用于生产柔性绒面衬底的工艺就是在不锈钢或是聚酰亚胺塑料衬底上直接镀上一层银作为背反射层。该背反射层结构单一、无法实现陷光效应，导致电池的吸收层要做的比较厚，增加电池/组件成本。
[0005]实验规模上，目前科研机构、高校最常用的柔性导电衬底结构基本均是:不锈钢片/塑料衬底(PEN、PET、PI) +银(Ag) +氧化锌(ZnO)。在该结构中，Ag和ZnO均无法做成绒面形貌，而是直接用纳米压印光刻技术在不锈钢片或是塑料衬底的表面上作出纳米微结构的绒面形貌，然后在其上面依次镀上Ag和ZnO。但是从成本及其性能的角度来看，纳米压印光刻技术无法制备出大面积、工业化规格的柔性绒面衬底应用于薄膜太阳能电池。因此随着光伏市场的逐步发展及其应用领域的开拓，创造出一种性能优异、成本低廉、可大面积工业化制备的柔性绒面衬底显得极为重要。
实用新型内容
[0006]为了克服现有技术的缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种性能优异、可大面积工业化制备的用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底。所述的柔性绒面导电衬底通过对绒面结构进行改进，可提升光电转换效率；并且采用廉价的金属膜层，可降低柔性太阳能电池/组件的成本，以适应终端市场的应用需求；
[0007]本实用新型的目的通过下述技术方案实现:
[0008]一种用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底，所述的柔性绒面导电衬底以柔性薄膜为基片，在所述基片的一侧由下至上依次镀覆金属导电层、氧化物导电层及绒面结构层；所述绒面结构层为将铝呈散点状镀覆在所述氧化物导电层上所形成的波浪形貌的绒面月吴层。
[0009]优选的，所述金属导电层的厚度为20?10nm ;所述氧化物导电层的厚度为10?30nm ;所述绒面结构层的厚度为50nm?3 μ m ;
[0010]优选的，所述柔性薄膜为聚酰亚胺(PI)薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜或不锈钢薄膜中的一种；所述金属导电层的金属为铝、银或金中的一种；所述氧化物导电层的氧化物为掺铝氧化锌(ZnO = Al)。
[0011]上述用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底的制备方法，包括如下步骤:
[0012](I)采用磁控溅射方式在柔性薄膜的一侧上镀覆一层金属导电层，得到导电衬底A ；
[0013]优选的，所述磁控溅射方式的工艺条件为:本底真空度小于1.0X10_6Torr，工作气压4?6mTorr，工作气体为氩气(Ar)，溅射电源为直流电源，功率50?1000W，衬底温度为室温?300°C，沉积速率为30?100nm/min ；
[0014]优选的，所述柔性薄膜为聚酰亚胺薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或不锈钢薄膜中的一种；
[0015]优选的，所述金属导电层的金属为铝、银或金中的一种；
[0016]优选的，所述金属导电层的厚度为20?10nm ；
[0017](2)采用磁控溅射方式在所述导电衬底A的金属导电层上镀覆一层氧化物导电层，得到导电衬底B ;
[0018]优选的，所述磁控溅射方式的工艺条件为:本底真空度小于3.0X 10_5Torr，工作气压I?1mTorr,工作气体为氩气与氧气(O2)的混合气，溅射电源为13.56MHz的射频电流，功率50?1000W，衬底温度为室温?300°C，沉积速率为10?100nm/min ；
[0019]优选的，所述氧化物导电层的氧化物为掺铝氧化锌；
[0020]优选的，所述氧化物导电层的厚度为10?30nm ；
[0021](3)取质量分数为0.5%的微颗粒球水溶液，将微颗粒球水溶液与去离子水按1:(I?6)的体积比例混合得混合溶液，将混合溶液的pH值调至2?6，再将所述导电衬底B放入所述混合溶液中，静置0.5?lmin，使微颗粒球水溶液中的微颗粒球吸附在所述导电衬底B的氧化物导电层上表面，然后取出所述导电衬底B，用水清洗，得到导电衬底C ;所述微颗粒球水溶液中微颗粒球的粒径为50nm?30 μ m ;
[0022]优选的，所述微颗粒球水溶液中的微颗粒球为聚苯乙烯(PS)微球或二氧化硅(S12)微球；
[0023]本实用新型柔性绒面导电衬底的氧化物导电层优选材料为掺铝氧化锌，由于掺铝氧化锌的等电点(IsoelectricPoint)比较大,大概在6?10左右,而聚苯乙烯微球或二氧化硅微球的等电点比较小，一般是2?4左右。因此当把制备好的导电衬底B放入到PH为2?6的聚苯乙烯微球或二氧化硅微球的水溶液中时，氧化物导电层的表面会带上负电，而聚苯乙烯微球或二氧化硅微球的表面就会带上正电，造成这两种材料互相静电吸引。经过短时间浸溃后，氧化物导电层的表面几乎就会被一层微颗粒球所吸附。微颗粒球在氧化物导电层表面上的覆盖率会随着微颗粒球溶液浓度、PH值、浸溃镀膜的时间发生改变。
[0024](4)采用磁控溅射方式在所述导电衬底C的氧化物导电层上镀覆一层铝膜，得到导电衬底D ;
[0025]所述铝膜的沉积厚度随微颗粒球的粒径发生变化；
[0026](5)超声清洗去除所述导电衬底D上表面的微颗粒球，使导电衬底D上表面形成一层绒面结构层，得到所述柔性绒面导电衬底；所述绒面结构层的厚度为50nm?3μπι。
[0027]上述用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底在制备太阳能电池中作为导电电极和/或基片的应用。
[0028]优选的，所述太阳能电池为硅基薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池、有机柔性太阳能电池或柔性染料敏化太阳能电池。
[0029]本实用新型的原理:
[0030]为增强太阳能电池的光吸收效率，改善反射层与电池层的界面特性，本实用新型的柔性绒面导电衬底具有一层氧化物导电层，并在氧化物导电层的表面形成纳米/微米级绒度的绒面结构层，该绒面结构层将铝呈散点状镀覆在所述氧化物导电层上所形成的波浪形貌的铝膜层。该绒面结构层优异的陷光结构，以及氧化物导电层上局部镀覆的铝膜的近红外光反射效益，使透过电池吸收层的光入射到该绒面表面时发生漫散射，从而使更多的光能重新被散射回吸收层，提高电池光电转换效率10-15%，并且可以在提高电池/组件性能基础上将电池吸收层的厚度减薄，降低电池/组件的生产成本。同时本实用新型的柔性绒面导电衬底的绒面结构层采用铝材质，可以进一步降低生产成本，从而将柔性电池/组件的终端应用成本降低10-20%。
[0031]本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0032](I)本实用新型的柔性绒面导电衬底，可大大降低太阳能电池或组件的生产成本。采用本实用新型的柔性绒面导电衬底，可以在提高电池或组件的光利用效率基础上将电池吸收层的厚度减薄，降低电池或组件的生产成本；同时本实用新型的柔性绒面导电衬底的绒面结构层采用成本低廉的铝材质，可以进一步降低生产成本，从而将柔性电池/组件的终端应用成本降低10-20%。
[0033](2)本实用新型的柔性绒面导电衬底可于低温下制备得到，可以大大减小能耗，并且不影响柔性材料的稳定性能。
[0034](3)相比于传统工业化单一的背反射陷光结构，本实用新型的柔性绒面导电衬底具有优异的陷光性能，使得更多的光可以重新被散射回电池吸收层，提高光吸收利用效率，从而进一步降低电池吸收层的厚度。
[0035](4)实用新型的柔性绒面导电衬底可大面积工业化生产，制备过程中所用的磁控溅射、浸溃镀膜、清洗等工艺均与工业标准工艺相匹配，可以快速得到转化生产。
[0036](5)本实用新型的制备方法利于工业化推广，可推广到卷对卷(Roll to roll)技术中。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1为本实用新型所述柔性绒面导电衬底的结构图，其中:1为柔性薄膜，2为金属导电层，3为氧化物导电层，4为绒面结构层。
[0038]图2为镀覆铝膜后导电衬底的结构示意图，其中:标号1-3与图1的一致，5为微颗粒球，6为铝膜。
【具体实施方式】
[0039]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0040]实施例1
[0041]一种可用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底，其结构如图1所示。所述可用于太阳能电池的柔性绒面导电衬底以柔性薄膜I为基片，在柔性薄膜I的一侧由下至上依次镀覆金属导电层2、氧化物导电层3及绒面结构层4 ;所述绒面结构层4为将铝呈散点状镀覆在所述氧化物导电层3上所形成的波浪形貌的绒面膜层；所述金属导电层3的厚度为20?lOOnm，所述氧化物导电层3的厚度为10?30nm，所述绒面结构层4的厚度为50nm ?3 μ m0
[0042]在上述可用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底中，所述柔性薄膜I为聚酰亚胺薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或不锈钢薄膜中的一种；所述金属导电层2的金属为铝、银或金中的一种；所述氧化物导电层3的氧化物为掺铝氧化锌。
[0043]一种上述用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底的制备方法，包括如下步骤:
[0044](I)采用磁控溅射方式在柔性薄膜I的一侧上镀覆一层金属导电层2，得到导电衬底A ；
[0045]优选的，所述磁控溅射方式的工艺条件为:本底真空度小于1.0X 10_6Torr，工作气压4?6mTorr，工作气体为氩气(Ar)，溅射电源为直流电源，功率50?1000W，衬底温度为室温?300°C，沉积速率为30?100nm/min ；
[0046]优选的，所述柔性薄膜I为聚酰亚胺薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或不锈钢薄膜中的一种；
[0047]优选的，所述金属导电层2的金属为铝、银或金中的一种；
[0048]优选的，所述金属导电层2的厚度为20?10nm ；
[0049](2)采用磁控溅射方式在所述导电衬底A的金属导电层2上镀覆一层氧化物导电层3，得到导电衬底B ;
[0050]优选的，所述磁控溅射方式的工艺条件为:本底真空度小于3.0X 10_5Torr，工作气压I?1mTorr,工作气体为氩气与氧气(O2)的混合气，溅射电源为13.56MHz的射频电流，功率50?1000W，衬底温度为室温?300°C，沉积速率为10?100nm/min ；
[0051]优选的，所述氧化物导电层3的氧化物为掺铝氧化锌；
[0052]优选的，所述氧化物导电层3的厚度为10?30nm ；
[0053](3)取质量分数为0.5%的微颗粒球水溶液，将微颗粒球水溶液与去离子水按1:(I?6)的体积比例混合得混合溶液，将混合溶液的pH值调至2?6，再将所述导电衬底B放入所述混合溶液中，静置0.5?lmin，使微颗粒球水溶液中的微颗粒球5吸附在所述导电衬底B的氧化物导电层3的上表面，然后取出所述导电衬底B，用水清洗，得到导电衬底C ；所述微颗粒球水溶液中微颗粒球5的粒径为50nm?30 μ m ;
[0054]优选的，所述微颗粒球5为聚苯乙烯微球或二氧化娃微球；
[0055](4)采用磁控溅射方式在所述导电衬底C的氧化物导电层3上镀覆一层铝膜6，得到导电衬底D，所述导电衬底D的结构如图2所示；
[0056]所述铝膜6的沉积厚度随微颗粒球5的粒径发生变化；
[0057](5)超声清洗去除所述导电衬底D上表面的微颗粒球5，使导电衬底D上表面形成绒面结构层5，得到所述柔性绒面导电衬底；所述绒面结构层5的厚度为50nm?3μπι。
[0058]上述用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底可在制备太阳能电池中作为导电电极和/或基片；优选的，所述太阳能电池为硅基薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池、有机柔性太阳能电池或柔性染料敏化太阳能电池。
[0059]实施例2
[0060]一种可用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底，以聚酰亚胺薄膜为基片，在聚酰亚胺薄膜的一侧由下至上依次镀覆金属铝导电层、掺铝氧化锌导电层及绒面结构层；所述绒面结构层为将铝呈散点状镀覆在所述氧化物导电层上所形成的波浪形貌的绒面膜层；所述金属铝导电层的厚度为20nm，所述掺铝氧化锌导电层的厚度为10nm，所述绒面结构层的厚度为50nm。
[0061]上述可用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底的制备方法包括如下步骤:
[0062]1、采用磁控溅射设备在聚酰亚胺薄膜的一侧上镀上一层金属铝导电层，得到柔性导电衬底A。磁控溅射工艺条件如下:本底真空度优于1.0xlO^6Torr,工作气压4mTorr，工作气体为Ar，溅射电源为直流电源，功率300W，衬底温度为100°C，金属铝导电层的沉积厚度为20nm。
[0063]2、采用磁控溅射方式在导电衬底A的金属铝导电层上镀上一层掺铝氧化锌导电层，得到导电衬底B。磁控溅射工艺条件如下:本底真空度优于3.0xl0_5Torr，工作气压4mTorr，工作气体Ar+02，溅射电源为13.56MHz的射频电源，功率200W，衬底温度为100°C，掺铝氧化锌导电层的沉积厚度为10nm。
[0064]3、取质量分数为0.5%的聚苯乙烯微球水溶液，与去离子水按1:4的体积比例混合，所述聚苯乙烯微球水溶液中聚苯乙烯微球的粒径为10nm ;将所述混合溶液的PH值调至4，将导电衬底B放入到该混合溶液中，放置lmin.，使聚苯乙烯微球吸附在所述导电衬底B的掺铝氧化锌导电层上表面，取出，用水冲洗干净，得到导电衬底C ；
[0065]4、在导电衬底C上利用磁控溅射方式镀上一层铝膜，得到导电衬底D。磁控溅射工艺为:本底真空度为1.0xKT6Torr，工作气压4mTorr，工作气体Ar，溅射电源为直流电源，功率200W，衬底温度为室温(RT)，沉积厚度为50nm ；
[0066]5、用超声机清洗去除导电衬底D上表面的聚苯乙烯微球，使导电衬底D上表面形成绒面结构层，得到所述柔性绒面导电衬底；所述绒面结构层5的厚度为50nm。
[0067]所述柔性绒面导电衬底的面电阻小于0.2ohm。
[0068]实施例3
[0069]一种可用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底，以聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜为基片，在聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜的一侧由下至上依次镀覆金属银导电层、掺铝氧化锌导电层及绒面结构层；所述绒面结构层为将铝呈散点状镀覆在所述氧化物导电层上所形成的波浪形貌的膜层；所述金属银导电层的厚度为lOOnm，所述掺铝氧化锌导电层的厚度为30nm,所述绒面结构层的厚度为500nm。
[0070]上述可用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底的制备方法包括如下步骤:
[0071]1、采用磁控溅射设备在聚酰亚胺薄膜的一侧上镀上一层金属银导电层，得到柔性导电衬底A。磁控溅射工艺条件如下:本底真空度优于1.0xlO^6Torr,工作气压4mTorr，工作气体为Ar，溅射电源为直流电源，功率300W，衬底温度为100°C，沉积厚度为lOOnm。
[0072]2、采用磁控溅射方式在导电衬底A的金属铝导电层上镀上一层掺铝氧化锌导电层，得到导电衬底B。磁控溅射工艺条件如下:本底真空度优于3.0xl0_5Torr，工作气压4mTorr，工作气体Ar+02，溅射电源为13.56MHz的射频电源，功率200W，衬底温度为100°C，沉积厚度为30nm。
[0073]3、取质量分数为0.5%的二氧化硅微球水溶液，与去离子水按1:2的体积比例混合，所述二氧化硅微球水溶液中二氧化硅微球的粒径为100nm ;将所述混合溶液的PH值调至5，将导电衬底B放入到该混合溶液中，放置0.5min，使二氧化硅微球吸附在所述导电衬底B的掺铝氧化锌导电层上表面；取出导电衬底B，用水冲洗干净，得到导电衬底C ；
[0074]4、在导电衬底C上利用磁控溅射方式镀上一层铝膜，得到导电衬底D。磁控溅射工艺为:本底真空度为1.0xKT6Torr，工作气压4mTorr，工作气体Ar，溅射电源为直流电源，功率500W，衬底温度为室温(RT)，沉积厚度为500nm ；
[0075]5、用超声机清洗去除导电衬底D上表面的二氧化娃微球,使导电衬底D上表面形成绒面结构层，得到所述柔性绒面导电衬底；所述绒面结构层5的厚度为500nm。
[0076]所述柔性绒面导电衬底的面电阻小于0.2ohm。
[0077]实施例4
[0078]—种可用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底，以聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜为基片，在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的一侧由下至上依次镀覆金属金导电层、掺铝氧化锌导电层及绒面结构层；所述绒面结构层为将铝呈散点状镀覆在所述氧化物导电层上所形成的波浪形貌的膜层；所述金属金导电层的厚度为80nm，所述掺铝氧化锌导电层的厚度为20nm,所述绒面结构层的厚度为3μηι。
[0079]上述可用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底的制备方法包括如下步骤:
[0080]1、采用磁控溅射设备在聚对苯二甲酸乙二醇薄膜的一侧上镀上一层金属金导电层，得到柔性导电衬底Α。磁控溅射工艺条件如下:本底真空度优于1.0xKT6Torr，工作气压4mTorr，工作气体为Ar，溅射电源为直流电源，功率300W，衬底温度为80°C，沉积厚度为80nm。
[0081]2、采用磁控溅射方式在导电衬底A的金属铝导电层上镀上一层掺铝氧化锌导电层，得到导电衬底B。磁控溅射工艺条件如下:本底真空度优于3.0xl0_5Torr，工作气压4mTorr,工作气体Ar+02，溅射电源为13.56MHz的射频电源，功率300W，衬底温度为80°C，沉积厚度为20nm。
[0082]3、取质量分数为0.5%的二氧化硅微球水溶液，与去离子水按1:6的体积比例混合，所述二氧化硅微球水溶液中二氧化硅微球的粒径为3 μ m ;将所述混合溶液的PH值调至5，将导电衬底B放入到该混合溶液中，放置lmin.，使二氧化硅微球吸附在所述导电衬底B的掺铝氧化锌导电层上表面，取出，用水冲洗干净，得到导电衬底C ；
[0083]4、在导电衬底C上利用磁控溅射方式镀上一层铝膜，得到导电衬底D。磁控溅射工艺为:本底真空度为1.0xKT6Torr，工作气压4mTorr，工作气体Ar，溅射电源为直流电源，功率300W，衬底温度为室温(RT)，沉积厚度为3 μ m ;
[0084]5、用超声机清洗去除导电衬底D上表面的二氧化娃微球,使导电衬底D上表面形成绒面结构层，得到所述柔性绒面导电衬底；所述绒面结构层5的厚度为3μπι。
[0085]所述柔性绒面导电衬底的面电阻小于0.2ohm。
[0086]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底，其特征在于:所述的柔性绒面导电衬底以柔性薄膜为基片，在所述基片的一侧由下至上依次镀覆金属导电层、氧化物导电层及绒面结构层；所述绒面结构层为将铝呈散点状镀覆在所述氧化物导电层上所形成的波浪形貌的绒面膜层。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底，其特征在于:所述金属导电层的厚度为20?10nm ;所述氧化物导电层的厚度为10?30nm ;所述绒面结构层的厚度为50nm?3 μ m。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能电池的低成本柔性绒面导电衬底，其特征在于:所述柔性薄膜为聚酰亚胺薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或不锈钢薄膜中的一种；所述金属导电层的金属为铝、银或金中的一种；所述氧化物导电层的氧化物为掺铝氧化锌。
【文档编号】H01L31/02GK203967095SQ201420147857
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】林清耿, 王洋 申请人:惠州市易晖太阳能科技有限公司