彩色太阳能电池的制作方法

本实用新型涉及光电技术领域，特别是涉及一种彩色太阳能电池。

背景技术：

太阳能电池采用了光伏技术，可以实现光电转换效应，具有广阔的应用前景。太阳能电池在实现其基础发电功能的同时，也被人们广泛的应用到新的领域。比如：光伏建筑一体化、可穿戴设备、彩色玻璃和彩色墙面等。随着光伏市场的不断发展和人们审美的不断提高，对光伏产品的外观要求随之提升。光伏建筑一体化要求产品多样性，特别是外观的图案和颜色的多样性，达到与环境和建筑的和谐统一、漂亮且个性，另外独特靓丽的外观也有助于产品的展览和宣传。采用传统方案制成的薄膜电池芯片电池颜色为蓝黑色，颜色单一。封装为组件之后颜色比较单调，产品差异化不明显。

技术实现要素：

基于此，有必要针对薄膜电池芯片颜色单一，产品差异化不明显问题，提供一种彩色太阳能电池。

一种彩色太阳能电池，包括：

衬底；

设置于所述衬底表面的至少一个电池单元，所述电池单元的表面为导电层；

设置于所述导电层的减反射层，所述减反射层包括多个子减反射层，多个所述子减反射层中至少两个所述子减反射层之间的厚度不相等。

在一个实施例中，所述减反射层的材料为SixNy，其中x:y的取值范围为0.75-4。

在一个实施例中，多个所述子减反射层中至少两个所述子减反射层中的Si:N比例不相同。

在一个实施例中，多个所述子减反射层的面积之和等于至少一个所述电池单元中所述导电层的面积。

在一个实施例中，所述电池单元包括：

设置与所述背电极层和所述导电层之间的半导体层；

贯穿所述半导体层，完成所述背电极层和所述导电层之间电连接的连接部。

在一个实施例中，所述半导体层包括：

位于所述背电极层上的第一半导体层；

位于所述第一半导体层上的、且与所述第一半导体层实现p-n接合的第二半导体层；

所述连接部贯穿所述半导体层时，分别与所述第一半导体层和所述第二半导体层连接。

在一个实施例中，所述第一半导体层的材料为p型半导体，在所述电池单元中形成p区；所述第二半导体层的材料为n型半导体，在所述电池单元中形成n区。

在一个实施例中，在所述第二半导体层和所述导电层之间还包括本征半导体层，所述第二半导体层和所述本征半导体层共同组成所述电池单元的n区。

在一个实施例中，相邻的所述电池单元之间串联连接。

在一个实施例中，所述彩色太阳能电池还包括与所述减反射层在同一个平面的线状电极；

所述线状电极间隔设置于多个所述子减反射层之间，所述线状电极用于将所述电池单元产生的电荷导出。

本实用新型中提供一种彩色太阳能电池。彩色太阳能电池包括：衬底。设置于所述衬底表面的至少一个电池单元，所述电池单元的表面为导电层。设置于所述导电层的减反射层，所述减反射层包括多个子减反射层，多个所述子减反射层中至少两个所述子减反射层之间的厚度不相等。不同膜厚的所述子减反射层具有不同的颜色，实现薄膜太阳能电池表面的彩色图案效果。所述彩色太阳能电池的工艺步骤简单，操作方便，重复性好，可靠性高，既可以大规模工业化生产，也可以实现定制化生产。既能满足建筑一体化中的审美要求，也可以满足个性化的定制要求，可以更好的达到展览和推广的效果。

附图说明

图1为一个实施例中，彩色太阳能电池的制备方法流程图；

图2A-图2E为一个实施例中，彩色太阳能电池的制备工艺流程图；

图3为一个实施例中，彩色太阳能电池的示意图；

图4为一个实施例中，彩色太阳能电池的示意图；

图5为一个实施例中，彩色太阳能电池的示意图；

图6A为一个实施例中，彩色太阳能电池沿一个方向的剖面图；

图6B为一个实施例中，彩色太阳能电池沿另一个方向的剖面图；

图7为一个实施例中，彩色太阳能电池的制备方法流程图；

图8A-图8F为一个实施例中，彩色太阳能电池的制备工艺流程图。附图标号说明：

彩色太阳能电池 10

电池单元 20

衬底 100

背电极层 200

第一凹槽 210

背电极 220

半导体层 300

第一半导体层 310

第二半导体层 320

第二凹槽 330

半导体组块 340

连接部 350

本征半导体层 360

导电层 400

第三凹槽 410

减反射层 500

第一减反射层 510

第二减反射层 520

第三减反射层 530

第四减反射层 540

第五减反射层 550

第一模板 610

第一图案 611

第二模板 620

第二图案 622

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型的彩色太阳能电池进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，提供了所述彩色太阳能电池10的制备方法流程图。

一种彩色太阳能电池10的制备方法，包括：

S10，提供衬底100，在所述衬底100表面形成多个串联的电池单元20，每个所述电池单元20包括导电层400。

所述衬底100可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅、玻璃或者钠钙玻璃。所述衬底100的选择可以根据科技的发展不断的更新衬底的可以选方案。所述电池单元20即为将太阳能转换为电能的主要工作单元。可以理解，所述电池单元20的表面肯定具有一层能够导电的导电材料。所述导电层400可以是TCO，即ZnO：Al。

S20，提供第一模板610，所述第一模板610具有至少一个镂空的第一图案611，以所述第一模板610为遮挡，在至少一个所述电池单元20的导电层400沉积第一减反射层510。

所述第一模板610的设置是为了沉积所述第一减反射层510。所述第一模板610的大小、图案、形状和厚度并不作具体的限定。具体的，所述第一模板610上设置的所述第一图案611也不作具体的限定，可以是动物、植物、交通标识、商标的形状、产品广告设计构型、二维码。所述第一模板610上设置镂空的第一图案611的边缘可以设置为阶梯状、具有一定坡度、带有层次的设计。

S30，提供第二模板620，所述第二模板620具有至少一个镂空的第二图案622，以所述第二模板620为遮挡，在所述至少一个所述电池单元20的导电层400沉积第二减反射层520，所述第一减反射层510与所述第二减反射层520的厚度不相等。

所述第二模板620的大小、图案、形状和厚度并不作具体的限定。具体的，所述第二模板620上设置的所述第二图案621也不作具体的限定，可以是动物、植物、交通标识、商标的形状、产品广告设计构型、二维码。所述第二模板620上设置镂空的第二图案621的边缘可以设置为阶梯状、具有一定坡度、带有层次的设计。所述第一模板610和所述第二模板620相互配合在所述导电层400上沉积所述第一减反射层510和所述第二减反射层520。通过沉积时间、沉积速率或者沉积过程中减反射层采用的材料或者比例不相同可以使得所述第一减反射层510和所述第二减反射层520具有不同的厚度。另外，所述第一减反射层510和所述第二减反射层520可以设置在同一个所述电池单元20上。所述第一件反射层510和所述第二减反射层520也可以设置在不同的所述电池单元20上。

所述第一模板610和所述第二模板620的大小可以根据需求定制，可以做局部，也可以扩展到整片太阳能电池芯片。所述第一模板610和所述第二模板620的镂空图案部分在模板内。所述第一模板610和所述第二模板620的材料可以是石英、石墨或者其他可用于PECVD过程中遮挡用的材料。所述第一模板610和所述第二模板620在工艺过程中贴在薄膜电池的上表面，并进行固定，保证工艺过程中相对静止不发生移动，完成后取下模板即完成彩色图案薄膜太阳能电池的制备。

本实施例中，在生产薄膜电池工序中，溅射所述导电层400之后，用所述第一模板610将所述导电层400覆盖。所述导电层400可以是掺杂氧化锌层即TCO层。在镂空的所述第一图案611区域沉积所述第一减反射层510。然后，以所述第二模板620将所述导电层400覆盖，在镂空的所述第二图案621区域沉积第二减反射层520。所述第一模板610和所述第二模板620相互配合使得在所述导电层400上沉积的所述第一减反射层510和所述第二减反射层520具有不同的厚度。不同膜厚的所述第一减反射层510和所述第二减反射层520具有不同的颜色，实现薄膜太阳能电池表面的彩色图案效果。所述彩色太阳能电池10的制备方法工艺步骤简单，操作方便，重复性好，可靠性高，既可以大规模工业化生产，也可以实现定制化生产。既能满足建筑一体化中的审美要求，也可以满足个性化的定制要求，可以更好的达到展览和推广的效果。

在一个实施例中，所述第一减反射层510和所述第二减反射层520可以间隔铺设于所述彩色太阳能电池10的所述导电层400。间隔部分可以设置线状电极，设置线状电极用以将所述电池单元20产生的电荷导出，提高所述彩色太阳能电池10的转换效率。

在一个实施例中，所述第二图案622与所述第一图案611互补，所述第二图案622与所述第一图案611的面积之和等于所述导电层400的面积。

本实施例中，所述第一模板610、所述第二模板620或者更多的模板的材料可以是石英、石墨或者其他可以实现遮挡的材料。所述第一模板610、所述第二模板620或者更多的模板中设置的镂空图案可以是任意。所述第一模板610、所述第二模板620或者更多的模板需要固定并与沉积表面接触。所述减反射层500的颜色通过沉积氮化硅薄膜的不同厚度来确定。所述减反射层500可以一次或多次沉积，更换不同的模板达到定制图案色彩的需求。

请参阅图2A-图2E，提供了所述彩色太阳能电池10的制备工艺流程图。图2A中示出了，在衬底100上制备了间隔设置的所述电池单元20。所述电池单元20之间是串联连接的。图2B为将第一模板610覆盖在所述电池单元20上，图2B中镂空部分为第一图案611。以所述第一模板610为遮挡，在所述导电层400的表面第一次沉积所述减反射层500。第一次沉积完成后形成如图2C所示，镂空的所述第一图案611被沉积上所述减反射层500，形成所述第一减反射层510。如图2D所示，将第二模板620覆盖在所述电池单元20上，以所述第二模板620为遮挡在所述导电层400的表面第二次沉积所述减反射层500。所述第二模板620上具有镂空的第二图案621。可以设置所述第一模板610和所述第二模板620的大小相等。所述第一图案611和所述第二图案621互补。第二次沉积所述减反射层500之后形成如图2E所示，镂空的所述第二图案621被沉积上所述减反射层500，形成所述第二减反射层520。图2A-图2E中示出的所述第一模板610和所述第二模板620的大小相同。

本实施例中所述第二模板620的面积也可以大于所述第一模板610的面积，只要能够实现两种图案的沉积即可。另外，所述第一模板610的面积可以和一个所述电池单元20的面积相等，也可以和几个所述电池单元20的面积之和相等。具体的可以根据实际需要进行选择。图2中的是第一模板610的面积略小于一个所述电池单元20的面积，是为了将所述彩色太阳能电池10的制备工艺表述清楚。

请参阅图3-图5，提供了所述彩色太阳能电池10的示意图。图3中每个所述电池单元20的表面形成了所述第一减反射层510和所述第二减反射层520。所述第一减反射层510和所述第二减反射层520的厚度不同，显示的颜色不相同。每4个所述电池单元20形成一种形式的图案。

在一个实施例中，所述步骤S30之后，还包括：S40，提供第三模板630。所述第三模板630具有至少一个镂空的第三图案631。所述第一模板610的非镂空部分与所述第二图案621和所述第三图案631的面积之和互补。以所述第三模板630为遮挡，在至少一个所述电池单元20的所述导电层400沉积第三减反射层530。所述第一减反射层510、所述第二减反射层520和所述第三减反射层530的厚度不相等。

图4中每个所述电池单元20的表面形成了所述第一减反射层510、所述第二减反射层520和第三减反射层530。每一个所述电池单元20形成一种形式的图案。图4中所述第一减反射层510、所述第二减反射层520和所述第三减反射层530的厚度各不相同，该形式的图案可以作为“会车让行”的交通标识。还可以设置所述第一减反射层510和所述第二减反射层520的厚度相同。而所述第一减反射层510和所述第二减反射层520的厚度不同于所述第三减反射层530的厚度。

图5中一个所述电池单元20的表面形成了所述第一减反射层510、所述第二减反射层520、第三减反射层530、所述第四减反射层540、第五减反射层550。每一个所述电池单元20形成一种形式的图案。图5中可以设置成多个所述电池单元20形成图5中所示形式的图案。图5中所述第一减反射层510、所述第二减反射层520、第三减反射层530、所述第四减反射层540和第五减反射层550的厚度各不相同，图5中所示形式的图案可以作为植物标本显示不同的颜色。还可以设置所述电池单元20以一定频率进行闪烁，增加图案的显示功能。可以理解所述减反射层500可以设置多个子减反射层，如上述的，所述第一减反射层510、所述第二减反射层520、第三减反射层530、所述第四减反射层540和第五减反射层550。所述子减反射层的个数并不限制，并且所述子减反射层是否位于同一个所述电池单元上也不做限定。所述第一减反射层510、所述第二减反射层520、第三减反射层530、所述第四减反射层540和第五减反射层550中至少两个子减反射层的厚度相同。

请参阅图6A和图6B，提供了所述彩色太阳能电池10沿两个方向的剖面图。结合图6A、图6B中所述彩色太阳能电池10的剖面图，图7所述彩色太阳能电池10的制备方法，以及图8A-图8F中，所述彩色太阳能电池10的制备工艺流程图从多角度说明所述彩色太阳能电池10的制备过程。

请参阅图8A，S100，在所述衬底100上沉积一层Mo作为所述背电极层200。对所述背电极层200进行的第一次刻划。第一次刻划之后使所述背电极层200形成多个间隔设置的背电极220。每两个相邻的所述背电极220之间的间隔为第一凹槽210。

请参阅图8B和图8C，S200，在所述第一凹槽210和所述背电极220的表面沉积半导体层300。对所述半导体层300进行第二次刻划，以使所述半导体层300形成多个间隔设置的半导体组块340。每两个相邻的所述半导体组块340之间的间隔为第二凹槽330。每个所述第二凹槽330位于相邻的两个所述第一凹槽210之间。

所述半导体层300可以是能够完成很好的PV转换的半导体材料。比如：CIGS是太阳能薄膜电池CuInxGa(1-x)Se2的简写。CIGS主要组成有Cu铜、In铟、Ga镓、Se硒，具有光吸收能力强，发电稳定性好、转化效率高，白天发电时间长、发电量高、生产成本低以及能源回收周期短等优点。

在一个实施例中，所述步骤S200进一步包括：

S210，在相邻的所述背电极220形成的间隔内和所述背电极220的表面沉积第一半导体层310。

S220，在所述第一半导体层310的表面沉积与所述第一半导体层310进行p-n结合的第二半导体层320。

S230，对所述第一半导体层310和所述第二半导体层320进行第二次刻划，以形成多个间隔设置的半导体组块340，每个所述半导体组块340与两个所述背电极220接触。

可以理解，所述第一半导体层310和所述第二半导体层320之中有一个半导体层是n型，另一个半导体层是p型。而且所述第一半导体层310和所述第二半导体层320之间可以进行p-n接合。可以设置所述第一半导体层310为n型，也可以设置所述第二半导体层320为n型。也不局限于所述第一半导体层310和所述第二半导体层320直接结合，也可以在所述第一半导体层310和所述第二半导体层320之间设置与所述第一半导体层310导电类型相同的其他半导体层。或者在所述第一半导体层310和所述第二半导体层320之间设置与所述第二半导体层320具有相同导电类型的半导体层。

在一个实施例中，所述第一半导体层310的材料为p型半导体。在所述电池单元20中形成p区。所述第二半导体层320的材料为n型半导体。在所述电池单元20中形成n区。

可以利用化学水浴法薄膜沉积工艺在所述第一半导体层310上沉积所述第二半导体层320。所述第一半导体层310可以是铜铟镓硒。在所述铜铟镓硒层上镀一层CdS作为缓冲层。缓冲层CdS也称所述第二半导体层320。所述第一半导体层310铜铟镓硒作为p区。所述第二半导体层320缓冲层CdS作为n区。本实施例中化学水浴法薄膜沉积工艺，所述工艺还可以采用真空蒸发发、溅射法、近空间升华法、电沉积法等。

在一个实施例中，可以在所述第一半导体层310和所述第二半导体层320之间设置i型半导体层，使得所述半导体层300形成pin接触。具体的可以设置，在所述步骤S230之后，还包括：

S240，在所述第二半导体层320上沉积本征半导体层360。所述本征半导体可以是本征氧化锌。所述第二半导体层320和所述本征半导体层360共同组成所述电池单元20的n区。

在一个实施例中，可以在所述第二半导体层320的表面沉积高方阻本征半导体层360氧化锌作为第一窗口层，所述第一窗口层可以是i-ZnO。所述第一窗口层表现为高阻态，所述第一窗口层与缓冲层CdS共同构成n区。

本实施例中，在第二次刻划之后，进一步沉积沉积高方阻本征半导体层360本征的氧化锌。第二次刻划为对所述半导体层300进行的第二次刻划。所述半导体层300包括所述第一半导体层310和所述第二半导体层320。第二次刻划完成以后使用溅射沉积法溅射所述本征半导体层360和所述导电层400。所述本征半导体层360可以为第一窗口层，所述本征半导体层360可以为高方阻的本征氧化锌。所述导电层400可以为第二窗口层。所述导电层400可以为TCO，即ZnO：Al。所述导电层400表现为低阻、高透，所述导电层400可以输出电流。

请参阅图8D，S300，在相邻的所述半导体组块340形成的间隔内和所述半导体组块340的表面分别沉积导电材料，以形成连接部350和所述导电层400。沉积导电材料会使所述半导体组块340的表面形成所述导电层400。沉积所述第二导电材料的过程会使得所述第二凹槽330填充导电材料形成连接部350。所述连接部350用于实现所述导电层400和所述背电极层200的电连接。同时，所述连接部350能够与所述第一半导体层310和所述第二半导体层320相接触。

请参阅图8E，S400，对所述导电层400和所述半导体层300进行第三次刻划，以形成多个串联的电池单元20。

具体的，对所述导电层400和所述半导体层300进行第三次刻划。第三次刻划之后形成多个第三凹槽410。每两个相邻的所述第三凹槽410之间有一个所述第一凹槽210和一个所述第二凹槽330。所述第三凹槽410使得所述衬底100表面形成多个串联的电池单元20。

第三次刻划是对玻璃衬底上的所述第一半导体层(CIGS)310、所述第二半导体层320和所述导电层400透明导电层进行的刻划。第三次刻划后将所述电池单元20串联起来。

请参阅图8F，在所述多个串联的电池单元20的所述导电层400沉积所述减反射层500。将在所述衬底100上制备的具有多个串联的所述电池单元20放入石墨载体中。将定制好的石墨模板置于所述电池单元20上方并进行固定。整体放入板式PECVD设备之中，进行预热、沉积所述减反射层500。所述减反射层500可以是氮化硅薄膜。沉积完成以后，进行冷却等过程，取下石墨模板，即可得到所述彩色太阳能电池10。为了使所述彩色太阳能电池10的性能更好，可以继续进行一些其他的工序。

本实施例中，沉积所述减反射层500氮化硅的方式可以采用PECVD法。可以理解，沉积所述减反射层500有PVD法和CVD法。其中，PVD法包括Vacuum evaporation、Vacuum sputtering、Ton plating。CVD法包括HTCVD、PECVD、PCVD。PVD法和CVD法都可以用于沉积所述减反射层500。其中，以PECVD最为常用，Vacuum sputtering也可以使用。

本实施例中，上述的制备彩色太阳能电池10的方法可以一次完成，制作简单颜色图案。制备彩色太阳能电池10的方法也可以分多次完成，达到复杂的多彩图案。制备彩色太阳能电池10的方法通过使用不同的模板、不同厚度的氮化硅薄膜或者硅和氮不同比例的氮化硅薄膜作为所述减反射层500实现不同色彩、不同图案的太阳能电池。

在一个实施例中，请参阅图6A和图6B中的彩色太阳能电池10，包括衬底100和至少一个电池单元20。至少一个所述电池单元20设置于所述衬底100的表面。所述电池单元20包括相对设置的背电极层200和导电层400。所述背电极层200与所述衬底100的表面直接接触。所述导电层400远离所述衬底100的表面设置。所述电池单元20还包括设置于所述导电层400的减反射层500。所述减反射层500包括多个子减反射层，多个所述子减反射层中至少两个所述子减反射层之间的厚度不相等。比如，可以设置三个子减反射层，分别为第一子减反射层、第二子减反射层和第三子减反射层。三个所述子减反射层的厚度可以各不相同，也可以设置两个子减反射层的厚度相同与第三个子减反射层厚度不同。

在一个实施例中，所述减反射层500的材料为SixNy，其中x:y的取值范围为0.75-4，硅和氮的摩尔质量比为0.75:4。

具体的，在一个实施例中，所述氮化硅薄膜的厚度为100nm，硅氮比为1.1:1.0太阳能电池能够显示绿色。所述氮化硅薄膜的厚度为200nm，硅氮比为1.9:1.0太阳能电池能够显示黄色。所述氮化硅薄膜的厚度为300nm，硅氮比为3.6:1.0，太阳能电池能够显示红色。另外，可以通过调节氮化硅薄膜的膜厚和氮化硅薄膜中硅氮比例获得连续变化的中间色。

在一个实施例中，多个所述子减反射层中至少两个所述子减反射层中的Si:N比例不相同。由上述可知，所述子减反射层中选取的材料可以为氮化硅。氮化硅中Si:N比例不相同时，所述子减反射层可以呈现出不同的颜色。

在一个实施例中，多个所述子减反射层的面积之和等于至少一个所述电池单元20中所述导电层400的面积。可以在所述彩色太阳能电池10的所述减反射层500增设线状电极。具体的可以设置，所述第一减反射层和所述第二减反射层之间具有一定的间隔。在所述间隔处设置线状电极。

在一个实施例中，所述电池单元20包括：

设置与所述背电极层200和所述导电层400之间的半导体层300。

贯穿所述半导体层300，完成所述背电极层200和所述导电层400之间电连接的连接部350。

在一个实施例中，所述半导体层300包括：

位于所述背电极层200上的第一半导体层310。

位于所述第一半导体层310上的、且与所述第一半导体层310实现p-n接合的第二半导体层320。

所述连接部350贯穿所述半导体层300时，分别与所述第一半导体层310和所述第二半导体层320连接。

在一个实施例中，所述第一半导体层310的材料为p型半导体，在所述电池单元20中形成p区。所述第二半导体层320的材料为n型半导体，在所述电池单元20中形成n区。

在一个实施例中，在所述第二半导体层320和所述导电层400之间还包括本征半导体层360，所述第二半导体层320和所述本征半导体层360共同组成所述电池单元20的n区。

在一个实施例中，相邻的所述电池单元20之间串联连接。

在一个实施例中，所述彩色太阳能电池10还包括设置于所述第二半导体层320的线状电极。所述线状电极与所述减反射层500在同一个平面。所述线状电极间隔设置于多个所述子减反射层之间，所述线状电极用于将所述电池单元20产生的电荷导出。

在一个实施例中，玻璃基板作为所述衬底100。所述背电极层200的厚度为0.5-1.5μm，方块电阻0.4Ω/□。所述第一半导体层310的厚度为1.5-2μm，硒化均匀，彻底和Mo结合良好，表面平整。所述第二半导体层320作为过渡层厚度为50nm，折射率2-2.4、晶粒大小均匀、致密、表面无色差、透光率在可见光范围内达85％以上。所述本征半导体层360作为第一窗口层厚度50-60nm，透光率在90％以上。所述导电层400作为第二窗口层厚度500nm-1000nm，方块电阻10Ω/□，结晶彻底，透光率在85％以上；所述减反射层500的厚度20-330nm，折射率为1.9-2.2。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。