一种叠层太阳能电池及其制作方法与流程

12-819727-1.00137-0)。所以，如果想以晶硅电池或者铜铟镓硒电池作为底电池衬底，再采用“底衬”技术制作二六族电池作为顶电池，很难取得较好的电池性能。类似的技术方案，还有《cn201611048919.3一种cigs/cdte双结叠层薄膜太阳能电池及其制备方法[发明]》和《cn202122806866.x cdte/晶硅叠层电池[实用新型]》等，这两种方案也都是以“底衬”技术制作cdte电池进而得到叠层电池。另外，在2021年firstsolar公司提出申请的《wo2022061295-transparent conducting layers and photovoltaic devices including the same》中，也给出了类似《us20150207011》的技术方案，该方案中提出一套以“顶衬”技术制作二六族叠层电池的方法，但同样不适用于二六族电池与晶体硅或“底衬”铜铟镓硒电池配合而成的叠层结构。
[0003]
那么，能否开发出一种叠层电池制作方法，使得该方法既适用于“顶衬”二六族顶电池，并可配合晶体硅底电池或者“底衬”薄膜电池，如“底衬”铜铟镓硒电池等，制成叠层电池，同时又能消除叠层电池之间的空气隙并可以方便地引出电池的正负电极？这将在实际商业化量产中成为当前提高二六族叠层电池性能的关键。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于：为了解决现有制作叠层电池的技术不适用于顶衬二六族电池与晶体硅或顶衬二六族电池与铜铟镓硒电池的叠层电池，所制备的叠层电池的转化效率低的问题，本发明提供一种叠层太阳能电池及其制备方法，通过透明导电胶粘接底电池与顶电池的方式，消除了普通机械叠层电池之间的空气隙，减少了光照反射损失，进而提高了叠层电池的转化效率；同时，通过多次的膜层刻划配合电极镀膜的方式，实现了叠层电池正负电极的快速引出，也方便了今后制成组件时电池之间的串并联设计，为本发明叠层电池的大规模商业化量产提供了可行的解决方案。
[0005]
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0006]
一种叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0007]
s1.提供顶衬二六族薄膜顶电池、底电池；
[0008]
s2.对顶衬二六族薄膜顶电池进行膜层刻划及绝缘介质填充，得到第一预制件；
[0009]
s3.采用透明导电胶在第一预制件底部粘接底电池，得到第二预制件；
[0010]
s4.对第二预制件进行电极层镀膜，得到第三预制件；
[0011]
s5.对第三预制件进行膜层刻划，得到叠层电池。
[0012]
可选的，所述s1包括，以玻璃为衬底，在玻璃衬底上依次生长前电极层、二六族光电转化层、背电极层，得到顶衬二六族薄膜顶电池，提供的底电池为晶体硅电池、铜铟镓硒电池中的一种。
[0013]
可选的，所述前电极层及所述背电极层为透明导电含氧物膜层。
[0014]
可选的，s2包括，依次刻划薄膜顶电池的各膜层，形成第一刻划槽，并在第一刻划槽内填充绝缘介质；依次刻划顶电池的的各膜层，形成与第一刻划槽对应的第二刻划槽。
[0015]
可选的，所述第一刻划槽与所述第二刻划槽相距10-500μm。
[0016]
可选的，所述绝缘介质为有机高分子聚合物材料中的一种或组合。
[0017]
可选的s3包括，采用透明导电胶将底电池的正极与第一预制件的负极进行粘接，或将底电池的负极与第一预制件的正极进行粘接，得到第二预制件。
[0018]
可选的，s4包括，选取导电材料采用物理气相沉积或涂敷法进行电极层镀膜，得到第三预制件。
[0019]
可选的，s5包括，刻划第三预制件的电极层，形成与第一刻划槽对应的第三刻划槽。
[0020]
一种叠层太阳能电池，采用上述的叠层太阳能电池的制备方法制备而成。
[0021]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0022]
1.现有二六族叠层电池制作技术，或者未能消除顶电池与底电池之间的空气隙，致使光照在从顶电池进入底电池的过程中，不可避免地出现较多的反射损失，进而降低了叠层电池整体的转化效率；或者其电池正负电极的引出方式太过复杂，不适于商业化量产；又或者是采用相对还不够成熟的“底衬”技术来制作二六族太阳能电池，进而很难得到较好的电池性能；也有的不适用于二六族电池与晶体硅的叠层结构。
[0023]
2.本发明提供的制作方法，特别适用于当前工艺较为成熟且转化效率较高的顶衬二六族电池，其中采用透明导电胶粘接顶衬二六族顶电池与晶硅底电池或铜铟镓硒底电池，消除了普通机械叠层电池内部的空气间隙，提高了叠层电池整体的转化效率。
[0024]
3.本发明提供的制作方法，通过多次的膜层刻划配合电极镀膜的方式，实现了叠层电池正负电极的快速引出，特别适用与规模化商业化量产。其中，第一刻划槽及其绝缘介质的填充，使得顶电池可以依据晶硅底电池或者铜铟镓硒底电池的尺寸设计分割成特定尺寸的电池区域，也为后续工艺实现叠层电池之间的串并联连接提供了基础；第二刻划槽的存在，则为顶电池的前电极，即叠层电池的前电极提供了引出通道；之后，在电极层镀膜的过程中，第二刻划槽提供的引出通道被镀膜的电极层填充，进而实现了叠层电池前电极的快速引出。最后，第三刻划槽的形成则适时消除了引出叠层电池前电极时造成的叠层电池前电极与背电极之间的短路，进而最终实现了底层电池前电极与背电极的快速引出。需要特别指出的是，前述的膜层刻划与电极层镀膜，均可通过当前较为成熟的激光或机械刻划，还有物理气相沉积的工艺方法实现，故而特别适合于本发明叠层电池的规模化商业化量产，进而大大降低了生产成本。
附图说明
[0025]
图1为本发明提供的一种叠层太阳能电池的制备流程图。
[0026]
图2为本发明提供的一种叠层太阳能电池的膜层刻划区域示意图。
[0027]
附图标注：1-玻璃衬底，2-二六族薄膜顶电池前电极层，3-二六族薄膜顶电池光电转化层，4-二六族薄膜顶电池背电极层，5-透明导电胶层，6-底电池，7-绝缘介质填充的第一刻划槽，8-镀膜电极电池第二刻划槽，9-第三刻划槽。
[0028]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0029]
因此，以下对提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式
[0030]
本发明提供一种叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0031]
s1.提供顶衬二六族薄膜顶电池、底电池；
[0032]
s2.对顶衬二六族薄膜顶电池进行膜层刻划及绝缘介质填充，得到第一预制件；
[0033]
s3.采用透明导电胶在第一预制件底部粘接底电池，得到第二预制件；
[0034]
s4.对第二预制件进行电极层镀膜，得到第三预制件；
[0035]
s5.对第三预制件进行膜层刻划，得到叠层电池。
[0036]
在上述步骤s1中，优选使用cdte太阳能电池作为顶电池。
[0037]
可以理解的，所使用的底电池为晶体硅底电池或薄膜电池，优选使用晶硅底电池。若使用的底电池为薄膜电池，优选铜铟镓硒电池。
[0038]
参见图2所示，在上述步骤s1中，具体的操作为，以玻璃为衬底，在玻璃衬底上依次生长前电极层、二六族光电转化层、背电极层，得到顶衬二六族薄膜顶电池。
[0039]
具体的，对薄膜顶电池前电极与薄膜顶电池背电极采用透明导电含氧物进行镀膜，所述透明导电含氧物为ito、sno2:f、zno:al、cdsno3中的一种或多种。优选的，使用sno2:f作为透明导电含氧物镀膜。
[0040]
在上述s2的具体操作为，依次刻划薄膜顶电池的各膜层，形成第一刻划槽，并在第一刻划槽内填充绝缘介质；依次刻划顶电池的的各膜层，形成与第一刻划槽对应的第二刻划槽。
[0041]
可以理解的，第一预制件的制备为：贯通刻划薄膜顶电池前电极层、薄膜顶电池光电转化层，薄膜顶电池背电极层，即第一刻划槽贯通了薄膜顶电池各膜层。
[0042]
需要说明的是，根据所需要的电池尺寸与性能，主要是底电池的尺寸，调整第一刻划槽的数量与方位。
[0043]
可以理解的，第二刻划槽同样贯通了薄膜顶电池前电极层、薄膜顶电池光电转化层，薄膜顶电池背电极层，为顶电池前电极的引出设置了通道。
[0044]
需要说明的是，根据所需要的电池尺寸与性能，主要是底电池的尺寸，调整第二刻划槽的数量。
[0045]
第二刻划槽贯通了底电池的两极，为顶电池前电极的引出设置了通道，而第一刻划槽刻划贯通了顶电池的两极，这两次的刻划使得叠层电池的两极及各层均贯通，实现了叠层电池正负电极之间的内部串联连接，减少了反射损失。
[0046]
需要注意的是，在本发明的一些实施例中，第一刻划槽与第二刻划槽位置对应，相距10-500μm。第一刻划槽与第二刻划槽的距离优选为20μm。
[0047]
采用绝缘介质对第一刻划槽进行填充。所使用的绝缘介质为有机高分子聚合物材料中的一种或组合。具体的，优选硅胶、明胶、聚丙烯酸酯类。
[0048]
在上述步骤s3的具体操作为，采用透明导电胶将底电池的正极与第一预制件的负极进行粘接，或将底电池的负极与第一预制件的正极进行粘接，得到第二预制件。此种操作能够消除薄膜顶电池与底电池之间的空气间隙，使得光照在从顶电池进入底电池的过程中，避免了更多的反射损失，进而提升了叠层电池整体的转化效率。
[0049]
可以理解的，所使用的透明导电胶包括但不限于采用高分子有机物包裹银粉、镀银铜粉制成的透明导电粘接材料。所述高分子有机物可以是环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚
胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂中的一种。具体优选，环氧树脂包裹银粉的透明导电胶，从而满足将底电池和薄膜顶电池进行稳定串联，且导电性能稳定优良。
[0050]
在上述步骤s4的具体操作为，选取导电材料采用物理气相沉积或涂敷法对背电极层进行镀膜，得到第四预制件。
[0051]
可以理解的，镀膜方法优选物理气相沉积法，此种方法对环境友好，无污染，耗能低，且成膜均匀致密，使得电池的性能稳定。
[0052]
在上述步骤s5的具体操作为，刻划第三预制件的电极层，形成与第一刻划槽对应的第三刻划槽。参见图2所示，自薄膜顶电池前电极靠近玻璃衬底的一侧至底电池背电极远离玻璃衬底的一侧进行膜层刻划，即第三刻划槽。
[0053]
需要说明的是，根据所需要的电池性能，确定第三刻划槽的数量，在刻划出第一条第三刻划槽后，在其一侧继续刻划另一第三刻划槽，每条第三刻划槽相隔5-30cm。
[0054]
在本发明的一些实施例中，所述第一刻划槽与所述第三刻划槽相距10-500μm。优选的，所述第一刻划槽与所述第三刻划槽相距20μm。
[0055]
第三刻划槽的刻划消除了第二刻划槽引出顶电池前电极时造成的薄膜顶电池前电极与底电池背电极之间的短路，使得叠层电池的内部实现了串联电连接。
[0056]
在上述步骤s2、s5中，均进行了膜层刻划，膜层刻划采用激光刻划或者机械刻划。优选激光刻划对膜层进行刻划，精确度更高。
[0057]
在本发明的一些实施例中，步骤s2、s5中，所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的纵截面为上方开口的方形或梯形或弧形或u形或v形。优选的，所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的纵截面为上方开口的方形。
[0058]
在本发明的一些实施例中，步骤s2、s5中，所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的宽度为2-200μm。优选的，所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的宽度为20μm。
[0059]
第三刻划槽刻划完成后，完成叠层电池地制作。第一刻划槽的刻划从薄膜顶电池刻划至薄膜背电极实现了薄膜顶电池内部电路的连通，提高了顶电池的转化效率；第二刻划槽的刻划贯通了叠层电池的两极及各层，为顶电池前电极的引出设置了通道，实现了叠层电池正负电极之间的内部串联连接，减少了反射损失，使得叠层电池正负电极能够快速引出，进一步提高了叠层电池的转化效率；第三刻划槽的刻划消除了前电极引出过程中造成的薄膜顶电池前电极与底电池背电极之间的短路。解决了现有的机械叠层法转化效率较低、量产困难的问题。
[0060]
具体的，现有制作二六族电池与晶体硅或二六族电池与铜铟镓硒电池的叠层电池技术中，采用顶衬技术难以成功镀膜制作底电池，而采用底衬技术所制备的叠层电池，由于顶电池是在隧穿层上镀膜制作的，因此顶电池性能被降低，使得转化效率低。
[0061]
而本发明提供的制备方法，使用顶衬技术制作薄膜二六族电池，将顶电池与底电池粘接，实现电连接的同时，也不需在隧穿层上镀膜制作底电池，所制备的电池转化效率高，制作工艺简单，也解决了在隧穿层上镀膜制作底电池的困难。通过多次的膜层刻划实现了叠层电池正负电极的快速引出，提升了电池的转化效率，在不需在隧穿层上镀膜制作底电池的同时，也保留了顶衬技术制作二六族顶电池顶电池性能高的特点。
[0062]
一种叠层太阳能电池，采用上述的叠层太阳能电池的制备方法制备而成。具体的
叠层电池结构为，沿太阳光投射方向，靠近光照的一侧为玻璃衬底1，玻璃衬底1远离光照一侧设有二六族薄膜顶电池，二六族薄膜顶电池远离所述玻璃衬底1的一侧粘接有底电池6。
[0063]
具体的薄膜顶电池结构为，自太阳光投射方向，依层设置为：二六族薄膜顶电池前电极层2、二六族薄膜顶电池光电转化层3、二六族薄膜顶电池背电极层4，贯穿二六族薄膜顶电池前电极层2、二六族薄膜顶电池光电转化层3、二六族薄膜顶电池背电极层4设置有绝缘介质填充的第一刻划槽7。
[0064]
在二六族薄膜顶电池背电极层4与底电池6前电极之间设有透明导电胶5。
[0065]
具体的底电池6结构为，靠近光照的一侧为底电池前电极，远离光照的一侧为底电池背电极，底电池6内贯穿得设有镀膜电极电池第二刻划槽8。
[0066]
在本发明的另外一些实施例中，镀膜电极电池第二刻划槽8的区域更大，具体为，平行设在绝缘介质填充的第一刻划槽7一侧，自薄膜顶电池前电极层2至底电池背电极的区域，且镀膜电极电池第二刻划槽8内同样填充有绝缘介质。
[0067]
在镀膜电极电池第二刻划槽8的一侧，与镀膜电极电池第二刻划槽8平行的设有第三刻划槽9，所述第三刻划槽9为穿透薄膜顶电池前电极层2至底电池背电极的区域。
[0068]
本案所涉及的一种叠层太阳能电池，设有三个刻划槽，其中绝缘介质填充的第一刻划槽7使得顶电池可以依据晶硅底电池或者铜铟镓硒底电池的尺寸设计分割成特定尺寸的电池区域，也为后续工艺实现叠层电池之间的串并联连接提供了基础；镀膜电极电池第二刻划槽8的存在，则为顶电池的前电极，即叠层电池的前电极提供了引出通道；而第三刻划槽9的形成则适时消除了引出叠层电池前电极时造成的叠层电池前电极与背电极之间的短路，进而最终实现了底层电池前电极与背电极的快速引出。
[0069]
同时，薄膜顶电池背电极层4与底电池前电极之间设置的透明导电胶层填充了顶电池与底电池之间的空气间隙，使得光照在从顶电池进入底电池的过程中，反射损失显著降低，进而显著提升了叠层电池整体的转化效率。
[0070]
实施例1
[0071]
本实施例提供一种叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0072]
s1.以玻璃为衬底进行镀膜提供二六族薄膜顶电池；二六族薄膜顶电池其前电极与背电极均采用透明导电含氧物镀膜制成，所述透明导电含氧物镀膜为ito薄膜，提供晶硅底电池。
[0073]
s2.采用激光刻划对二六族薄膜顶电池进行膜层刻划，对二六族薄膜顶电池自前电极至背电极进行膜层刻划，形成第一刻划槽，使用硅胶对形成第一刻划槽进行填充，依次刻划顶电池的的各膜层，形成与第一刻划槽距离为100μm的第二刻划槽，得到第一预制件；
[0074]
s3.采用透明导电胶在第一预制件底部粘接底电池，得到第二预制件；
[0075]
s4.对第二预制件进行电极层镀膜，得到第三预制件；
[0076]
s5.采用激光刻划对第三预制件进行膜层刻划，依次刻划第三预制件的各膜层，形成第三刻划槽，第三刻划槽与第一刻划槽相距200μm，得到叠层电池。其中所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的纵截面为上方开口的梯形。所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的宽度为100μm。制得成品的叠层太阳能电池1。
[0077]
实施例2
[0078]
本实施例提供一种叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0079]
s1.以玻璃为衬底进行镀膜提供二六族薄膜顶电池；二六族薄膜顶电池其前电极与背电极均采用透明导电含氧物镀膜制成，所述透明导电含氧物镀膜为sno2:f薄膜，提供晶硅底电池。
[0080]
s2.采用激光刻划对二六族薄膜顶电池进行膜层刻划，形成第一刻划槽，使用明胶对形成第一刻划槽进行填充，依次刻划顶电池的的各膜层，形成与第一刻划槽距离为80μm的第二刻划槽，得到第一预制件；
[0081]
s3.采用透明导电胶在第一预制件底部粘接底电池，得到第二预制件；
[0082]
s4.对第二预制件进行电极层镀膜，得到第三预制件；
[0083]
s5.采用激光刻划对第三预制件进行膜层刻划，依次刻划第三预制件的各膜层，形成第三刻划槽，第三刻划槽与第一刻划槽相距200μm，得到叠层电池。其中所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的纵截面为上方开口的梯形。所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的宽度为120μm。制得成品的叠层太阳能电池2。
[0084]
实施例3
[0085]
本实施例提供一种叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0086]
s1.以玻璃为衬底进行镀膜提供二六族薄膜顶电池；二六族薄膜顶电池其前电极与背电极均采用透明导电含氧物镀膜制成，所述透明导电含氧物镀膜为cdsno3薄膜，提供晶硅底电池。
[0087]
s2.采用激光刻划对二六族薄膜顶电池进行膜层刻划，形成第一刻划槽，使用聚丙烯酸酯对形成第一刻划槽进行填充，依次刻划顶电池的的各膜层，形成与第一刻划槽距离为100μm的第二刻划槽，得到第一预制件；
[0088]
s3.采用透明导电胶在第一预制件底部粘接底电池，得到第二预制件；
[0089]
s4.对第二预制件进行电极层镀膜，得到第三预制件；
[0090]
s5.采用激光刻划对第三预制件进行膜层刻划，依次刻划第三预制件的各膜层，形成第三刻划槽，第三刻划槽与第一刻划槽相距200μm，得到叠层电池。其中所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的纵截面为v形。所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的宽度为200μm。制得成品的叠层太阳能电池3。
[0091]
实施例4
[0092]
本实施例提供一种叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0093]
s1.以玻璃为衬底进行镀膜提供二六族薄膜顶电池；二六族薄膜顶电池其前电极与背电极均采用透明导电含氧物镀膜制成，所述透明导电含氧物镀膜为cdsno3薄膜，提供晶硅底电池。
[0094]
s2.采用激光刻划对二六族薄膜顶电池进行膜层刻划，对二六族薄膜顶电池自前电极至背电极进行膜层刻划，形成第一刻划槽，使用聚丙烯酸酯对形成第一刻划槽进行填充；采用激光刻划对晶硅底电池进行膜层刻划，依次刻划底电池的的各膜层，形成与第一刻划槽距离为200μm的第二刻划槽；得到第一预制件；
[0095]
s3.采用透明导电胶，将晶硅底电池的正极与顶电池的负极进行粘接，得到第二预制件。
[0096]
s4.采用物理气相沉积法对s3所制作的得到第二预制件进行背电极镀膜，得到第三预制件；
[0097]
s5.采用激光刻划对第三预制件进行第三膜层刻划，依次刻划第三预制件的各膜层，形成第三刻划槽，第三刻划槽与第一刻划槽相距160μm。
[0098]
其中所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的纵截面为弧形。所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的宽度为200μm。制得成品的叠层太阳能电池4。
[0099]
实施例5
[0100]
本实施例提供一种叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0101]
s1.以玻璃为衬底进行镀膜提供二六族薄膜顶电池；二六族薄膜顶电池其前电极与背电极均采用透明导电含氧物镀膜制成，所述透明导电含氧物镀膜为ito薄膜，提供晶硅底电池。
[0102]
s2.采用激光刻划对二六族薄膜顶电池进行膜层刻划，对二六族薄膜顶电池自前电极至背电极进行膜层刻划，形成第一刻划槽，使用明胶对形成第一刻划槽进行填充，依次刻划顶电池的的各膜层，形成与第一刻划槽距离为230μm的第二刻划槽，得到第一预制件；
[0103]
s3.采用透明导电胶在第一预制件底部粘接底电池，得到第二预制件；
[0104]
s4.对第二预制件进行电极层镀膜，得到第三预制件；
[0105]
s5.采用激光刻划对第三预制件进行膜层刻划，依次刻划第三预制件的各膜层，形成第三刻划槽，第三刻划槽与第一刻划槽相距240μm，得到叠层电池。其中所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的纵截面为上方开口的方形。所刻划出的第一刻划槽、第二刻划槽、第三刻划槽的宽度为300μm。制得成品的叠层太阳能电池5。
[0106]
以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。