專(zhuān)利名稱：軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型專(zhuān)利涉及由改性基片制備高透光率的太陽(yáng)能光伏組件，屬于薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，商業(yè)化應(yīng)用太陽(yáng)能電池光伏組件分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是塊狀晶體硅太陽(yáng)能電池、多晶硅，另一類(lèi)是以薄膜太陽(yáng)能電池硅基系列、銅銦鎵硒系列、碲化鎘系列等太陽(yáng)能電池。薄膜太陽(yáng)能電池基片類(lèi)型，又可分為硬基底和軟基。薄膜太陽(yáng)能電池市場(chǎng)，主要以玻璃為基底，屬于硬基底電池，產(chǎn)品占有份額最大，軟基片薄膜太陽(yáng)能電池市場(chǎng)較小。軟基還包括導(dǎo)電類(lèi)的不銹鋼帶和銅帶等，絕緣類(lèi)的聚酰亞胺。美國(guó)專(zhuān)利US6858461和US4795500分別提出了在透明TCO玻璃基材上采用激光刻蝕光吸收層和背金屬電極層薄膜制成一種具有不同光透率的太陽(yáng)能電池組件。日本專(zhuān)利JP2003003956及中國(guó)專(zhuān)利CN200480001786. 3 在上述美國(guó)專(zhuān)利的基礎(chǔ)上通過(guò)控制激光開(kāi)斷頻率和激光與基板之間的相對(duì)掃描速度實(shí)現(xiàn)開(kāi)孔大小(直徑3(T500Mffl)、孔間距(1. 0Γ2倍于直徑距離)和點(diǎn)陣的有序控制。這類(lèi)專(zhuān)利的共同特征在于采用激光刻蝕光吸收層和背金屬電極層薄膜實(shí)現(xiàn)光透。其缺陷在于激光刻蝕產(chǎn)生的高能等離子體熔化背金屬直接導(dǎo)致在刻蝕區(qū)域的界面上形成前后電極的直接短路和非晶硅顆粒的晶化，增大了漏電流，降低了填充因子，因而破壞了電池電性能。中國(guó)專(zhuān)利 200710073014. 6公開(kāi)了改性聚酰亞胺PI基片柔性太陽(yáng)能電池，利用其聚酰亞胺膜重量輕， 成本低，和改性后完全透明，透光率達(dá)93%，提高了電轉(zhuǎn)換效率。但仍需改進(jìn)匯流技術(shù)，如電池基片與封裝材料之間的親和力，提高透光率，降低產(chǎn)品成本，以滿足市場(chǎng)多方面要求，尤其在綠色環(huán)保光伏伏建筑一體化領(lǐng)域。

實(shí)用新型內(nèi)容如以上所說(shuō)本實(shí)用新型目的在于提供一種柔性電池及其制備方法的解決方案。本實(shí)用新型利用不銹鋼模板生成改性聚酰亞胺PI基片(簡(jiǎn)稱PI基片)，其上的透光通孔包括引流孔和匯流孔，分布在前電極圖形區(qū)域內(nèi)。PI基片上引流孔、匯流孔等透光通孔，貫通、分布于PI基片上沉積的導(dǎo)電膜層及光電轉(zhuǎn)換層各疊層膜面上。預(yù)制減少了后序激光刻劃導(dǎo)電膜層對(duì)光電層加工界面晶化所造成的短路和漏電，使工序減少，生產(chǎn)成本降低。本實(shí)用新型目的還在利用柔性電池任意彎曲，形狀多變，透光通孔可調(diào)節(jié)，易封裝的特性，制成抗風(fēng)荷力，美觀、符合建筑標(biāo)準(zhǔn)要求透光的柔性電池組件和電池光伏建筑組件，可融于綠色節(jié)能、BIPV光伏建筑中。本實(shí)用新型結(jié)合以上所提出的技術(shù)問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，技術(shù)解決方案是以聚酰亞胺為基片的柔性薄膜太陽(yáng)能電池及其封裝組件，包括單結(jié)或多結(jié)硅基系列柔性薄膜太陽(yáng)能電池芯片和封裝材料，其特征在于所說(shuō)柔性電池，是由透明，透光度93%以上的改性聚酰亞胺PI做基片，該P(yáng)I基片上設(shè)有前電極圖形內(nèi)分布的透光通孔，包括電流導(dǎo)引孔和匯流孔，是復(fù)制于0. 45mm至0. 65mm厚的不銹鋼薄片模板圖形(或簡(jiǎn)稱模板);對(duì)應(yīng)所說(shuō)通孔貫通
3分布于透明導(dǎo)電膜TCO和PIN型硅基各膜層上；形成所說(shuō)的柔性電池芯片，該芯片疊放有親和力材料制成前板和背板之間，由層壓制成透光型太陽(yáng)能電池組或光伏建筑組件。則要求封裝的前板透明材料和背板材料皆為柔性聚合物材料。如果是剛性透光BIPV光伏組件，則要求封裝所用的前板透明材料和背板材料中至少有一種為剛性。將前板透明材料、膠黏劑、 電池芯片、膠黏劑、背板材料在層壓機(jī)或高壓釜中熱壓封裝。所說(shuō)的柔性電池包括單結(jié)薄膜非晶硅電池，是以柔性透明的PI基片為襯底，在其上順序?qū)盈B透明導(dǎo)電膜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 和金屬膜Al。多結(jié)電池包括雙結(jié)或三結(jié)疊層電池，可以是同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)。以雙結(jié)的異質(zhì)結(jié)電池為例，改性聚酰亞胺PI透明基片，其上依順序沉積形成的薄膜層由復(fù)合透明導(dǎo)電膜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 ；金屬膜Al所組成。0. 45mm至0. 65mm厚的不銹鋼片或帶，其上設(shè)有本實(shí)用新型前電極圖形及分布圖形內(nèi)的透光通孔包括電流收集和匯流孔，在該不銹鋼片上用絲網(wǎng)印刷或噴涂制備PI基片， 加溫固化而成具有相應(yīng)圖形和透光通孔。透光型電池光伏組件，還包括導(dǎo)線引出口焊線、安裝接線盒及灌膠?，F(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有解決一次性解決前電極圖形中的通孔，這就導(dǎo)致后序工藝步驟反復(fù)加工，本實(shí)用新型解決了改性基片一次性解決包括引流孔和匯流孔在內(nèi)的透光通孔設(shè)計(jì)， 貫通分布于PI基片、導(dǎo)電膜層、光電轉(zhuǎn)換層各疊層膜面上，免除了透明導(dǎo)電膜TCO等以上所說(shuō)的各膜層加工，節(jié)省了工序。本實(shí)用新型以上所說(shuō)的太陽(yáng)能電池包括單結(jié)、雙結(jié)、三結(jié)的柔性非晶硅太陽(yáng)能電池。其中兩結(jié)的電池芯片，沉積溫度于250°C條件下真空沉積非晶硅薄膜層頂電池的P型， 膜層厚120 A、頂電池的I型膜層厚910A，在溫度于400°C沉積頂電池的N型膜層厚250 A 與底電池的P型微晶硅薄膜層厚250 A形成隧道結(jié)，在溫度于400°C沉積底電池的I型膜層厚3500A、底電池的N型膜層厚250 A柔性太陽(yáng)能電池光伏組件。兩結(jié)的電池芯片用透明的前板和背板有機(jī)或無(wú)機(jī)材料通過(guò)層壓/高壓釜工藝制備成一種透光型柔性太陽(yáng)能電池光伏組件。封裝柔性太陽(yáng)能電池光伏組件熱壓后的透光型柔性組件可以剪裁，在導(dǎo)線引出口焊線、安裝接線盒及灌膠。與現(xiàn)有不透明PI基片制成柔性非晶硅太陽(yáng)能電池的區(qū)別主要在于電池的薄膜疊層結(jié)構(gòu)順序不同，本實(shí)用新型提出的單結(jié)或多結(jié)，都是在基片上依次制作P I N薄膜層，而后者的順序則是N I P薄膜層。對(duì)于微觀結(jié)構(gòu)的薄膜電池來(lái)說(shuō)涉及到工藝不同，直接影響產(chǎn)品的光電轉(zhuǎn)換效率。本實(shí)用新型在PI基片上，先沉積P層，再沉積I層，其意義是有利于本征I層性能的改善。通常本征I層非晶硅I a-Si呈弱N型，先沉積P型非晶硅P+ a-Si，有利于提高本征I層非晶硅a-Si的光敏特性，從而提高電池的轉(zhuǎn)化效率。用改性的透明的聚酰亞胺PI基片，做異質(zhì)結(jié)電池，它的優(yōu)點(diǎn)是頂電池的透光好， 因而減小了電池表面的復(fù)合損失。采用不透明的PI基片和NIP的電池結(jié)構(gòu)。必須在PI基片上先沉積非晶硅膜，后沉積TCO膜，致使因TCO膜的沉積溫度350°C-400°c大于非晶硅膜的沉積溫度220°C _250°C，導(dǎo)致先前沉積的非晶硅膜在350°C -400°C高溫下，出現(xiàn)大量的高溫釋氫現(xiàn)象。造成非晶硅膜出現(xiàn)大量微空洞，非晶硅性能急劇衰減，電池電性能隨之衰減。最終會(huì)影響太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率和帶負(fù)載的能力。本實(shí)用新型地積極意義在于突破禁忌，調(diào)整工藝結(jié)構(gòu)，可在350°C -400°C的最佳工藝溫度沉積TCO膜，會(huì)獲得透光率和面電阻均優(yōu)良的TCO膜。給沉積溫度的提升，找到了理?yè)?jù)，避免非晶硅膜在高溫下大量釋氫，以防止P，I和I，N界面在高溫下的雜質(zhì)擴(kuò)散，對(duì)I 層性能所造成的衰減。按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)解決方案PI基片的制備改性的聚酰亞胺，按摩爾比配方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:聯(lián)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。使用這種基片，由于高的透光性，可獲得比以玻璃為基片的太陽(yáng)能電池更高的轉(zhuǎn)換效率。本實(shí)用新型產(chǎn)生的積極效果主要采用改性聚酰亞胺PI基片，減小了電池表面的復(fù)合，高溫耐受性強(qiáng)，在后期封裝應(yīng)用中，顯現(xiàn)柔性薄膜太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率和性價(jià)比有顯著地提高。

圖1、是本實(shí)用新型的柔性太陽(yáng)能電池芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為金屬薄膜層， 2為底電池的N型非晶硅，3為底電池的I型非晶硅，4為底電池的P型微晶硅，5為頂電池的N型微晶硅，6為頂電池的I型非晶硅，8為頂電池的P型非晶硅，7為透明導(dǎo)電膜，9為透明改性聚酰亞胺的PI基片，見(jiàn)圖1柔性太陽(yáng)能電池，為雙結(jié)疊層非晶硅電池結(jié)構(gòu)，由耐高溫的改性透明柔性PI基片為基底9依次是透明導(dǎo)電膜7、頂電池的P型非晶硅8、頂電池的本征I型非晶硅6、頂電池的N型微晶硅5、底電池的P型微晶硅4，底電池的本征非晶硅3，底電池的N型非晶硅2，金屬薄膜層1組成。圖2、是本實(shí)用新型柔性太陽(yáng)能光伏組件的結(jié)構(gòu)示意圖。其中303為透光彎曲玻璃、302為膠黏劑、301為太陽(yáng)能電池芯片、304為透光彎曲玻璃。柔性太陽(yáng)能電池芯片由透光彎曲玻璃封裝成透光型太陽(yáng)能光伏組件。以下根據(jù)附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的工作原理，傳統(tǒng)的在低溫200°C以下，軟基片上沉積的透明導(dǎo)電膜性能較差，透明導(dǎo)電膜的面電阻高，不利于提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。本實(shí)用新型300°C以上的基片溫度下，在改性聚酰亞胺基片上，沉積組成疊層非晶硅電池隧道結(jié)的優(yōu)質(zhì)N型和P型微晶硅。通?；瑴囟仍礁撸?000C以上沉積在基片上的原子的能量就越大，越有可能掙脫基片的束縛在基片表面自由移動(dòng)，調(diào)整在基片上所處的位置，并達(dá)到最佳狀態(tài)，從而減少微晶硅膜中的缺陷，制備出優(yōu)質(zhì)的微晶硅膜。反之，基片溫度低于200°C時(shí)，制備的微晶硅膜缺陷較多，性能較差。本實(shí)用新型夾緊繃直P(pán)I基片的裝置，采用一種堅(jiān)固耐高溫的剛性材料，使改性聚酰亞胺基片的安裝和拆卸方便，不易破裂，完全可與現(xiàn)有玻璃襯底非晶硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝兼容，在較高溫度下可取出電池，縮短降溫等待時(shí)間，可以與玻璃為基片的非晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)設(shè)備和工藝相兼容，不需要另外再新建生產(chǎn)線，本設(shè)備投資成本低。使用完全透光的高分子聚合物基片的非晶硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)以單結(jié)電池為例可采用改性透明基片PI、透明導(dǎo)電膜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、金屬膜Al的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
例 1軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，其核心部件包括單結(jié)或多結(jié)硅基系列薄膜太陽(yáng)能電池芯片，電池芯片用改性的透明、高透光度的高分子聚合物做PI基片，其前電極區(qū)域內(nèi)分布的透光通孔包括引流孔和匯流孔；由絲網(wǎng)印刷或噴涂在不銹鋼模板上的高溫成膜、脫膜制成的PI基片；在絕緣的PI基片上還有一層透明導(dǎo)電膜，其上至少有一個(gè)依序?qū)盈B的P型非晶硅膜層、I本征非晶硅層、N型非晶硅膜層和金屬膜層；透光通孔貫通分布于PI基片、基片透明導(dǎo)電膜、光電轉(zhuǎn)換疊層的各薄膜層上；由以上電池芯片與透明的有機(jī)或無(wú)機(jī)前板和背板材料用層壓/高壓釜制備而成的一種透光型電池光伏組件。本實(shí)施例的電池芯片制造方法如下采用0. 5毫米厚的不銹鋼薄片模板(或簡(jiǎn)稱模板)，其上設(shè)有前電極圖形內(nèi)分布的透光通孔(圖中未畫(huà)出)，包括電流導(dǎo)引孔和匯流孔；按摩爾比配方制得的聚酰胺酸漿料；將聚酰胺酸漿料絲網(wǎng)印刷在模板上，經(jīng)高溫350°C處理，得到均勻的透明，具有透光通孔，包括電流導(dǎo)引孔和匯流孔的改性聚酰亞胺基片；在350°C溫度下用磁控濺射法在改性聚酰亞胺基片上沉積一層面電阻Π15Ω/ ，透光率93%的ZnO透明導(dǎo)電膜；無(wú)需用激光刻劃ZnO透明導(dǎo)電膜；將PI基片裝入沉積夾具推入真空室在220°C溫度下沉積P型非晶硅100 A、頂電池的I型非晶硅900A、底電池的I型非晶硅^OOA、底電池的N型非晶硅200 A，在300°C溫度下沉積底電池的P型微晶硅薄膜層200 A和頂電池的N型微晶硅薄膜層200 A形成隧道結(jié)；沉積夾具出爐后，將沉積夾具中的基片架和其上的改性聚酰亞胺基片取出并在 20°C以下的環(huán)境下進(jìn)行快速降溫；激光刻劃沉積在改性聚酰亞胺基片上的非晶硅膜，形成連接相鄰兩節(jié)單元電池正負(fù)極的通道；然后置于鍍鋁機(jī)中鍍制鋁金屬薄膜；激光刻劃鋁金屬薄膜；最后制成本實(shí)用新型電池組件的核心部件透光型柔性非晶硅太陽(yáng)能電池或稱電池芯片。例 2采用厚度為0.45mm不銹鋼模片或帶，柔性非晶硅太陽(yáng)能電池芯片制造步驟同例 1，僅改變改性PI基片制作配方、非晶硅薄膜沉積溫度和各層膜的厚度按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:聯(lián)苯四甲酸二酐=1.0 47 1. 0的摩爾比例將二胺單體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?dú)?，室溫下攪?5分鐘后，開(kāi)始加入的2，3，3\4:聯(lián)苯四甲酸二酐a-BPDA.在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)20小時(shí).真空脫泡過(guò)濾后，得到無(wú)色透明的聚酰胺酸粘稠溶液.將該溶液涂布在干凈的玻璃板上，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. 冷卻后得到均勻的透明改性PI基片。在235°C的真空室溫度下沉積頂電池的P型非晶硅120 A、頂電池的I型非晶硅800A、底電池的I型非晶硅3100A、底電池的N型非晶硅150 A，在350°C溫度下沉積底電池的P型微晶硅薄膜層150 A和頂電池的N型微晶硅薄膜層150 A形成隧道結(jié)。例 3采用厚度為0.65mm不銹鋼模片或帶，柔性非晶硅太陽(yáng)能電池芯片制造步驟同例 1，其封裝步驟如下1)采用厚度為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)和厚度為25MflT75Mffl的膠黏劑(如EVA、PE等)形成一個(gè)疊層平面。2)將涂錫銅帶壓粘在電池芯片的兩端。3)貼好涂錫帶的電池片和支撐的膠黏劑/透明柔性前板聚合物薄膜傳送至熱壓機(jī)前，與此同時(shí)，厚度為25MflT75Mffl的膠黏劑(如EVA、PE等)，厚度為25MflT75Mffl柔性背板聚合物薄膜(一層高分子薄膜或多層有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料)。根據(jù)BIPV組件長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)要求，這上面兩層材料將在一定間隔的位置預(yù)留出線孔。4)熱壓好的柔性組件將根據(jù)組件模塊尺寸剪裁。并在導(dǎo)線引出口焊線、安裝接線盒及灌膠。
權(quán)利要求1.一種軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，構(gòu)成電池光伏組件的核心部件包括單結(jié)或多結(jié)硅基系列薄膜太陽(yáng)能電池芯片，及封裝材料，其特征在于柔性電池用透光度為90%-95%的高分子聚合物做基片，其前電極區(qū)域內(nèi)分布的透光通孔包括引流孔和匯流孔；由絲網(wǎng)印刷或噴涂在不銹鋼模板上的高溫成膜、脫膜制成的PI基片；在絕緣的PI基片上還有一層透明導(dǎo)電膜，其上至少有一個(gè)依序?qū)盈B的P型非晶硅膜層、I本征非晶硅層、N型非晶硅膜層和金屬膜層；所說(shuō)透光通孔貫通分布于PI基片、基片透明導(dǎo)電膜、光電轉(zhuǎn)換疊層的各薄膜層上；所說(shuō)的組件是由所述電池芯片與透明的有機(jī)或無(wú)機(jī)前板和背板材料封裝而成的一種透光型電池光伏組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，其特征在于所說(shuō)不銹鋼模板是0. 45mm至0. 65mm厚的不銹鋼片或帶，其上透光孔通是預(yù)置分布在前電極圖形區(qū)域內(nèi)的匯流孔和導(dǎo)流孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，其特征在于所說(shuō)的透光型電池光伏組件由電池芯片夾在前板和背板均是玻璃的膠黏劑中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，其特征在于所說(shuō)的透光型電池光伏組件，其前板和背板均是透明的高分子聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，其特征在于所說(shuō)的透光型電池光伏組件，還包括導(dǎo)線引出口焊線、安裝接線盒及灌膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，其特征在于所說(shuō)的透光型電池光伏組件包括單結(jié)的或多結(jié)的電池芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，其特征在于所說(shuō)的電池光伏組件封裝的電池芯片包括單結(jié)，或多結(jié)的同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，其特征在于所說(shuō)的電池光伏組件封裝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裝。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，其特征在于所說(shuō)的PI基片是改性的聚酰亞胺透明材料，耐高溫350°C以上四小時(shí)不變形。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及由改性基片制備高透光率的軟基柔性太陽(yáng)能電池光伏組件，屬于薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型目的在于提供一種柔性電池及其制備方法的解決方案。主要技術(shù)特征是用不銹鋼模板生成改性聚酰亞胺PI基片(簡(jiǎn)稱PI基片)，其上的透光通孔包括引流孔和匯流孔，貫通、分布于PI基片上沉積的導(dǎo)電膜層及光電轉(zhuǎn)換層各疊層膜面上。本實(shí)用新型創(chuàng)造效果顯著，減少激光刻劃對(duì)光電層加工界面晶化所造成的短路和漏電，減少工序，降低生產(chǎn)成本。透光型柔性太陽(yáng)能光伏組件用途廣泛。
文檔編號(hào)H01L31/048GK202332901SQ20112047354
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者孫堅(jiān), 李毅, 胡盛明 申請(qǐng)人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司