專利名稱：：柔性非晶硅薄膜太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及非晶硅薄膜光伏電池領(lǐng)域，尤其涉及一種非晶硅薄膜柔性光伏電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
：作為陽光發(fā)電(光伏)技術(shù)的重要組成部分，非晶硅薄膜電池有以下顯著優(yōu)點1.制造成本遠比大多數(shù)光伏技術(shù)低，在中國已經(jīng)實現(xiàn)了每峰瓦1美元以下。2.制備過程耗能遠比任何其它光伏技術(shù)低，所有原材料到成品光伏組件消耗的能量總和通過組件發(fā)電回收這些能量的回收期約為6個月，而晶體硅電池則要二年以上。3.制備過程耗材遠比任何其它光伏技術(shù)低，是耗材特低性產(chǎn)業(yè)。4.制備過程遠比任何其他光伏技術(shù)潔凈，基本沒有三廢排放，是環(huán)保型產(chǎn)業(yè)。5.溫度效應(yīng)與弱光特性最好，同樣功率，每年發(fā)電量比大多數(shù)其它光伏發(fā)電技術(shù)要多約15%。6.可以做成半透明的組件，成為美觀的建筑元素而集成到建筑物內(nèi)外。7.可以組成可以彎曲的柔性電池組件，質(zhì)量最輕，而又不易破碎。是大跨度建筑屋頂發(fā)電以及野外和空間應(yīng)用的必須具備的性能。非晶硅薄膜光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率較其他光伏技術(shù)要低，但是正在不斷改進，差距真正縮小。加上述第4點的優(yōu)秀的弱光與溫度性能，客觀地說，制備精良的非晶硅光伏組件的實際發(fā)電性能已是市場份額最大的多晶硅組件的2/3。因此大多數(shù)應(yīng)用，非晶硅組件完全能夠取代高耗能，高耗材，有較大的環(huán)境影響，高成本的晶體硅組件，而對建筑集成應(yīng)用和野外移動應(yīng)用，非晶硅光伏組件更是首選或甚至是唯一的選擇。目前我國所有生產(chǎn)非晶硅薄膜電池的企業(yè)都只能制備采用玻璃為基底的非晶硅光伏組件。這種類型的非晶硅光伏電池組件如同其它光伏電池組件一樣，重量大，易破碎是兩個普遍的缺點。這兩個缺點極大的限制了移動式光伏電源的應(yīng)用范圍與規(guī)模。把薄膜光伏電池(其本身功能結(jié)構(gòu)的厚度還不到1微米)制備在O.1毫米以下的柔性襯底材料上，重量只有玻璃組件的十分之一，組件就是用子彈打，也僅留下一個彈孔仍然能正常工作，從而根本上克服現(xiàn)有光伏組件重量大，易破碎這兩個缺點，是最理想的光伏器件?！銌谓Y(jié)的非晶硅太陽能電池，第一層，為普通玻璃，是電池載體。第二層為絨面的TC0。所謂TCO就是透明導(dǎo)電膜，一方面光從它穿過被電池吸收，所以要求它的透過率高；另一方面作為電池的一個電極，所以要求它導(dǎo)電。TCO制備成絨面起到減少反射光的作用。太陽能電池就是以這兩層為襯底生長的。太陽能電池的第一層為P層，即窗口層。下面是i層，即太陽能電池的本征層，光生載流子主要在這一層產(chǎn)生。再下面為n層，起到連接i和背電極的作用。最后是背電極和A1/Ag電極。目前制備背電極通常采用摻鋁ZnO(Al)，或簡稱AZ0。由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特點，a-Si的p_n結(jié)是不穩(wěn)定的，而且光照時光電導(dǎo)不明顯，幾乎沒有有效的電荷收集。所以，a-Si太陽能電池基本結(jié)構(gòu)不是p-n結(jié)而是p-i-n結(jié)。摻硼形成P區(qū)，摻磷形成n區(qū)，i為非雜質(zhì)或輕摻雜的本征層(因為非摻雜的a-Si是弱n型)。重摻雜的p、n區(qū)在電池內(nèi)部形成內(nèi)建勢，以收集電荷。同時兩者可與導(dǎo)電電極形成歐姆接觸，為外部提供電功率。i區(qū)是光敏區(qū)，光電導(dǎo)/暗電導(dǎo)比在105106，此區(qū)中光生電子、空穴是光伏電力的源泉。非晶體硅結(jié)構(gòu)的長程無序破壞了晶體硅電子躍遷的動量守恒選擇定則，相當于使之從間接帶隙材料變成了直接帶隙材料。它對光子的吸收系數(shù)很高，對敏感光譜域的吸收系數(shù)在1014cm-l以上，通常0.5iim左右厚度的a-Si就可以將敏感譜域的光吸收殆盡。所以，p-i-n結(jié)構(gòu)的a-Si電池的厚度取0.5iim左右，而作為死光吸收區(qū)的P、n層的厚度在10nm量級。盡管非晶硅是一種很好的太陽能電池材料，但由于其光學帶隙為1.7eV，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電轉(zhuǎn)換效率會隨著光照時間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退s-w效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。解決這些問題的途徑就是制備疊層太陽能電池。疊層太陽能電池是在制備的p-i-n單結(jié)太陽能電池上再沉積一個或多個p-i-n子電池制得的。國外目前采用的非晶硅柔性光伏電池采用3結(jié)p-i-n結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，對受光面第一個本征(i)層的厚度要求很薄，容易造成內(nèi)部p-n間短路，極大影響良品率。同時由于設(shè)備利用率低，造成成本過高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種非晶硅薄膜柔性光伏電池及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。本發(fā)明的非晶硅薄膜柔性光伏電池，其結(jié)構(gòu)由如下膜層依次排列組成不銹鋼箔-鋁-氧化鋅鋁(AZO)膜-非晶硅或微晶硅(a-Si)nl層-非晶硅或微晶硅il層_非晶硅或微晶硅pl層_非晶硅bl層-非晶硅n2層-非晶硅i2層-非晶硅p2層-氧化銦錫層(ITO)-銀漿柵線。本發(fā)明非晶硅薄膜柔性光伏電池優(yōu)選的結(jié)構(gòu)由如下膜層依次排列組成不銹鋼箔-鋁-氧化鋅鋁膜_微晶硅nl層_微晶硅il層_微晶硅pl層_非晶硅bl層-非晶硅n2層-非晶硅i2層-非晶硅p2層-氧化銦錫層_銀漿柵線。本發(fā)明非晶硅薄膜柔性光伏電池的制備方法，包括如下步驟1、不銹鋼箔拋光清洗；2、PVD真空鍍鋁膜；3、PVD真空鍍氧化鋅鋁膜；4、PECVD真空鍍非晶硅膜或非晶硅_微晶硅膜系；5、PVD真空鍍氧化銦錫膜；6、PVD鍍銀漿柵線；7、經(jīng)過后處理步驟，得到成品。PVD即物理氣相沉積，PECVD即等離子體輔助化學氣相沉積。作為優(yōu)選方案，PVD真空鍍鋁膜步驟中，所鍍鋁膜為亞微米絨面結(jié)構(gòu)，鍍膜條件為溫度200-300。C，沉積壓強為氬氣條件下0.1-1.OPa，功率密度為l-5W/cm2;PVD真空鍍氧化鋅鋁膜步驟中，鍍膜條件為溫度200-30(TC，沉積壓強為氬氣條件下0.1-1.OPa;功率密度為l-5W/cm2;PECVD真空鍍非晶硅膜或非晶硅_微晶硅膜系步驟中，溫度為200-250C，沉積壓力為50-200Pa，功率密度為15-30mW/ci^，摻雜濃度(流量比)為1%-2%;按照如下順序鍍非晶硅膜非晶硅nl層-非晶硅il層-非晶硅pi層-非晶硅bl層-非晶硅n2層-非晶硅i2層-非晶硅p2層；作為優(yōu)選方案，按照如下順序鍍非晶硅、微晶硅膜微晶硅nl層-微晶硅il層-微晶硅pi層-非晶硅bl層-非晶硅nl層-非晶硅i2層-非晶硅p2層；PVD真空鍍氧化銦錫膜步驟中，鍍膜條件為溫度200-30(TC，沉積壓強為氬氣條件下0.1-1.OPa;功率密度為l-5W/cm2;PVD鍍銀漿柵線步驟中，溫度為200-300C，本底真空度為10_4Pa，電子束功率為1-2KW。后處理步驟包括焊引線，層壓封裝退火固化，測試_電法修復(fù)_分揀，包裝入庫。根據(jù)發(fā)明人的大量實驗發(fā)現(xiàn)，雙結(jié)非晶硅_非晶硅電池或雙結(jié)非晶硅_微晶硅電池結(jié)構(gòu)是充分利用太陽光譜和制備成品率的一個較好的平衡，可大大提高良品率，在同樣優(yōu)秀的光電轉(zhuǎn)換效率下，比目前的三結(jié)電池約高一倍的設(shè)備利用率。此外，本發(fā)明非晶硅柔性電池的制備方法環(huán)節(jié)與所需設(shè)備并不多，生產(chǎn)工藝基本上是低溫過程，耗能與耗材都非常少，可達到大幅度降低制造成本的目的。本發(fā)明柔性光伏電池制備方法所采用的原料和設(shè)備均可采用本領(lǐng)域通用的產(chǎn)品，例如，不銹鋼箔拋光清洗可采用深圳漢東清洗設(shè)備廠生產(chǎn)的型號為HD-QXJ16的拋光清洗機；PVD真空鍍氧化鋅鋁膜可采用美國Williams公司生產(chǎn)的純度為99.999%的高純氧化鋅鋁耙。圖1為實施例1制備的非晶硅柔性薄膜光伏電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例2制備的非晶硅柔性薄膜光伏電池的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式實施例1采用如表1所示的工藝流程制備非晶硅薄膜柔性光伏電池。所得電池的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例2除步驟4為PECVD真空鍍非晶硅(a-Si)-微晶硅(uc-Si)膜系外，其余步驟同實施例1。所得電池的結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。對比例對比樣普樂新能源(安徽)公司所生產(chǎn)的TFSM-S-0非晶硅太陽能電池，其結(jié)構(gòu)為a-Si單結(jié)疊層電池。表2顯示是在標準條件下測試的穩(wěn)定值輻射度為1000W/m2，光譜為AMI.5;溫度為25°C(開路電壓或短路電流可定制)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>與對比樣相比，采用本發(fā)明實施例1方法制備的柔性光伏電池轉(zhuǎn)化效率由6%提高到6.7%。權(quán)利要求一種非晶硅薄膜柔性光伏電池，其特征在于，由如下膜層依次排列組成不銹鋼箔-鋁-氧化鋅鋁膜-非晶硅或微晶硅n1層-非晶硅或微晶硅i1層-非晶硅或微晶硅p1層-非晶硅b1層-非晶硅n2層-非晶硅i2層-非晶硅p2層-氧化銦錫層-銀漿柵線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶硅薄膜柔性光伏電池，其特征在于，由如下膜層依次排列組成不銹鋼箔_鋁_氧化鋅鋁膜_微晶硅nl層_微晶硅il層_微晶硅pl層_非晶硅bl層_非晶硅n2層-非晶硅i2層-非晶硅p2層-氧化銦錫層-銀漿柵線。3.制備如權(quán)利要求1或2所述非晶硅薄膜柔性光伏電池的方法，其特征在于，依次包括如下步驟不銹鋼箔拋光清洗；PVD真空鍍鋁膜；PVD真空鍍氧化鋅鋁膜；PECVD真空鍍非晶硅膜或非晶硅-微晶硅膜系；PVD真空鍍氧化銦錫膜；PVD鍍銀漿柵線；經(jīng)過后處理步驟，得到成品。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述PVD真空鍍鋁膜步驟中，所鍍鋁膜為亞微米絨面結(jié)構(gòu)，鍍膜條件為溫度200-30(TC，沉積壓強為氬氣條件下0.l-l.OPa，功率密度為l-5W/cm2;所述PVD真空鍍氧化鋅鋁膜步驟中，鍍膜條件為溫度200-30(TC，沉積壓強為氬氣條件下0.1-1.OPa;功率密度為l-5W/cm2。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述PECVD真空鍍非晶硅膜或非晶硅_微晶硅膜系步驟中，溫度為200-250C，沉積壓力為50-200Pa，功率密度為15-30mW/cm2，摻雜濃度(流量比)為1%_2%。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，按照如下順序鍍非晶硅膜非晶硅nl層_非晶硅il層_非晶硅Pl層_非晶硅bl層-非晶硅n2層-非晶硅i2層-非晶硅p2層。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，按照如下順序鍍非晶硅-微晶硅膜系微晶硅nl層-微晶硅il層-微晶硅pl層-非晶硅bl層-非晶硅nl層-非晶硅i2層-非晶硅p2層。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述PVD真空鍍氧化銦錫膜步驟中，鍍膜條件為溫度200-30(TC，沉積壓強為氬氣條件下0.1-1.OPa;功率密度為l-5W/cm2;9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述PVD鍍銀漿柵線步驟中，溫度為200-300C，本底真空度為10-4Pa，電子束功率為1_2KW。10.根據(jù)權(quán)利要求39任一項所述的方法，其特征在于，所述后處理步驟依次包括焊引線，層壓封裝退火固化，測試_電法修復(fù)_分揀，最后包裝入庫。全文摘要本發(fā)明提供了一種非晶硅薄膜柔性光伏電池，由如下膜層依次排列組成不銹鋼箔-鋁-氧化鋅鋁膜-非晶硅或微晶硅n1層-非晶硅或微晶硅i1層-非晶硅或微晶硅p1層-非晶硅b1層-非晶硅n2層-非晶硅i2層-非晶硅p2層-氧化銦錫層-銀漿柵線。同時提供了一種上述柔性光伏電池的制備方法，依次包括如下步驟不銹鋼箔拋光清洗；PVD真空鍍鋁膜；PVD真空鍍氧化鋅鋁膜；PECVD真空鍍非晶硅膜或非晶硅-微晶硅膜系；PVD真空鍍氧化銦錫膜；PVD鍍銀漿柵線；經(jīng)過后處理步驟，得到成品。本發(fā)明采用雙結(jié)非晶硅-非晶硅或非晶硅-微晶硅電池結(jié)構(gòu)，可大大提高良品率，耗能與耗材都非常少，可大幅度降低制造成本。文檔編號H01L31/076GK101707224SQ20091019826公開日2010年5月12日申請日期2009年11月3日優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日發(fā)明者劉遠祥,彭祥軍,楊英穎,程琳申請人:彭祥軍;楊英穎