專利名稱：太陽(yáng)能電池與高能量密度存儲(chǔ)器的集成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能電池與髙能量密度存儲(chǔ)器的集成及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前電能貯存用的最多的是蓄電池。鉛酸蓄電池的發(fā)明已有ioo多年的歷史，它利用化學(xué)能和電能的可逆轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)充電和放電，鉛酸蓄電池價(jià)格較 低，但使用壽命短，重量大，需要經(jīng)常維護(hù)。近年來以鋰電池、燃料電池為 代表的新型電池是發(fā)展能源技術(shù)的主力軍，但這些電池存在著使用壽命短， 對(duì)環(huán)境有污染等缺點(diǎn)。除了環(huán)境有害方面的缺點(diǎn)以外，體積龐大也是大容量的超級(jí)電容器存在的主要問題之一，如近年來多層陶瓷電容器(MLC)技術(shù) 目前雖然有許多進(jìn)展，但目前仍無法做到足夠小體積和足夠大的電容值來滿 足日益發(fā)展的電子線路髙密度需求。能量存儲(chǔ)器可用于與太陽(yáng)能電池配套來儲(chǔ)存電能，現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能電池 裝置除了太陽(yáng)能電池以外，還需要另外配備能量存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn) 化的電能，能量存儲(chǔ)器與太陽(yáng)能電池是分離的，這樣的結(jié)構(gòu)增大了太陽(yáng)能電 池裝置的體積，不方便運(yùn)輸和安裝同時(shí)太陽(yáng)能電池與能量存儲(chǔ)器之間的連 接不夠可靠。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種太陽(yáng)能電池與高能量密度存儲(chǔ)器的集成及 其制造方法，其將太陽(yáng)能電池與高能量密度存儲(chǔ)器髙度集成，一方面減小了 太陽(yáng)能電池裝置的體積，方便運(yùn)輸和安裝；另一方面太陽(yáng)能電池與能量存儲(chǔ) 器之間結(jié)合緊密，結(jié)構(gòu)更加牢固可靠。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種太陽(yáng)能電池與髙能量密度存儲(chǔ)器的集成，包括太陽(yáng)能電池和供太陽(yáng)能 電池儲(chǔ)存電能的髙能量密度存儲(chǔ)器，所述髙能量密度存儲(chǔ)器包括鍍?cè)O(shè)于太陽(yáng) 能電池的背光側(cè)表面的絕緣襯底、所述襯底表面設(shè)有若干向內(nèi)凹陷的小槽， 所述襯底表面還設(shè)有若干電極層、以及分別間隔設(shè)置于每相鄰兩電極層之間 的若干髙介電常數(shù)介質(zhì)層，所述電極層和介質(zhì)層與小槽位置對(duì)應(yīng)的部分填充 于小槽內(nèi)。本實(shí)用新型進(jìn)一步的技術(shù)方案是一種太陽(yáng)能電池與髙能量密度存儲(chǔ)器的 集成，包括太陽(yáng)能電池和供太陽(yáng)能電池儲(chǔ)存電能的髙能量密度存儲(chǔ)器，所述 髙能量密度存儲(chǔ)器包括鍍?cè)O(shè)于太陽(yáng)能電池的背光側(cè)表面的絕緣氧化物襯底、 所述襯底表面設(shè)有若干向內(nèi)凹陷的小槽，所述襯底表面還設(shè)有若干電極層、 以及分別間隔設(shè)置于每相鄰兩電極層之間的若干高介電常數(shù)介質(zhì)層，所述電 極層和介質(zhì)層與小槽位置對(duì)應(yīng)的部分填充于小槽內(nèi)上述的小槽可以通過光 刻加工，小槽的直徑可以達(dá)到0.1微米左右，相鄰小槽之間的間距也可設(shè)置為 0.1微米，使得其在襯底表面的分布密度可以達(dá)到上億個(gè)/平方厘米。若小槽的 直徑更小時(shí)，則其分布密度更髙；當(dāng)小槽直徑較大時(shí)，也可采取模具等其它 方法加工小槽，此時(shí)其分布密度就會(huì)較低。這樣髙密度分布的小槽加大了襯 底表面的表面積，使之可以達(dá)到原來所占面積的幾百倍甚至上千倍，從而使 得形成的存儲(chǔ)器具有超大密度的能量存儲(chǔ)性能。上述電極層可以是銅、白金、 鉛或其它金屬材料，可以為厚度僅300埃米-2000埃米的金屬薄膜。上述介 質(zhì)層可以是任何具有髙介電常數(shù)的電介質(zhì)，可以為厚度IOO埃米-1000埃米 的薄膜。當(dāng)然，如果小槽比較大，而且對(duì)存儲(chǔ)器的能量存儲(chǔ)要求不同，和在需 要較髙的工作電壓和電流情況下，也可根據(jù)需要將電極層和介質(zhì)層做地厚一 點(diǎn)，層數(shù)少一點(diǎn)。所述太陽(yáng)能電池包括透光基板、依次設(shè)于基板上的透明向光導(dǎo)電膜、發(fā)電 層以及背光導(dǎo)電膜，所述髙能量密度存儲(chǔ)器的襯底設(shè)于背光導(dǎo)電膜的背光一 側(cè)；所述太陽(yáng)能電池包括基板、依次設(shè)于基板上的背光導(dǎo)電膜、發(fā)電層以及 透明向光導(dǎo)電膜，所述髙能量密度存儲(chǔ)器的襯底設(shè)于基板的背光一側(cè)。根據(jù)小槽的大小以及電極層和介質(zhì)層的薄厚，上述電極層/介質(zhì)層/電極層 的三明治結(jié)構(gòu)層在襯底上可以從一層到幾千層不等，這樣每相鄰兩個(gè)電極層 以及其間的介質(zhì)層形成一個(gè)電容。當(dāng)上述的三明治結(jié)構(gòu)層大于一層時(shí)，所述 襯底一端為所有偶數(shù)層電極層于該端相互電連接的第一極端，所述襯底另一 端為所有奇數(shù)層電極層于該端相互電連接的第二極端。這樣，若干個(gè)電容之 間就成并聯(lián)連接，增大了整個(gè)存儲(chǔ)器的電容容量。其并聯(lián)連接的方式具體為 所述第一極端除最外層的電極層的其它奇數(shù)層電極層以及與這些奇數(shù)層電極 層相鄰的介質(zhì)層的端部都短于襯底，其中這些奇數(shù)層電極層于該端的外端部 被其相鄰的介質(zhì)層包覆，第一極端的偶數(shù)層電極層外端包覆于其內(nèi)側(cè)的介質(zhì)層外且與其前后的偶數(shù)層電極層外端相接；所述第二極端所有偶數(shù)層電極層 以及所有介質(zhì)層都短于該端的襯底，其中這些偶數(shù)層電極層外端被其相鄰的 介質(zhì)層包覆，該端奇數(shù)層電極層外端包覆于其內(nèi)側(cè)的介質(zhì)層外且與其前后奇 數(shù)層電極層外端相接。所述小槽為圓柱形或矩形柱體形狀，小槽在襯底表面 成陣列分布。
所述太陽(yáng)能電池為薄膜太陽(yáng)能電池、單晶太陽(yáng)能電池或多晶太陽(yáng)能電池。
上述太陽(yáng)能電池與高能量密度存儲(chǔ)器的集成的制造方法，包括以下步驟
a) 首先加工太陽(yáng)能電池；
b) 在太陽(yáng)能電池的背光側(cè)表面加工一層絕緣襯底；
c) 在絕緣襯底的外側(cè)面加工凹陷小槽，小槽的加工根據(jù)小槽的大小不同 可以采取不同的加工方法，當(dāng)小槽的直徑較小時(shí)，可以用光刻法來加工，當(dāng) 小槽直徑較大時(shí)，可以采用模具方法來加工；
d) 于襯底以及小槽的表面以濺射法加工一層導(dǎo)電薄膜形成電極層；
e) 于電極層表面以濺射、PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積)或ALD (原子層沉積)和淀積后特殊的熱處理方法加工一層髙介電常數(shù)介質(zhì)薄膜形
成介質(zhì)層再于上述介質(zhì)層表面以濺射法加工一層電極層；
f) 根據(jù)所需要加工的層數(shù)重復(fù)上述步驟e)，當(dāng)只需要加工兩層電極層以 及一層介質(zhì)層時(shí)，就不需要再重復(fù)上述步驟了。
所述襯底一端為所有偶數(shù)層電極層于該端相互電連接的第一極端，所述襯 底另一端為所有奇數(shù)層電極層于該端相互電連接的第二極端；貼近襯底的第 一層電極層加工覆蓋于襯底上以后，再將第一層電極層位于第一極端的端部 去除后再將第一層介質(zhì)層加工覆蓋于第一層電極層以及裸露的襯底上，然后 再將該第一介質(zhì)層位于第一極端的端部去除后再將第二層電極層加工覆蓋于 第一介質(zhì)層以及裸露的襯底上，其中第一介質(zhì)層去除掉的端部短于第一電極 層去除掉的端部；除最內(nèi)和最外電極層以外的每一奇數(shù)層電極層及其內(nèi)側(cè)的 介質(zhì)層加工好之后，再將該奇數(shù)層電極層及其內(nèi)側(cè)的介質(zhì)層位于第一極端的 端部去除，再將下一介質(zhì)層加工覆蓋于該電極層以及裸露的上一偶數(shù)層電極 層外，然后將該下一介質(zhì)層于第一極端的端部去除后再將下一偶數(shù)層電極層 加工覆蓋于該下一介質(zhì)層以及裸露的上一偶數(shù)層電極層外，其中下一介質(zhì)層 去除掉的端部短于該奇數(shù)層電極層去除掉的端部；除最外電極層以外的每一偶數(shù)層電極層及其內(nèi)側(cè)的介質(zhì)層加工好之后，再將該偶數(shù)層電極層及其內(nèi)側(cè) 的介質(zhì)層位于第二極端的端部去除，再將下一介質(zhì)層加工覆蓋于該電極層以 及裸露的上一奇數(shù)層電極層外，然后將該下一介質(zhì)層位于第二極端的端部去 除后再將下一奇數(shù)層電極層加工覆蓋于該下一介質(zhì)層以及裸露的上一奇數(shù)層 電極層外，其中下一介質(zhì)層去除掉的端部短于該偶數(shù)層電極層去除掉的端部。
上述鍍膜過程還可以為在加工奇數(shù)層電極層前，在待加工表面鄰近第一極 端的邊緣設(shè)置掩板，然后加工該奇數(shù)層電極層；接著將第一極端的掩板向外 移動(dòng)，再在該奇數(shù)層電極層鄰近第二極端的邊緣設(shè)置掩板，然后在加工奇數(shù) 層介質(zhì)層；然后將第一極端的掩板去除后再加工偶數(shù)層電極層；接著將第二 極端的掩板向外移動(dòng)，再在上述偶數(shù)層電極層鄰近第一極端的邊緣設(shè)置掩板， 再加工偶數(shù)層介質(zhì)層。
所述小槽為圓柱形或矩形柱體形狀，小槽在襯底表面成陣列分布。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是
1. 本實(shí)用新型將太陽(yáng)能電池與髙能量密度存儲(chǔ)器髙度集成，將薄膜狀的 髙能量密度存儲(chǔ)器直接加工在同樣是薄膜狀的太陽(yáng)能電池上，僅僅稍微加厚 了太陽(yáng)能電池的厚度，基本不額外增加用于設(shè)置能量存儲(chǔ)器的體積，結(jié)構(gòu)緊 湊，方便運(yùn)輸和安裝；
2. 本實(shí)用新型太陽(yáng)能電池與能量存儲(chǔ)器之間接合緊密，能量存儲(chǔ)器也不 需要額外的固定，結(jié)構(gòu)更加牢固可靠。
3. 本實(shí)用新型能量存儲(chǔ)器與一般的存儲(chǔ)器相比，其不含有任何對(duì)環(huán)境有 害的電解質(zhì)，具有環(huán)保特性。
4. 本實(shí)用新型能量存儲(chǔ)器的電能儲(chǔ)存量是同等產(chǎn)品的好幾倍，增大了太 陽(yáng)能電池的電能儲(chǔ)存量。
5. 本實(shí)用新型的能量存儲(chǔ)器充電次數(shù)是一般充電電池的1000倍以上，增 加了太陽(yáng)能電池的壽命。


圖1至圖13為本實(shí)用新型第一具體實(shí)施例的制造步驟示意圖； 圖14為本實(shí)用新型第二具體實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。 其中l(wèi)太陽(yáng)能電池；ll基板12向光導(dǎo)電膜；13發(fā)電層；14背光導(dǎo)電 膜；15切線槽；2髙能量密度存儲(chǔ)器；21襯底；22電極層23介質(zhì)層；24小槽；25第一極端；26第二極端；3光刻膠。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述 第一具體實(shí)施例
如圖13所示， 一種太陽(yáng)能電池與髙能量密度存儲(chǔ)器的集成，包括薄膜太 陽(yáng)能電池1和供太陽(yáng)能電池1儲(chǔ)存電能的髙能量密度存儲(chǔ)器2,所述高能量密 度存儲(chǔ)器2包括鍍?cè)O(shè)于太陽(yáng)能電池1的背光側(cè)表面的絕緣氧化物襯底21、所 述襯底21表面設(shè)有若千向內(nèi)凹陷的小槽24，所述襯底21表面還設(shè)有若干電 極層22、以及分別間隔設(shè)置于每相鄰兩電極層22之間的若干髙介電常數(shù)介質(zhì) 層23，所述電極層22和介質(zhì)層23與小槽24位置對(duì)應(yīng)的部分填充于小槽24 內(nèi)。如圖7所示，所述小槽24為圓柱形形狀，小槽24在襯底21表面成陣列 分布。
所述太陽(yáng)能電池1包括透光基板11、依次設(shè)于基板11上的透明向光導(dǎo)電 膜12、發(fā)電層13以及背光導(dǎo)電膜14,所述髙能量密度存儲(chǔ)器2的襯底21設(shè) 于背光導(dǎo)電膜14的背光一側(cè)。工作時(shí)，陽(yáng)光照射在透明基板11上，并透過透 明基板ll由發(fā)電層13轉(zhuǎn)化為電能并通過導(dǎo)電膜傳輸并最后送到髙能量密度存 儲(chǔ)器2儲(chǔ)存起來。
所述襯底21 —端為所有偶數(shù)層電極層22于該端相互電連接的第一極端
25, 所述襯底21另一端為所有奇數(shù)層電極層22于該端相互電連接的第二極端26。
所述第一極端5除最外層的電極層2的其它奇數(shù)層電極層2以及與這些奇 數(shù)層電極層2相鄰的介質(zhì)層3的端部都短于襯底1,其中這些奇數(shù)層電極層2 于該端的外端部被其相鄰的介質(zhì)層3包覆，第一極端5的偶數(shù)層電極層2外端 包覆于其內(nèi)側(cè)的介質(zhì)層3外且與其前后的偶數(shù)層電極層2外端相接；所述第二 極端6所有偶數(shù)層電極層2以及所有介質(zhì)層3都短于該端的襯底1，其中這些 偶數(shù)層電極層2外端被其相鄰的介質(zhì)層3包覆，該端奇數(shù)層電極層2外端包覆 于其內(nèi)側(cè)的介質(zhì)層3外且與其前后奇數(shù)層電極層2外端相接。
上述的太陽(yáng)能電池與髙能量密度存儲(chǔ)器的集成的制造方法，包括以下步
驟
a)首先在透明的太陽(yáng)能基板11上以掩膜蒸發(fā)或?yàn)R射的方法制成透明的向光導(dǎo)電膜12,然后在向光導(dǎo)電膜12上用激光或金剛石劃線機(jī)進(jìn)行等距離薄膜 切斷劃線，形成切線槽15,使得切線槽15兩側(cè)的導(dǎo)電膜相互絕緣，如圖l和 圖2所示；
然后再鍍半導(dǎo)體發(fā)電層13，并用激光或金剛石劃線機(jī)對(duì)發(fā)電層進(jìn)行等距 離的薄膜切斷劃線，形成切線槽15,如圖3所示；
接著再鍍上背光導(dǎo)電膜14,并用劃線機(jī)于對(duì)背光導(dǎo)電膜劃線，形成切線 槽15，如圖4所示。向光導(dǎo)電膜12、發(fā)電層13和背光導(dǎo)電膜14上的切線槽 15的左右位置鄰近設(shè)置且導(dǎo)電膜上的切線槽15分別位于發(fā)電層13上的切線 槽15的兩側(cè)。這樣，每個(gè)單元的電池被串聯(lián)并集成化。
b) 在太陽(yáng)能電池1背光導(dǎo)電層14的的背光側(cè)表面加工一層絕緣襯底21， 如圖5所示；
c) 在絕緣襯底21的外側(cè)面加工凹陷小槽24:如圖6,在基底上涂光刻膠 3，然后進(jìn)行光刻和曝光將密度若干個(gè)微型小槽轉(zhuǎn)移光刻膠3上；之后用等離 體刻蝕，這樣微型小槽24就在襯底21上形成，如圖7和圖8所示；
d) 如圖9所示，釆用濺射法將金屬均勻?yàn)R射到整個(gè)襯底21以及小槽24 的表面形成電極層22;
e) 如圖IO所示，再用PECVD方法或采用濺射方法將髙介電常數(shù)的電介 質(zhì)沉積在電極層22以及裸露的襯底21表面形成介質(zhì)層23;如圖ll所示，再 采用濺射法將金屬均勻?yàn)R射到上述第一介質(zhì)層23表面形成第二電極層22;
f) 如圖12和圖13所示，重復(fù)上述步驟e),加工第二介質(zhì)層23和第三電 極層22。
其中各電極層22和介質(zhì)層23鄰近第一極端25和第二極端26的端部加工 如下在加工奇數(shù)層電極層22前，在待加工表面鄰近第一極端25的邊緣設(shè)置 掩板，然后加工該奇數(shù)層電極層22;接著將第一極端25的掩板向外移動(dòng)，再 在該奇數(shù)層電極層22鄰近第二極端26的邊緣設(shè)置掩板，然后在加工奇數(shù)層介 質(zhì)層23;然后將第一極端25的掩板去除后再加工偶數(shù)層電極層22;接著將第 二極端26的掩板向外移動(dòng)，再在上述偶數(shù)層電極層22鄰近第一極端25的邊 緣設(shè)置掩板，再加工偶數(shù)層介質(zhì)層23。
第二具體實(shí)施例如圖14所示，本實(shí)施例髙能量密度存儲(chǔ)器2的結(jié)構(gòu)與第一具體實(shí)施例相 同，且整個(gè)電池的加工方法大致與第一具體實(shí)施例相同，只是本實(shí)施例的薄 膜太陽(yáng)能電池包括基板11、依次設(shè)于基板11上的背光導(dǎo)電膜14、發(fā)電層13 以及透明向光導(dǎo)電膜12，所述髙能量密度存儲(chǔ)器2的襯底21設(shè)于基板11的 背光一側(cè)。工作時(shí)，太陽(yáng)光透過透明向光導(dǎo)電膜12由發(fā)電層13轉(zhuǎn)化為電能， 并通過導(dǎo)電膜14傳輸并最后送到髙能量密度存儲(chǔ)器2儲(chǔ)存起來。
除了本實(shí)施例中所列舉的兩種結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池以外，還可以為單晶太陽(yáng) 能電池或多晶太陽(yáng)能電池等其它太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，其太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和制 造方法可以與本實(shí)施例不一樣，但只要能將本實(shí)用新型中的髙能量密度存儲(chǔ) 器集成在太陽(yáng)能電池的背光側(cè)，都可以實(shí)施，也均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍 以內(nèi)。
本實(shí)用新型將太陽(yáng)能電池與高能量密度存儲(chǔ)器髙度集成，一方面減小了太 陽(yáng)能電池裝置的體積，方便運(yùn)輸和安裝；另一方面太陽(yáng)能電池與能量存儲(chǔ)器 之間接合緊密，結(jié)構(gòu)更加牢固可靠。
權(quán)利要求1.一種太陽(yáng)能電池與高能量密度存儲(chǔ)器的集成，包括太陽(yáng)能電池(1)和供太陽(yáng)能電池(1)儲(chǔ)存電能的高能量密度存儲(chǔ)器(2)，其特征在于所述高能量密度存儲(chǔ)器(2)包括設(shè)于太陽(yáng)能電池(1)的背光側(cè)表面的絕緣襯底(21)、所述襯底(21)表面設(shè)有若干向內(nèi)凹陷的小槽(24)，所述襯底(21)表面還設(shè)有若干電極層(22)、以及分別間隔設(shè)置于每相鄰兩電極層(22)之間的若干高介電常數(shù)介質(zhì)層(23)，所述電極層(22)和介質(zhì)層(23)與小槽(24)位置對(duì)應(yīng)的部分填充于小槽(24)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池與髙能量密度存儲(chǔ)器的集成，其 特征在于所述太陽(yáng)能電池(1)包括透光基板(11)、依次設(shè)于基板(11) 上的透明向光導(dǎo)電膜(12)、發(fā)電層(13)以及背光導(dǎo)電膜(14)，所述髙能 量密度存儲(chǔ)器(2)的襯底(21)設(shè)于背光導(dǎo)電膜(14)的背光一側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池與髙能量密度存儲(chǔ)器的集成，其 特征在于所述太陽(yáng)能電池(O包括基板(11)、依次設(shè)于基板(11)上的 背光導(dǎo)電膜(14)、發(fā)電層(13)以及透明向光導(dǎo)電膜(12)，所述髙能量密 度存儲(chǔ)器(2)的襯底(21)設(shè)于基板(11)的背光一側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池與髙能量密度存儲(chǔ)器的集成，其 特征在于所述襯底(21) —端為所有偶數(shù)層電極層(22)于該端相互電連 接的第一極端(25),所述襯底(21)另一端為所有奇數(shù)層電極層(22)于 該端相互電連接的第二極端(26)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池與髙能量密度存儲(chǔ)器的集成，其 特征在于所述襯底(21)為絕緣氧化物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池與髙能亮密度存儲(chǔ)器的集成，其 特征在于所述太陽(yáng)能電池(1)為薄膜太陽(yáng)能電池、單晶太陽(yáng)能電池或多 晶太陽(yáng)能電池。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種太陽(yáng)能電池與高能量密度存儲(chǔ)器的集成，包括太陽(yáng)能電池和供太陽(yáng)能電池儲(chǔ)存電能的高能量密度存儲(chǔ)器，高能量密度存儲(chǔ)器包括鍍?cè)O(shè)于太陽(yáng)能電池的背光側(cè)表面的絕緣襯底、襯底和小槽表面設(shè)有若干向內(nèi)凹陷的小槽，襯底表面還設(shè)有若干電極層、以及分別間隔設(shè)置于每相鄰兩電極層之間的若干高介電常數(shù)介質(zhì)層。本實(shí)用新型減小了太陽(yáng)能電池裝置的體積，方便運(yùn)輸和安裝，并且結(jié)構(gòu)更加牢固可靠。
文檔編號(hào)H01L27/142GK201417774SQ20092007104
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者明 楊 申請(qǐng)人:明 楊