[发明专利]薄膜光伏器件

说明书

技术领域

本发明涉及光伏器件技术领域，特别是涉及一种薄膜光伏器件。

背景技术

开发可再生能源是关系到国家可持续发展战略的关键措施之一。在各种可再生能源中，太阳能光伏发电技术是近些年来发展最快、应用最广的技术。其中薄膜光伏器件因其耗材少、制造成本低而成为研究的热点。目前的薄膜光伏器件按衬底可分为硬性衬底(如玻璃衬底)和柔性衬底(如塑料、树脂聚合物、铝箔、钢带)两大类。薄膜光伏器件(硬性衬底)的制造通常是在玻璃等硬性基板表面沉积透明导电前电极(TCO)，然后再沉积氢化硅薄膜p-i-n光电单元，最后形成背电极并封装。透明导电前电极由透明导电氧化物组成，在工业化生产中广泛采用氧化锡或掺杂的氧化锡(例如氟掺杂的氧化锡(SnO2:F))作为透明导电前电极。氧化锡需要在较高的温度(550～600℃)下利用常压化学气相沉积(APCVD)工艺在玻璃基板上沉积形成。

柔性衬底薄膜光伏器件由于重量轻、可卷曲的特性，具有便于携带、便于安装、易与建筑物一体化和高功率重量比的优点，从而在多个领域具有良好的应用前景。目前的柔性薄膜光伏器件基本上都是采用卷对卷(roll-to-roll)的连续沉积工艺，直接在柔性衬底上使用专门处理柔性基材的设备上制造，可大批量连续化生产。但是直接使用柔性衬底作为基板进行薄膜沉积的生产设备，与现有广泛使用的生产成本相对低的、在硬性基板比如玻璃上沉积薄膜的设备不兼容，而且非常昂贵，工艺也较为复杂。其它方法，例如在利用临时衬底作为柔性转移衬底制造柔性薄膜光伏器件的方法中，存在着临时衬底需要蚀刻去除、不可重复利用且不利于大面积生产的产业化等问题。而且，现有的在柔性衬底上直接形成薄膜光伏器件的技术由于衬底或衬底上的电极的不透光性，不能实现大面积内级联(monolithic integration)，从而导致大面积光伏组件成本的提高和可靠性的下降。

在玻璃等硬性基板表面粘贴柔性衬底，再在柔性衬底表面沉积薄膜层系来完成柔性薄膜光伏器件的制造，这样的方法会遇到的问题包括对柔性衬底材料的苛刻要求，例如耐温性、真空腔室的非污染性、高温过程后的透光性和柔韧性，以及衬底与器件层系热膨胀系数的匹配、柔性衬底与硬性基板的温度性能匹配等。另外，大面积柔性衬底很难保证在整个器件制造过程中自始至终保持平展地铺设在硬性基板表面、且工艺完成后在不损坏电池的前提下易于柔性衬底的剥离。即使有这种材料，例如被认为性能最佳的聚酰亚胺，也不可能自始至终在硬性基板上保持全部平展，在电池制造过程中还是很容易产生严重的凸起或褶皱。特别是在大面积柔性薄膜光伏器件的制造过程中，柔性衬底的这种不可忽略的凸起或褶皱，不但极大地影响薄膜沉积的均匀性和一致性，而且形成内级联的激光划线工艺也无法可靠、满足性能要求地实现。

本发明人经过潜心研究和积极探索，在申请号为201010501502.4和201010288863.5的中国专利申请中提出了一种新型的柔性光电器件、特别是柔性薄膜光伏器件的制造方法，其宗旨是硬性制造、柔性成型。即在玻璃等硬性载板上直接粘贴脱离保护膜，然后在脱离保护膜上形成包括透明导电前电极(TCO)、单结或多结半导体光电转换单元(例如p-i-n叠层结构)和背电极等层系结构的薄膜光伏器件层系，且使其具有内级联结构，再将柔性载体(柔性承载层)牢靠地结合在电池层系上，然后利用柔性载体将电池层系、包括脱离保护膜一起整体性地从硬性载板表面脱离，经过进一步的受光面保护性封装，从而形成低成本、大面积、高度集成内级联的柔性薄膜光伏器件及其组件。

在上述技术方案中，柔性薄膜光伏器件的脱离保护膜采用普通的塑料薄膜或聚合物薄膜，无法承受550～600℃的高温，因此采用前述的氧化锡作为透明导电前电极是不可行的。一个理想的选择是用沉积温度较低的氧化锌(ZnO)作为透明导电前电极。氧化锌可以利用低压化学气相沉积(LPCVD)工艺在150～200℃的温度下沉积，可以掺杂硼元素形成ZnO:B前电极。还可以利用常温PVD(例如磁控溅射)沉积掺铝氧化锌形成ZnO:Al(AZO)作为透明导电前电极。