专利名称：柔性太阳能电池板及制备方法
柔性太阳能电池板及制备方法技术领域
本发明是对柔性太阳能电池板制备方法及产品的改进，尤其涉及一种光电转换效 率高，且可以最小在毫米量纲级范围内弯曲的柔性太阳能电池板。
背景技术：
转换效率较高太阳能电池，都是采用硬质基底或晶硅基底(例如薄型玻璃板、单 晶硅、多晶硅)，且具有光伏效应的薄膜层都是在相对高温例如> 450°C下生长，因而具有 较高的光电转换效率，例如单晶硅可以达到23%，多晶硅在17-18%，薄膜CIGS在21%左右， 薄膜CdTe在16%左右，薄膜微晶和非晶硅在13%左右，III-V族光伏电池可达似％左右。然 而硬质材料或晶硅基底太阳能电池的一个共同缺点不能弯曲，也即不能用于弯曲表面例 如屋面，汽车顶等弧形曲面，以及更小弯曲表面场合，限制了太阳能电池在要求弯曲场合的 应用。
人们为改善太阳能电池的弯曲性能，使之能用于弯曲表面，提出采用将太阳能电 池片贴合在柔性基底的技术方案，以制成可弯折适应弧形场合使用的太阳能电池板例如 中国专利CNM87113、C拟838046、CN201038168、CN101702412所公开的柔性太阳能电池组 件，其是通过将制得的电池片，粘贴于柔性基底上，电池片两面按要求电压/电流电连接。 美国专利3658596柔性太阳能模组组装方法，将多个太阳能电池片夹在两张透明塑料膜之 间，电池片之间用导电线按串联或并联方法联接，以形成合适的电流和电压，再用刚性框架 将塑料膜撑起并固定。然而上述电池板，仅是改变了组装粘结太阳能电池片的底材，由于所 用电池片仍然较大，其弯曲主要为沿相邻电池片间隙的底材弯折，所以只能用于大弧形即 大曲率半径场合，例如屋面、汽车顶，不具有更小曲率半径弯曲性能，更不能任意方向弯曲； 其次，未给出小块电池片尺寸限定，也就不能做到要求弯曲最小曲率半径。因此总体上达不 到柔性要求，不能称为柔性太阳能电池板，用途仍然受到限制。再就是，此结构在弯折时会 造成相邻电池片挤压受损，加大间距又会造成面积浪费，降低面积发电量。
美国专利20090211620A1有形太阳能材料，是将小电池片贴附在一个给定的硬质 曲面上。其不足是所得的电池板是一个预给定不能变化的硬曲面，在使用中不能改变弯曲 形状和曲率半径；其次，同样未给出小电池片尺寸限定，同样不能做到制造要求弯曲最小曲 率半径。所以也并不是一个真正意义的柔性太阳能电池板；再就是，此结构只能是电池片的 逐块粘贴，不能用机械化生产，生产效率低。
现有技术也有弯曲半径比较小近似真正柔性的薄膜太阳能电池，例如University of Delaware (2007, April 3). New Technology For Manufacturing Flexible Solar Cells. Science Daily. ”，中国专利CN1136858薄膜太阳能电池等。它们都是通过在柔性 基底上蒸镀太阳能薄膜材料来实现，其基本结构为在绝缘性或带绝缘层的可弯曲柔性基板 上依次镀上透明电极层、薄膜半导体层、内面电极层组成柔性基底的薄膜太阳能电池。通 常的柔性基底有聚合物片材，镀有绝缘层的不锈钢薄片等。然而由于这些基底材料不适合 在高温下生长太阳能电池薄膜，原因是硬质基板其杨氏模量与厚度乘积要远远大于基板上面其他薄膜的对应量，因而在高温镀膜后冷却过程中，不会发生弯曲变形而导致薄膜龟 裂，而对于柔性太阳能电池，其柔性基底杨氏模量和厚度乘积与上面薄膜所对应量相差不 大，如镀膜过程中温度过高，在冷却过程中就会发生弯曲、变形，以致发生薄膜龟裂，所以只 能在相对较低温度下例如彡400°C (大部分彡350°C )下生长(Helena Gleskova et. al, Mechanics of thin-film transistors and solar cells on flexible substrates, Solar Energy 90 (2006) 697-693。而在较低温度下生长电池薄膜，由于分子迁移能量下 降，会造成薄膜不均勻、以及错位、缺陷等现象，导致转换效率要比长在硬质基底或晶硅基 底上采用高温生长的同类太阳能电池低得多，如长在玻璃基板上的薄膜硅太阳能电池的转 换效率可达13%，而生长在柔性基底上的薄膜硅太阳能电池的转换效率目前只能达到7-8% 左右。造成相同受光面积产生电流较小，光照面积浪费，成本效益较低。其次，虽然现有柔性 薄膜太阳能电池具有相对好的弯曲性，但由于现有柔性基底及生长其上的柔性电池膜弯折 后不能完全恢复，当弯曲小到变成弯折后，会造成损坏，所以一般不能折叠使用，使得柔软、 弯曲性受到更小弯曲限制。
现有技术现状表明虽然人们通过种种改进，试图获得高转换效率，弯曲半径能够 根据需要设计，且最小能达到毫米量纲级的柔性太阳能电池，但都未能获得功，因此仍有值 得改进的地方。发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种既具有高光电转换效率，可 以达到或接近同类硬质或晶硅基底太阳能电池转换效率，且可以得到弯曲要求的柔性太阳 能电池板。
本发明另一目的在于提供一种最小弯曲曲率半径能达毫米量纲级的柔性太阳能 电池板。
本发明再一目的在于提供按弯曲要求制备柔性太阳能电池板的制备方法。
本发明第一目的实现，主要构思是按要求最小弯曲曲率半径，将经高温制备在硬 质基底或晶硅基底上的太阳能电池片，切割成最大宽度不大于所要求弯曲最小曲率半径的 小电池面元，粘贴到满足弯曲要求的柔性基材表面，从而克服了现有技术的不足，实现本发 明目的。具体说，本发明柔性太阳能电池板，包括至少一柔性载体基材，贴于柔性载体基材 面上由经高温制备在硬质基底或晶硅基底上的太阳能电池面元，电池面元正、背面按所要 求电流/电压值电连接，其特征在于所说电池面元最大宽度不大于所要求弯曲最小曲率半 径，各电池面元相邻间隙不小于电池面元厚度。
在详细说明本发明前，先通过对发明能够达到的基本功能及效果作一介绍，以使 本领域技术人员对本专利技术方案有一个明确了解。
硬质基材或晶硅基底在弯曲时会断裂，而当其面型尺寸足够小时，例如弯曲方向 尺寸小于要求弯曲曲率半径R，并且使该小面元贴附在弯曲性好的柔性衬底上时，因太阳能 电池面元本身不会弯曲，弯曲时引起应力会集中在柔性基底上，也就不会折断太阳能电池 小面元弯曲方向，并且粘贴各太阳能电池片最大边尺寸不大于要求最小弯曲曲率半径，就 可以实现在各个方向的弯曲。本发明正是利用了此试验所得现象，使粘贴到柔性基材表面 的电池片面元最宽尺寸小于要求最小弯曲曲率半径R，所得太阳能面板在各个方向弯曲而不会断裂，从而制得具有实际应用价值、可以实现真正意义上柔性弯曲的柔性太阳能电池 板。如果将电池面元最大尺寸限制在毫米量纲级，可以使组合电池板弯曲曲率半径最小达 到毫米量纲级，即弯曲曲率半径在毫米最大量纲范围例如10毫米内弯曲。同时所用电池面 元片是经高温制备在硬质基底或晶硅基底上的太阳能电池片，因而可以达到或接近同类硬 质基底或晶硅基底太阳能电池光电转换效率，相对于直接生长在柔性基底上的薄膜太阳能 电池具有高的转换效率，从而同时实现了期望小曲率半径弯曲和高转换效率。
本发明中。
柔性软基底，功能同现有技术，主要用于固定切割太阳能电池面元形成有用的柔 性太阳能电池板，理论上可以是各种弯曲性好的柔性材料，例如织物或非织物布(如无纺 布、毡、胶粘布)、聚合物片材、金属箔基底等。考虑到要使制成柔性电池片能最小弯曲至毫 米量纲级，所用柔性软基底较好采用弯折后具有完全恢复能力的织物或非织物布，特别是 织物布，不仅具有折叠后可完全恢复性能，可以实现更小例如毫米量纲级的弯曲，而且强度 好，便于生产制造。
所用切割电池面元，为现有技术各种经高温制备在硬质基底或晶硅基底上的高效 光伏太阳能电池片，通过适应基底材料切割方法进行切割加工成的小块电池面元。因是采 用制成太阳能电池片后切割成小块电池面元，所以转换效率理论上能够达到或接近未切割 前电池片的转换效率，因而相对于直接生长在柔性基底上的薄膜太阳能电池，具有高的转 换效率。粘贴电池片面元，其自身形状可以不限，但其中较好采用圆形、方形、正多边形，它 们具有基本相等的长宽尺寸，可以适应按任意方向弯曲，以及做成弯曲极小的电池板，并且 具有相对大的采光面积。切割最大宽度尺寸，是指切割电池面元平面尺寸中最宽部分尺寸， 而非专指通常意义上的宽。
将粘贴电池片按要求输出电流/电压电连接，主要功能同现有技术，是将各切割 电池面元，通过设计组合串、并联电连接形成需要的输出电流/电压。其连接方式大致同现 有技术，例如背面可以采用导电胶或引线连接；受光面采用透明导电膜或引线连接。其中一 种较好方式，是在柔性基底表面涂敷导电层，使各电池面元通过导电胶粘贴在导电层上形 成电连接，其中更好基底采用导电布。电池板对外输出电能电连接，原理同现有技术，可以 是在制备的大电池板上根据需要将多个电池面元串接组成单元获得需要的电压，将若干串 接单元并接获得需要的电流；也可以是整板全部为并联连接，将电池板进行串并联组合，这 些与现有技术无实质性区别。
本发明中各电池面元相邻间隙不小于电池面元厚度，主要考虑在弯折时不损伤硬 质的电池面元边，实现电池板的弯折。技术人员知道，为充分发挥面积发电效应，显然不会 采用相邻很大间距，所以本发明限定了相邻最小间距。
柔性基底，一种更好为采用上下二面，可以提高电池板的耐用性。上下二面柔性基 材，其中至少上面为透光柔性材料。
此外，为有效保护电池板弯曲特别是弯折时不损伤太阳能电池面元，一种较好是 在相邻电池面元间隔填充有柔塑性填充物，例如耐温、耐光、耐紫外光的高分子聚合物，这 样电池板弯曲、弯折时不会产生相邻电池片硬性碰撞接触损伤，同时也可提供柔性面板的 抗撞击性。
为提高采光效率，一种更好还可以在各电池面元透光面上设置有会聚透镜，其中5一种较好为采用聚合物模制透镜阵列，既组装方便、快捷，又具有很好柔软性，不会因增加 透镜而降低电池板的弯曲性能。
本发明柔性太阳能电池板制备方法，包括采用经高温制备在硬质基底或晶硅基底 上的太阳能电池片相邻间隔粘贴于柔性基底，以及将粘贴电池片按要求输出电流/电压电 连接，其特征在于粘贴电池片是制成电池片切割而成，且切割最大宽度尺寸不大于设计最 小弯曲曲率半径。按此方法在已经制备的太阳能电池片上切割，不仅电池片制备相对容易 (小面积制备困难)，而且可以采用高效率太阳能电池片，并且满足按设计弯曲要求制备柔 性太阳能电池板，并能制备最小弯曲曲率半径达到毫米量纲级的柔性太阳能电池板。
本发明柔性太阳能电池板及制备方法，相对于现有技术，由于采用切割经高温生 长在硬质基底或晶硅基底上太阳能电池面元，将其附在柔性基底上，且使电池面元最大尺 寸不大于所要求弯曲的最小曲率半径，能够根据需要制造所要求最小弯曲曲率半径的柔性 太阳能电池板，并且所得柔性太阳能电池板，既具有高转换效率，可以达到或接近同类高温 生长在硬质基底或晶硅基底太阳能电池高转换效率，又使整个电池面板具有很好柔软弯曲 性，在不超过最小弯曲曲率半径下可以任意无定向弯曲、弯折，不会造成硬质基底损坏，达 到真正意义上的柔性。特别是粘贴基底采用弯折后具有完全恢复能力的真正意义上的柔性 材料例如布，最小弯曲可以做到在毫米级量纲范围内，使其满足某些小弯曲、甚至弯折要求 场合应用，而且并不降低转换效率，在航天、军事、及商业方面具有更大的适用性。由于是将 小尺寸电池面元粘贴在平铺柔性基底上，因而可以适应机械化粘贴生产，具有很高的生产 效率。本发明柔性太阳能电池板及制备方法，能够制造所要求最小弯曲半径的柔性太阳能 电池板，且所得电池板既具有硬质基底或晶硅基底的高转换效率，又具有完全、可恢复的柔 软性，并可做到最小在毫米级量纲范围内的弯曲、弯折，以及在不小于要求弯曲曲率半径范 围内的任意弯曲，并可折叠，是不同于现有技术贴片式或低温生长柔性薄膜太阳能电池的 最大区别。
以下结合若干个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施 例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为 对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/ 或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
图1为本发明柔性电池板电池面元与柔性基材弯曲状态示意图。
图2为第一实施例柔性电池板结构示意图。
图3为图2截面结构示意图。
图4为第二实施例柔性电池板结构示意图。
图5为第三实施例柔性电池板结构示意图。
图6为图5俯视结构示意图。
具体实施方式
实施例1 参见图1、2、3，将按现有技术制得的单晶硅光伏太阳能电池片，切割成边长为2毫米的等边六边形1，用导电胶将非受光面粘贴在导电布或布有薄导线的织物布 基材2表面，相邻片间的间隙略大于太阳能电池面元厚度，间隙间用凝固后具有塑性的硅 胶4填充，形成具柔性和塑性肋，防止弯曲和折叠时相邻电池片之间由于硬性接触而造成 损坏。六边形电池面元受光面(上面)用一张镀有透明导电膜的透明柔性基材3 (如在聚酯 膜基板上蒸镀ITO透明导电膜)覆盖，上下面柔性基材四周用胶密封，制成50*50mm的柔性 电池板，将上下柔性基材之间抽成真空加热，使柔性基材上导电膜与光伏太阳能电池受光 面有良好的电接触(如果采用引接线，则可以不必采用此程序)，引出下柔性基材连接导线 和上透明柔性基材连接导线作为正、负极。按所要求输出电压/电流将若干块串、并联粘贴 在例如l*lm布面上组成大块电池板。
此外，还可以在制成电池板上下两面粘贴至少上面为透明的柔性膜5和6，如 Teflon等，提供对表面的保护，以增强电池板的耐用性。
实施例2 参见图4，如实施例1，其中切割电池面元1为2毫米正方形CIGS电池 片，各电池面元相邻间隔粘贴在柔性基材2表面，柔性基材与电池片底面(非受光面)之间用 导电胶粘贴，小电池片上面(受光面)四个角用导电线7连接，然后再在上面覆盖EVA透明柔 性基材，透明柔性基材和小电池片之间用透明胶胶合。
实施例3 参见图5、6，如前述，在制得的柔性电池板受光面上加设有聚合物模制 会聚透镜阵列8。
对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公 开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他 方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，特征间的相互不同 组合，例如柔性基材的改变，切割太阳能电池面元的改变，电池面元电连接方式的改变，电 池面元大小的改变，制成柔性太阳能电池板大小的改变，得到所要求输出电压/电流电池 片连接方式的改变，随着电池制备技术的提高，还可以将制在薄不锈钢板上或其他柔性基 材上的薄膜太阳能电池切割成小块，粘贴在柔性基材上，等等的非实质性改动，同样可以被 应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。权利要求
1.柔性太阳能电池板，包括至少一柔性载体基材，贴于柔性载体基材面上由经高温制 备在硬质基底或晶硅基底上的太阳能电池面元，电池面元正、背面按所要求电流/电压值 电连接，其特征在于所说电池面元最大宽度不大于所要求弯曲最小曲率半径，各电池面元 相邻间隙不小于电池面元厚度。
2.根据权利要求1所述柔性太阳能电池板，其特征在于电池面元最大宽度不大于弯曲 曲率半径毫米量纲级。
3.根据权利要求1所述柔性太阳能电池板，其特征在于柔性基材为织物或非织物布。
4.根据权利要求3所述柔性太阳能电池板，其特征在于织物或非织物布为导电布。
5.根据权利要求1所述柔性太阳能电池板，其特征在于相邻电池面元间隔填充有柔塑 性填充物。
6.根据权利要求1所述柔性太阳能电池板，其特征在于柔性基材有上下二面，其中至 少上面为透光柔性基材。
7.根据权利要求6所述柔性太阳能电池板，其特征在于上下面柔性基材间抽真空。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述柔性太阳能电池板，其特征在于电池板上下两 面粘贴有至少上层为透明的柔性保护膜。
9.根据权利要求8所述柔性太阳能电池板，其特征在于电池面元透光面上有会聚透^Mi ο
10.根据权利要求9所述柔性太阳能电池板，其特征在于会聚透镜为聚合物模制透镜 阵列。
11.柔性太阳能电池板制备方法，包括采用经高温制备在硬质基底或晶硅基底上的太 阳能电池片相邻间隔粘贴于柔性基底，以及将粘贴电池片按要求输出电流/电压电连接， 其特征在于粘贴电池片是制成电池片切割而成，且切割最大宽度尺寸不大于设计最小弯曲 曲率半径。
12.根据权利要求11所述柔性太阳能电池板制备方法，其特征在于粘贴电池片用柔性 基底为织物或非织物布。
13.根据权利要求11或12所述柔性太阳能电池板制备方法，其特征在于切割粘贴电池 片为圆形、方形、正多边形。
全文摘要
本发明是对柔性太阳能电池板的改进，其特征是将切割最大宽度不大于设计最小弯曲曲率半径的电池面元，粘贴在柔性软基底，特别是弯折后具有完全恢复能力的柔性材料。能够制造所要求最小弯曲半径的柔性太阳能电池板，并在不小于要求弯曲曲率半径范围内可以任意无定向弯曲，且可折叠，达到真正意义上的柔性。所得柔性太阳能电池板，既具有高转换效率，可以达到或接近同类高温生长在硬质基底或晶硅基底太阳能电池高转换效率，而整个电池面板又具有很好柔软弯曲性，最小弯曲、弯折可以做到在毫米级量纲范围内，可以满足小曲率半径弯曲，并且可以适应机械化粘贴生产，具有很高的生产效率。
文档编号H01L31/042GK102044580SQ20101053858
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者谢历铭, 陆惠宗 申请人:无锡迈福光学科技有限公司