薄膜太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

工业革命的发展给人类社会带来福祉的同时也引发并加剧了人与自然之间的矛盾。一方面，人类对大自然毫无节制的索取导致能源短缺问题日益严重，长此以往，我们将置子孙后代于资源枯竭、无能源可用的尴尬境地；另一方面，石油、煤等石化能源的大量使用导致生态环境急剧恶化，水、空气渐渐都蜕变成了毒水、毒气，侵蚀了人类维持生存所不可或缺的物质基础：代际公平和人类的永续发展成为当今世界不得不共同面对并付出实际努力以解决的问题。

发展绿色替代能源，尤其是发展太阳能电池，是解决上述问题的有效途径。

太阳能电池是利用半导体材料的光生伏特效应(即光伏效应)将太阳辐射能直接转换为电能，是一种廉价、清洁、高效、无污染的“绿色”新型能源。其中铜铟镓硒(简称cigs)薄膜太阳能电池由于具有制造成本低、性能稳定、抗辐射能力强、光谱响应范围宽、光电转换效率高等优点，被国际公认是下一代最有前景的太阳能电池。

现有技术中，cigs薄膜太阳能电池典型结构为：衬底玻璃，mo背电极，cigs吸收层，cds缓冲层，本征zno和azo窗口层，ni-al栅电极，mgf2减反层，完成电池组制备后需要在上面再通过eva贴合保护玻璃，即cigs太阳能电池至少包括两片玻璃基板。

然而，在某些应用领域中，要求太阳能电池组件轻薄化。例如，在太阳能电池组件与建筑相结合的应用(光伏建筑一体化，简称bipv)领域要求太阳能电池组件轻薄化，实现太阳能组件轻薄化有利于加快建筑技术和光伏技术的进一步结合，促进光伏建筑一体化的快速发展。

在保持太阳能电池光电转换效率的前提下，实现太阳能电池的轻薄化是太阳能电池技术领域一个亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术问题，本发明提供一种薄膜太阳能电池及其制备方法，在保持太阳能电池光电转换效率的前提下，能实现太阳能电池组件的轻薄化。

为达到上述技术效果，本发明提供的技术方案如下。

一种薄膜太阳能电池，包括依次叠合的基板、光吸收层、缓冲层、窗口层和上电极层，所述光吸收层位于所述基板一侧，所述缓冲层位于所述光吸收层远离所述基板的一侧，所述窗口层位于所述缓冲层远离所述光吸收层的一侧，所述上电极层位于所述窗口层远离所述缓冲层的一侧，所述薄膜太阳能电池还包括一第一凹槽和一第一绝缘块，所述第一凹槽是通过使用激光对沉积有所述光吸收层、所述缓冲层和所述窗口层的所述基板进行刻划，通过以细线形式去除所述所述光吸收层的一部分、所述缓冲层的一部分和所述窗口层的一部分来进行构图所形成的图案，所述绝缘块设置于所述第一凹槽内，太阳光从所述基板远离所述光吸收层的一侧进入所述薄膜太阳能电池。

本发明较佳实施例中，所述薄膜太阳能电池还包括一第二凹槽，所述第二凹槽是通过使用刻针或激光对沉积有所述光吸收层、所述缓冲层和所述窗口层的所述基板进行刻划，通过以所述第一凹槽为参考位置偏移规定量，以细线形式去除所述缓冲层的一部分和所述窗口层的一部分来进行构图所形成的图案，所述上电极层填入所述第二凹槽内。

本发明较佳实施例中，所述薄膜太阳能电池还包括一第三凹槽，所述第三凹槽是指通过使用刻针或激光对沉积完所述上电极层的所述基板进行刻划，通过以所述第一凹槽或所述第二凹槽为参考位置偏移规定量，以细线形式去除所述缓冲层的一部分、所述窗口层的一部分和所述上电极层的一部分来进行构图所形成的图案。

本发明较佳实施例中，所述薄膜太阳能电池还包括一保护层，所述保护层设置于所述上电极层远离所述光吸收层的一侧。

本发明较佳实施例中，所述保护层为金属氧化物或金属氮氧化物。

本发明较佳实施例中，所述薄膜太阳能电池还包括一减反射膜层，所述减反膜层设置于所述上电极层远离所述光吸收层的一侧。

本发明实施例还提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

准备基板；

在基板上形成光吸收层；

在所述光吸收层远离所述基板的一侧形成缓冲层；

在所述缓冲层远离所述光吸收层的一侧形成窗口层；

通过使用激光对沉积有所述光吸收层、所述缓冲层和所述窗口层的所述基板进行刻划，通过以细线形式去除所述所述光吸收层的一部分、所述缓冲层的一部分和所述窗口层的一部分来进行构图，形成一第一凹槽；

在所述第一凹槽内设置所述绝缘块；

在所述窗口层远离所述缓冲层的一侧形成上电极层。

本发明较佳实施例中，所述薄膜太阳能电池的制备方法还包括以下步骤：

在所述第一凹槽内设置所述绝缘块之后，通过使用刻针或激光对沉积有所述光吸收层、所述缓冲层和所述窗口层的所述基板进行刻划，通过以所述第一凹槽为参考位置偏移规定量，以细线形式去除所述缓冲层的一部分和所述窗口层的一部分来进行构图形成所述第二凹槽。

本发明较佳实施例中，所述薄膜太阳能电池的制备方法还包括以下步骤：

在形成所述第二凹槽之后，通过使用刻针或激光对沉积完所述上电极层的所述基板进行刻划，通过以所述第一凹槽或所述第二凹槽为参考位置偏移规定量，以细线形式去除所述缓冲层的一部分、所述窗口层的一部分和所述上电极层的一部分来进行构图形成所述第三凹槽。

本发明较佳实施例中，所述薄膜太阳能电池的制备方法还包括以下步骤：

在所述窗口层远离所述缓冲层的一侧形成所述上电极层之后，于所述上电极层远离所述光吸收层的一侧形成一保护层，于所述上电极层远离所述光吸收层的一侧形成一减反射膜层。

本发明较佳实施例提供的薄膜太阳能电池及其制备方法，相对于现有技术，一方面省掉了一块基板，减小了薄膜太阳能电池的重量，实现了太阳能电池组件的轻薄化；另一方面，省掉了背电极层，太阳光通过基板后直接进入光吸收层，提高了光的利用率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明较佳实施例提供的薄膜太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

为说明本发明实施例提供的薄膜太阳能电池及其制备方法，以下结合说明书附图及文字说明进行详细阐述。

参考图1，图1为本发明较佳实施例提供的薄膜太阳能电池的结构示意图。本发明较佳实施例提供的薄膜太阳能电池，包括依次叠合的基板10、光吸收层20、缓冲层30、窗口层40和上电极层50，所述光吸收层20位于所述基板10一侧，所述缓冲层30位于所述光吸收层20远离所述基板10的一侧，所述窗口层40位于所述缓冲层30远离所述光吸收层20的一侧，所述上电极层50位于所述窗口层40远离所述缓冲层30的一侧，所述薄膜太阳能电池还包括一第一凹槽81和一第一绝缘块90，所述第一凹槽81是通过使用激光对沉积有所述光吸收层20、所述缓冲层30和所述窗口层40的所述基板10进行刻划，通过以细线形式去除所述所述光吸收层20的一部分、所述缓冲层30的一部分和所述窗口层40的一部分来进行构图所形成的图案，所述绝缘块90设置于所述第一凹槽81内，太阳光从所述基板10远离所述光吸收层20的一侧进入所述薄膜太阳能电池。

本发明较佳实施例中，所述薄膜太阳能电池还包括一第二凹槽82，所述第二凹槽82是通过使用刻针或激光对沉积有所述光吸收层20、所述缓冲层30和所述窗口层40的所述基板10进行刻划，通过以所述第一凹槽81为参考位置偏移规定量，以细线形式去除所述缓冲层30的一部分和所述窗口层40的一部分来进行构图所形成的图案，所述上电极层50填入所述第二凹槽82内。

本发明较佳实施例中，所述薄膜太阳能电池还包括一第三凹槽83，所述第三凹槽83是指通过使用刻针或激光对沉积完所述上电极层50的所述基板10进行刻划，通过以所述第一凹槽81或所述第二凹槽82为参考位置偏移规定量，以细线形式去除所述缓冲层30的一部分、所述窗口层40的一部分和所述上电极层50的一部分来进行构图所形成的图案。

所述基板10的材质可以是聚酰亚胺，也可以是pmma，还可以是其他透明基材。优选地，本发明较佳实施例中，所述基板10的材质为玻璃。

所述光吸收层20可以是cu-in-se、cu-in-s、cu-ga-se、cu-ga-s、cu-in-ga-se、cu-in-ga-se-(s，se)、cu-in-al-ga-(s，se)、cu-in-al-ga-se-s的cis或cigs类化合物中的一种，也可以是czts，还可以是其他具有通过吸收太阳光能量而形成电子-空穴对进而产生电能的化合物。优选地，本发明较佳实施例中，所述吸收层是cu-in-al-ga-se-s的cis或cigs类化合物中的一种。

所述缓冲层30的材质可以是cds、cdzns、zns、zn(s,o)、zn(oh，s)、zns(o,oh)、znse、znins、zninse、znmgo、zn(se，oh)、znsno、zno、inse、inoh、in(oh，s)、in(ooh，s)、in(s,o)中的一种，也可以是由其中的两种或多种相互掺杂形成的混合物。

本发明较佳实施例中，所述窗口层40的材质为i-zno。

所述上电极层50的材质可以是氧化锌、氧化镓、氧化铝、氧化铅、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化铜、氧化铁、二氧化锡中的一种，也可以是由这几种氧化物中的两种或多种相互掺杂形成的混合物。优选地，本发明较佳实施例中，所述背电极层的材质为氧化铟锡。

在本发明的一些实施例中，所述薄膜太阳能电池还可以包括一保护层，所述保护层设置在所述上电极层50上，所述保护层为金属氧化物或金属氮氧化物。

在本发明的一些实施例中，所述薄膜太阳能电池还可以包括减反射膜层，所述减反射膜层设置在所述上电极层50上。所述减反射膜可由一层或多层组成；减反射膜层可由一层氟化镁组成，或由折射率大于1.80的第一材料层和折射率小于1.70的第二材料层组成，或者由其他适用于减反射膜层的材料组成。

本发明还提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

s1：准备基板10；

s2：在基板10上形成光吸收层20；

s3：在所述光吸收层20远离所述基板10的一侧形成缓冲层30；

s4：在所述缓冲层30远离所述光吸收层20的一侧形成窗口层40；

s5：通过使用激光对沉积有所述光吸收层20、所述缓冲层30和所述窗口层40的所述基板10进行刻划，通过以细线形式去除所述所述光吸收层20的一部分、所述缓冲层30的一部分和所述窗口层40的一部分来进行构图，形成一第一凹槽81；

s6：在所述第一凹槽81内设置所述绝缘块90；

s7：在所述窗口层40远离所述缓冲层30的一侧形成上电极层50。

本发明较佳实施例中，薄膜太阳能电池的制备方法还包括以下步骤：

s61：在所述第一凹槽81内设置所述绝缘块90之后，通过使用刻针或激光对沉积有所述光吸收层20、所述缓冲层30和所述窗口层40的所述基板10进行刻划，通过以所述第一凹槽81为参考位置偏移规定量，以细线形式去除所述缓冲层30的一部分和所述窗口层40的一部分来进行构图形成所述第二凹槽82。

本发明较佳实施例中，薄膜太阳能电池的制备方法还包括以下步骤：

s62：在形成所述第二凹槽82之后，通过使用刻针或激光对沉积完所述上电极层50的所述基板10进行刻划，通过以所述第一凹槽81或所述第二凹槽82为参考位置偏移规定量，以细线形式去除所述缓冲层30的一部分、所述窗口层40的一部分和所述上电极层50的一部分来进行构图形成所述第三凹槽83。

本发明较佳实施例中，薄膜太阳能电池的制备方法还包括以下步骤：

s71：在所述窗口层40远离所述缓冲层30的一侧形成所述上电极层50之后，于所述上电极层50远离所述光吸收层20的一侧形成一保护层。

本发明较佳实施例中，薄膜太阳能电池的制备方法还包括以下步骤：

s71：在所述窗口层40远离所述缓冲层30的一侧形成所述上电极层50之后，于所述上电极层50远离所述光吸收层20的一侧形成一减反射膜层。

本发明较佳实施例提供的薄膜太阳能电池及其制备方法，相对于现有技术，一方面省掉了一块基板，减小了薄膜太阳能电池的重量，实现了太阳能电池组件的轻薄化；另一方面，省掉了背电极层，太阳光通过基板后直接进入光吸收层，提高了光的利用率。

以上为本发明提供的薄膜太阳能电池及其制备方法的较佳实施例，并不能理解为对本发明权利保护范围的限制，本领域的技术人员应知晓，在不脱离本发明构思的前提下，还可做多种改进或替换，所有的改进或替换都应在本发明的权利保护范围内，即本发明的权利保护范围应以权利要求为准。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。