一种曲面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，具体涉及一种曲面薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、随着太阳能电池的发展，应用于建筑物外立面、汽车外表等场景下的薄膜太阳能电池具有广泛发展前景。薄膜太阳能电池是指在玻璃等衬底结构上沉积碲化镉等半导体薄膜材料来吸收太阳光并转换成电能的一种太阳能电池，目前常见的薄膜太阳能电池中，绝大部分衬底为平面玻璃，但在实际的应用场景存在较大比例的曲面载体，平面衬底的薄膜太阳能电池难以安装，应用受到极大限制。

2、为了使薄膜太阳能电池能够应用于曲面载体，现有技术中通常选用两种方式，一种是依靠机械力强行使基板弯曲的冷弯工艺，将镀完膜并最终制备完成的平面电池直接弯曲成曲面电池，在基板的表面产生高应力容易造成碎片，且由于平面电池基板常用的晶硅、玻璃等属于脆性材料，若衬底较厚，仅凭弯折设备引起的机械应变变形量小，难以实现较小的曲率半径（对应大的变形量），无法满足应用需求；另一种方式是热弯工艺，通过将基板加热至高温使其达到软化点再依靠自重或外界压力实现基板弯曲，易于得到形状合适的曲面电池，但是热弯工艺会对制备在基板上的薄膜材料产生破坏，进而影响电池的发电效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种曲面薄膜太阳能电池及其制备方法，以解决曲面太阳能电池难以兼顾小曲率半径和高发电效率的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种曲面薄膜太阳能电池的制备方法，包括：

3、提供平面的玻璃基板；在玻璃基板上依次制备各膜层，以形成平面薄膜太阳能电池主体结构；对平面薄膜太阳能电池主体结构进行热弯处理，以得到曲面薄膜太阳能电池主体结构；对热弯处理后的曲面薄膜太阳能电池主体结构进行热处理；对热处理后的曲面薄膜太阳能电池主体结构进行掺杂处理，最终形成具备高光电转换效率的曲面薄膜太阳能电池。

4、本发明在保证热弯形成小曲率半径电池主体结构的前提下，将热处理和掺杂工艺置于高温热弯之后，能够有效避免高温热弯过程对电池膜层材料成分的改变和性能的破坏；此外，热处理和掺杂工艺置于高温热弯之后同时能够实现热处理和掺杂工艺的优化，进而提高电池光电转换效率。

5、在一种可选的实施方式中，在玻璃基板上依次制备各膜层包括：

6、在玻璃基板的一侧表面形成透明导电膜层；

7、在透明导电膜层背离玻璃基板的一侧表面形成窗口层；

8、在窗口层背离玻璃基板的一侧表面形成吸收层，吸收层为碲化镉薄膜；

9、在吸收层背离玻璃基板的一侧表面形成背接触层，背接触层为金属氧化物层或金属氮氧化物层；

10、在背接触层背离玻璃基板的一侧表面形成背电极层，背电极层为耐高温金属层。

11、本发明中，透明导电膜层作为更靠近受光面的导电薄膜，起到透光和导电的作用，与作为电池的主体吸光结构的吸收层形成p-n结，实现载流子迁移，保证光电转换性能；背接触层引导光生载流子流向背电极层，降低导电势垒。

12、在一种可选的实施方式中，背接触层和背电极层均为多孔膜层；多孔膜层通过沉积工艺、或掩模板工艺、或选择区域除膜工艺制得。

13、本发明中，背接触层和背电极层为非致密或非连续膜层，以确保后续热处理和掺杂工艺过程中的离子顺利扩散至吸收层并发生反应。

14、在一种可选的实施方式中，对平面薄膜太阳能电池主体结构进行热弯处理，包括：将平面薄膜太阳能电池主体结构置于惰性气氛中；在580℃-630℃的温度下，弯曲处理平面薄膜太阳能电池主体结构，弯曲处理时间为1min-60min；室温下冷却弯曲处理后的曲面薄膜太阳能电池主体结构。

15、本发明中，热弯处理方式可以采用自重热弯、外压热弯和负压热弯三种方式，形成设定曲率半径的曲面薄膜太阳能电池主体结构，通过进一步冷却稳定电池主体结构，便于进行后续工艺处理。

16、在一种可选的实施方式中，对热弯处理后的曲面薄膜太阳能电池主体结构进行热处理，包括：将热弯后的曲面薄膜太阳能电池主体结构置于惰性气氛中；在曲面薄膜太阳能电池主体结构表面喷涂氯化镉溶液或沉积氯化镉薄膜；加热喷涂有氯化镉溶液或沉积有氯化镉薄膜的曲面薄膜太阳能电池主体结构。

17、本发明中，采用氯化镉作热处理介质能够增大吸收层晶粒尺寸、减少缺陷、提高吸收层的空穴载流子浓度。

18、在一种可选的实施方式中，对热处理后的曲面薄膜太阳能电池主体结构进行掺杂处理，包括：将热处理后的曲面薄膜太阳能电池主体结构浸泡于含ib族金属或va族元素的溶液中进行掺杂，溶液浓度为1ppm-1000ppm，浸泡时间为1min-60min；惰性气体吹扫掺杂后的曲面薄膜太阳能电池主体结构；退火处理惰性气体吹扫后的曲面薄膜太阳能电池主体结构，退后处理的温度为200℃-300℃，退火时间为5min-120min。

19、本发明中，采用氯化铜溶液进行掺杂处理，掺杂均匀简单，且氯化铜溶液也能进一步实现氯掺杂，提高吸收层的空穴载流子浓度，保证曲面薄膜太阳能电池的光电转换效率。

20、在一种可选的实施方式中，在玻璃基板上制备透明导电膜层之前还包括：在玻璃基板上制备阻挡层，透明导电膜层形成于阻挡层上。

21、本发明中，阻挡层能够阻挡玻璃基板中的碱金属离子进入吸收层。

22、在一种可选的实施方式中，在玻璃基板上制备吸收层之后，且在制备背接触层之前，还包括：将形成有透明导电膜层、窗口层和吸收层的玻璃基板置于硝酸磷酸混合溶液中浸泡；清洗并干燥浸泡后的形成有透明导电膜层、窗口层和吸收层的玻璃基板。

23、本发明中，酸洗、水洗和干燥的工艺过程能够除去吸收层表面的氧化物、杂质等。

24、在一种可选的实施方式中，玻璃基板为钠钙玻璃、硼硅玻璃、铝硅玻璃、硼铝硅玻璃中的至少一种。

25、本发明中，玻璃基板为超白玻璃，具有优越的物理、机械及光学性能，透光率高，可进行各种深加工。

26、第二方面，本发明提供了一种曲面薄膜太阳能电池，由上述的曲面薄膜太阳能电池的制备方法制得。曲面薄膜太阳能电池具有刚性衬底和小曲率半径无折痕的光滑表面，无接缝处死区面积，吸收层晶粒颗粒完整均匀，具有良好的光电转换能力，有效保证曲面电池的发电效率。

技术特征：

1.一种曲面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的曲面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述玻璃基板上依次制备各膜层包括：

3.根据权利要求2所述的曲面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述背接触层和背电极层均为多孔膜层；

4.根据权利要求1所述的曲面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述对所述平面薄膜太阳能电池主体结构进行热弯处理，包括：

5.根据权利要求1所述的曲面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述对热弯处理后的曲面薄膜太阳能电池主体结构进行热处理，包括：

6.根据权利要求1所述的曲面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述对热处理后的曲面薄膜太阳能电池主体结构进行掺杂处理，包括：

7.根据权利要求2所述的曲面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述玻璃基板上制备所述透明导电膜层之前还包括：

8.根据权利要求2所述的曲面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述玻璃基板上制备吸收层之后，且在制备所述背接触层之前，还包括：

9.根据权利要求1-8任一项所述的曲面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述玻璃基板为钠钙玻璃、硼硅玻璃、铝硅玻璃、硼铝硅玻璃中的至少一种。

10.一种曲面薄膜太阳能电池，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的曲面薄膜太阳能电池的制备方法制得。

技术总结
本发明涉及太阳能电池技术领域，公开了一种曲面薄膜太阳能电池及其制备方法，方法包括：提供平面的玻璃基板；在玻璃基板上依次制备各膜层，以形成平面薄膜太阳能电池主体结构；对平面薄膜太阳能电池主体结构进行热弯处理，以得到曲面薄膜太阳能电池主体结构；对热弯处理后的曲面薄膜太阳能电池主体结构进行热处理；对热处理后的曲面薄膜太阳能电池主体结构进行掺杂处理，最终形成具备高光电转换效率的曲面薄膜太阳能电池。本发明在保证热弯形成小曲率半径电池主体结构的前提下，将热处理和掺杂工艺置于高温热弯之后，有效避免高温热弯过程对电池膜层材料成分的改变和性能的破坏，还能够实现热处理和掺杂工艺的优化，进而提高电池光电转换效率。

技术研发人员：周洁,胡安红,赵冉,胡海平,吴选之
受保护的技术使用者：龙焱能源科技（杭州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17