CN209544360U - 薄膜太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种薄膜太阳能电池，该薄膜太阳能电池在衬底上依次设置背电极层、吸收层、缓冲层以及窗口层，其中，通过隔离柱将窗口层隔断，或隔离柱将窗口层、缓冲层及吸收层隔断，进而可以避免出现崩边的问题，提高了薄膜太阳能电池的使用寿命。

Description

薄膜太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，更具体的说，涉及一种薄膜太阳能电池。

背景技术

随着科学技术的不断发展，越来越多的电子设备被广泛的应用于人们日常生活中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为当今人们不可或缺的重要工具。电能是维持电子设备正常工作的前提条件。随着人类社会的不断进步，各种电子设备对电能的需求也越来越大，能源危机导致的电能短缺是当今人们不得不面对的一个重大难题。

利用太阳能发电是解决能源危机的一个重要发展方向。薄膜太阳能电池由于具有去弱光效应好、温度系数低、便于柔性化、制作成本低、转换效率高、稳定性好以及能源回收周期短等优点，在光电建筑一体化、穿戴装备以及移动能源领域有着广阔的应用前景，成为当今太阳发电领域的一个主要发展方向。

一般的，薄膜太阳能电池包括相对固定的衬底以及盖板，所述衬底朝向盖板的一侧设置电池组件，所述电池组件包括相对设置的顶电极层以及背电极层，以及位于所述顶电极层与所述背电极层之间的光电转换功能层。

现有的薄膜太阳能电池需要通过多次刻划工艺在薄膜太阳能电池内形成刻划线，以将薄膜太阳能电池分离多个电池单元，进而便于实现电池单元之间的电互联。刻划工艺容易导致刻划线位置出现崩边问题，影响薄膜太阳能电池的使用寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种薄膜太阳能电池，通过隔离柱实现薄膜太阳能电池内部层结构的隔断，可以避免出现崩边的问题，进而提高了薄膜太阳能电池的使用寿命。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种薄膜太阳能电池，该薄膜太阳能电池包括：

衬底；

背电极层，该背电极层设置在该衬底的表面上；

吸收层，该吸收层设置在该背电极层上表面；

缓冲层，该缓冲层设置在该吸收层上表面；

窗口层，该窗口层设置在该缓冲层上表面；

隔离柱，该隔离柱为长条状结构，该隔离柱将所述窗口层隔断，或该隔离柱将窗口层、该缓冲层及该吸收层隔断。

优选的，在上述薄膜太阳能电池中，该吸收层具有刻划线，该隔离柱的底端嵌入所述刻划线内，该隔离柱底面与该背电极层上表面紧密接触。

优选的，在上述薄膜太阳能电池中，该隔离柱的顶端高于所述窗口层上表面。

优选的，在上述薄膜太阳能电池中，该隔离柱的断面宽度在由该背电极层指向该窗口层的方向上逐渐增大。

优选的，在上述薄膜太阳能电池中，该隔离柱的断面为倒置的梯形结构。

优选的，在上述薄膜太阳能电池中，该隔离柱断面的侧壁倾角为θ，其范围为20°＜θ＜60°。

优选的，在上述薄膜太阳能电池中，该隔离柱的高度大于3倍的该窗口层厚度。

优选的，在上述薄膜太阳能电池中，该隔离柱有多条，该多条隔离柱将薄膜太阳能电池分隔为多个电池单元。

通过上述描述可知，本实用新型技术方案提供的薄膜太阳能电池中，在衬底上依次设置背电极层、吸收层、缓冲层以及窗口层，其中，隔离柱将窗口层隔断，或该隔离柱将窗口层、缓冲层及吸收层隔断，进而可以避免出现崩边的问题，提高了薄膜太阳能电池的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为机械刻划导致崩边的原理示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种薄膜太阳能电池的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的一种薄膜太阳能电池中隔离柱的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种薄膜太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前，薄膜太阳能电池一般采用CIGS(铜铟镓硒)作为吸收层，进行光电转换，该材料具有较高的光电转换效率，量产技术成熟，已经实现规模化生产和应用。

常规薄膜太阳能电池的制作工艺流程一般需要刻划工艺，以图形化薄膜太阳能电池中各个电池单元以及电极结构，以实现电池单元之间的电连接。

常规薄膜太阳能电池的结构如下：首先是衬底(例如玻璃板)，在其一侧设置有背电极层，背电极层一般为Mo层。Mo层中有通过激光刻划形成的刻划线。在背电极层背离衬底的一侧设置有吸收层，吸收层一般为CIGS层，在吸收层表面设置有缓冲层，缓冲层一般为CdS层。吸收层和缓冲层中有通过激光刻划或是机械刻划形成的刻划线。在吸收层背离背电极层的一侧设置有窗口层，窗口层材料为IZO、或AZO、或IZO与AZO的混合层。在窗口层有通过刻划形成的刻划线，将窗口层对应各个电池单元划分为多个部分。刻划后的窗口层表面设置有顶电极层。在顶电极层上设置有盖板，通常为玻璃板。在盖板表面敷设有胶膜(例如EVA胶膜或是PVB胶膜)，并该表面周缘涂覆有密封胶(例如丁基胶)，继而该表面与衬底设置有电池单元的一侧压合固定在一起。盖板具有光电吸收层，以提高光的吸收，进而提高光电转换效率。该盖板与衬底层压固定的结构上设置有一个固定接线盒，于是构成一个薄膜太阳能电池的成品。

如上述，现有技术制备薄膜太阳能电池的过程中通过激光刻划或机械刻划形成刻划线，其中激光刻划，通过光斑移动和加热使得膜层气化，进而形成刻划线，机械刻划是通过刻针在膜层上移动制作刻划线。一般量产过程中在刻划窗口层时，或在刻划窗口层、缓冲层及吸收层时往往采用机械刻划的方式。量产过程中，CIGS层在真空条件下制备温度往往大于450℃，其膜层是金属硒化物，缓冲层则是通过溶液法或真空镀膜方式制备的硫化物。

而窗口层中AZO和IZO是氧化物，这些材料都是陶瓷类材料，在进行机械刻划时，物理硬接触会导致刻针边缘位置的出现崩边问题，尤其是AZO和IZO这类陶瓷类材料容易在机械刻划过程中出现先崩边问题，如图1所示，图1为机械刻划导致崩边的原理示意图。刻针移动轨迹对应的刻划线21两侧的边缘22出现崩边缺陷，边缘参差不齐。边缘出现崩边问题，不仅影响薄膜太阳能电池的外观和发电性能，长期使用后崩边问题会加剧，更会影响薄膜太阳能电池的使用寿命。激光刻划虽然可以避免崩边问题，但是窗口层一般为熔点较低的导电材料，激光加热气化会导这些材料的融化，进而会导致短路问题，对电池效率以及寿命都有较大的不利影响，且激光刻划设备的成本相对较高，所以对窗口层进行激光刻划不是优化选择。

为解决上述问题，本实用新型实施例技术方案提供了一种薄膜太阳能电池，包括：衬底；背电极层，设置在所述衬底的表面上；吸收层，设置在所述背电极层上表面；缓冲层，设置在所述吸收层上表面；窗口层，设置在所述缓冲层上表面；隔离柱，该隔离柱为长条状结构，且该隔离柱将所述窗口层隔断，或将窗口层、缓冲层及吸收层隔断。

可选的，隔离柱为负性光刻胶隔离柱，可以直接通过传统光刻工艺形成倒梯形结构的隔离柱。

本实用新型实施例所述薄膜太阳能电池中，在衬底上依次设置背电极层、吸收层、缓冲层以及窗口层，其中，通过隔离柱将对应层结构隔断，可以避免出现崩边的问题，进而提高了薄膜太阳能电池的使用寿命。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参考图2，图2为本实用新型实施例提供的一种薄膜太阳能电池的结构示意图，该薄膜太阳能电池包括：衬底31；背电极层32，所述背电极层32设置在所述衬底31的表面上；吸收层33，所述吸收层33设置在所述背电极层32上表面；缓冲层39，所述缓冲层39设置在所述吸收层33上表面；窗口层35，所述窗口层35设置在所述缓冲层39上表面；隔离柱34，所述隔离柱34为长条状结构，所述隔离柱34将窗口层35、所述缓冲层39及所述吸收层33隔断。吸收层33可以为CIGS层，缓冲层39可以为CdS层。

如图2所示，所述吸收层具有刻划线P3，所述隔离柱34的底端嵌入所述刻划线P3内，所述隔离柱34底面与所述背电极层32上表面紧密接触，即二者相对表面抵接。所述隔离柱34的顶端高于所述窗口层35上表面，以通过所述隔离柱34将窗口层35、所述缓冲层39及所述吸收层33隔断。

其中，所述隔离柱34的高度h大于所述吸收层33、所述缓冲层39以及所述窗口层35三者的厚度之和，以通过所述隔离柱34将窗口层35、所述缓冲层39及所述吸收层33隔断。

需要说明的是，本实用新型实施例所述薄膜太阳能电池中，还包括顶电极层、边缘汇流部件以及接线盒等部件，图2中并未示出这些部件，这些部件的具体设置方式以及结构与现有技术相同，本实用新型实施例中不再赘述。

本实用新型实施例所述薄膜太阳能电池中，通过隔离柱34将窗口层35、所述缓冲层39及所述吸收层33进行分割，无需通过机械刻划窗口层35，避免了由于机械刻划导致的窗口层35出现崩边问题，提高了使用寿命，也无需成本较高的激光刻划窗口层，降低了成本，且避免了激光刻划的高温导致的窗口层融合问题。而且，可以通过光刻工艺制备隔离柱34，使得其宽度在10μm左右，相对于传统机械刻划方式，宽度较小，可以减少死区面积，可以提高光电转换效率。

图2所示方式中，背电极层32需要通过单独一次刻划工艺形成刻划线P1，以分离为与电池单元对应的多个电极。吸收层33还需要单独一次刻划工艺形成刻划线P2，以划分各个电池单元的吸收层33。刻划线P2和刻划线P3通过同一次刻划工艺形成。图3中，刻划线P1左边缘到刻划线P3右边缘的区域不能发电，称为死区。死区宽度与刻划线的宽度相关。本实用新型实施例中隔离柱34的高度和宽度均可以控制在10μm左右，而机械刻划和激光刻划形成的刻划线宽度往往在50μm-100μm，所以隔离柱34可以减小死区面积。也就是说，本实用新型实施例中隔离柱34可以通过光刻方式形成，其宽度相对于刻划工艺形成的宽度较小，可以减少死区面积。

所述薄膜太阳能电池还包括盖板36，所述盖板36设置在所述窗口层35背离所述衬底31的一侧。图2所示方式中，所述盖板36通过胶膜37粘接固定在所述窗口层35背离所述衬底31的一侧，且所述盖板36的周缘与所述衬底31的周缘通过密封胶38粘接固定。胶膜37可以为EVA胶膜或是PVB胶膜。

本实用新型实施例中，所述隔离柱34的结构如图3所示，图3为本实用新型实施例中提供的一种薄膜太阳能电池中隔离柱的结构示意图，图3所示隔离柱34为倒置的梯形结构，即所述隔离柱34的断面为倒置的梯形结构，所述隔离柱34的断面宽度在由所述背电极层32指向所述窗口层35的方向上逐渐增大。基于薄膜太阳能电池中封装的电池单元的个数设置隔离柱34的个数为一个或是多个，具有多个隔离柱34时，各个隔离柱34的结构均可以参考图3所示，本实用新型实施例中不再进行一一说明。

一般的，通过真空溅射镀膜工艺形成窗口层35，结合图2和图3所示，形成窗口层35时，在真空溅射镀膜过程中，由于溅射镀膜原子一般从隔离柱34的上方沉积，溅射镀膜方式对于倒梯形结构的隔离柱34的侧壁覆盖性较差，倒梯形结构侧壁往往不能覆盖窗口层35的膜层，故窗口层35在隔离柱34的位置会在溅射镀膜的过程中由于高度差和/或侧壁倾角自动断裂。

如图3所示，所述隔离柱34的侧壁倾角为θ，该倾角θ为隔离柱34的侧壁与底面夹角的互补角。本实用新型实施例中，设置20°＜θ＜60°，例如该倾角θ可以为30°、35°或40°等，该倾角θ较小，可以较好的避免窗口层35的膜层在隔离柱34侧壁附着，使得窗口层35在溅射镀膜过程中较好的自动断裂。

本实用新型实施例中，设置所述隔离柱的高度h大于3倍的所述窗口层35的厚度，各膜层厚度具有一定的标准，设置所述隔离柱34的高度h大于3倍的所述窗口层35的厚度时，可以使得隔离柱34的预设部分高度突出吸收层33之外，以使得缓冲层39和窗口层35自动断裂。一般的，所述隔离柱34的断面宽度L不大于20μm，如断面宽度L可以为10μm；和/或，所述隔离柱34的高度h不大于20μm，如高度h可以为10μm。在如是高度h和断面宽度L数据范围内，使得其高度h和断面宽度L尺寸适中，在较好实现窗口层35膜层自动断裂目的同时，可以避免其断面宽度L和高度h过大导致电池厚度增大以及死区增大的问题。

本实用新型实施例中，所述隔离柱34为负性光刻胶隔离柱。例如，可以通过聚酰亚胺或是酚醛树脂等负性光刻胶制备隔离柱34。这样，通过传统曝光显影的光刻工艺即可以形成倒梯形结构的隔离柱34。这是由于负性光刻胶在光刻过程中，被曝光照射的区域会固化，未曝光照射的区域能够被试剂清洗去除，可以设置对应隔离柱34位置的负性光刻胶被曝光照射，该位置四周区域负性光刻胶靠近顶面位置的曝光强度较大，固化效果好，而靠该位置四周区域近其底面的位置曝光强度变弱，固化效果差，故清洗后，会形成到梯形结构的隔离柱34。

在制备隔离柱34时，可以在吸收层33表面涂覆一层负性光刻胶层，通过掩膜版将负性光刻胶层对应隔离柱34区域暴露，并遮挡其他区域的负性光刻胶层，通过紫外光照射，固化负性光刻胶层对应隔离柱34区域，然后在碱性试剂中将未固化的其他区域的负性光刻胶层去除，最后在纯水中进行清洗去除试剂以及其他杂质。

可选的，所述背电极层32包括金属电极层，例如可以为Mo层。所述窗口层35为导电陶瓷层。窗口层35一般为IZO层，或AZO层，或IZO和AZO形成的混合层，具有较高的阻抗以及透光性能。窗口层35用于降低漏电流，提高开路电压，以提高薄膜太阳能电池的转换效率。

所述隔离柱34具有多条，所述多条隔离柱34将薄膜太阳能电池分隔为多个电池单元。吸收层33具有与刻划线P3同层设置的刻划线P2，以实现不同电池单元的电互联。

本实用新型实施例中，衬底31和盖板36均可以为玻璃板。二者在高温条件下层压固定。与传统制作工艺不同在于，现有薄膜太阳能电池通过需要通过三次刻划工艺实现电池单元之间分离，以便于电池单元之间的电连接，而本实用新型图2所示技术方案中，只需要两次刻划工艺，无需对窗口层25的膜层进行刻划，通过倒梯形结构的隔离柱34实现吸收层33、缓冲层39以及窗口层35的分割隔断。

在图2所示实施例中，背电极层32通过刻划线P1分为多个电极，通过刻划线P2内的窗口层将电池单元电互联。图2所示方式中，隔离柱34将窗口层35、缓冲层39以及吸收层33同时隔断。这些隔离柱34是通过在刻划窗口层时或者在刻划窗口层、吸收层及缓冲层时形成刻划线P2、P3后，在吸收层33背离背电极层32的一侧涂布负性光刻胶，通过上述曝光显影过程在所述刻划线P3的位置而形成的。

其他方式中，还可以如图4所示，图4为本实用新型实施例提供的另一种薄膜太阳能电池的结构示意图，该方式中，隔离柱34将窗口层25隔断。此时，隔离柱34底面与缓冲层39的上表面紧密接触，二者相对表面抵接。隔离柱34的设置位置与图1对应位置正对。

图4所示方式隔离柱34仅隔断窗口层35，此时需要设置隔离柱33的高度大于窗口层35的厚度即可，其形状和侧壁倾角可以参考上述描述，在此不再赘述。

通过上述描述可知，本实用新型实施例所述薄膜太阳能电池通过隔离柱即可以实现窗口层的自动断裂，只需要两次刻划工艺，无需对窗口层单独进行刻划，避免了窗口层出现崩边的问题，提高了使用寿命。而且可以传统光刻工艺形成隔离柱，制作工艺简单，制作成本低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如和等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，所述薄膜太阳能电池包括：

衬底；

背电极层，所述背电极层设置在所述衬底的表面上；

吸收层，所述吸收层设置在所述背电极层上表面；

缓冲层，所述缓冲层设置在所述吸收层上表面；

窗口层，所述窗口层设置在所述缓冲层上表面；

隔离柱，所述隔离柱为长条状结构，所述隔离柱将所述窗口层隔断，或所述隔离柱将窗口层、所述缓冲层及所述吸收层隔断。

2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述吸收层具有刻划线，所述隔离柱的底端嵌入所述刻划线内，所述隔离柱底面与所述背电极层上表面紧密接触。

3.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述隔离柱的顶端高于所述窗口层上表面。

4.根据权利要求1-3之一所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述隔离柱的断面宽度在由所述背电极层指向所述窗口层的方向上逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述隔离柱的断面为倒置的梯形结构。

6.根据权利要求5所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述隔离柱断面的侧壁倾角为θ，其范围为20°＜θ＜60°。

7.根据权利要求1、2、3、5、6之一所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述隔离柱的高度大于3倍的所述窗口层厚度。

8.根据权利要求1-3、5、6之一所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述隔离柱有多条，所述多条隔离柱将薄膜太阳能电池分隔为多个电池单元。

9.根据权利要求4所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述隔离柱有多条，所述多条隔离柱将薄膜太阳能电池分隔为多个电池单元。

10.根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述隔离柱有多条，所述多条隔离柱将薄膜太阳能电池分隔为多个电池单元。