可剪拼式的薄膜太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种可剪拼式的薄膜太阳能电池，电池采用聚酰亚胺做为柔性衬底材料，聚酰亚胺薄膜耐高温，不含有机溶剂，难熔，耐燃，还有极好的耐辐照性、尺寸稳定性、优良的拉伸断裂以及重量轻等机械性能，电池具有可卷曲、折叠、裁剪的物理特点，和极高的重量比功率。电池采用了“SCAF”(在薄膜基板上形成穿孔串联)这一独创性串联结构，具有太阳电池单体能按单元自由切断的特点，不仅在尺寸上，而且在输出电压从数伏到数百伏的广范围内，均能灵活设计。充分发挥这些特点，可以开发出具有重量轻、可卷绕特点的可携带电源。

【技术实现步骤摘要】
可剪拼式的薄膜太阳能电池
本专利技术涉及一种薄膜太阳能电池，特别涉及一种可剪拼式的薄膜太阳能电池。
技术介绍
光伏行业正逐步走向技术多元化，晶硅、薄膜、聚光技术的博弈不再局限于成本的比拼，各技术可以在各自的优势应用领域上拓展市场空间。要满足未来巨大的电力与能源需求，同时使成本足够低廉，硅基薄膜电池技术无疑是真正有希望的发展方向，而微晶硅、多晶硅薄膜太阳电池的产业化技术尚远不成熟，因此目前非晶硅薄膜太阳电池是最佳的发展方向，柔性非晶硅薄膜太阳电池无疑也是柔性电池中目前最佳的发展方向。和单晶硅太阳能电池，薄膜太阳能电池还存在着一些缺点。一是寿命短，在光的不断照射下会发生所谓Staebler-Wronski效应，光电转化效率会下降到原来的25％，这本质上正是非晶硅中有太多的以悬键为代表的缺陷，致使结构不稳定；二是光电转化效率比较低，单晶硅太阳能电池，单体效率为15％-20％，而柔性基体非晶硅太阳电池组件(约1000平方厘米)的效率为10-13％，相同的输出电量所需太阳能电池面积增加。薄膜太阳能电池对于对太阳能电池占地面积要求不高的场合尤其适用，如农村和西部地区。我国目前尚有约上万个村庄、上千万人万农村人口还没有用上电，很多有电县乡严重缺电，薄膜太阳能电池已迎米新的发展机遇。在未来市场中，薄膜太阳能电池所占的比重将会不断增加，薄膜太阳能电池的研发将继续提速。未来光伏建筑一体化(BIPV)的推广以及国家扶持太阳能电池发展的政策陆续出台，将推动我国薄膜太阳能电池新一轮的高速发展。随着能源问题的日益突出，近年来太阳电池光伏发电技术发展迅猛。聚合物衬底柔性薄膜太阳电池凭借其耗材少、成本低、可卷曲(柔性)、重量比功率高、轻便等特点成为当前太阳电池研究领域的热点。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种可剪拼式的薄膜太阳能电池。可剪拼式的薄膜太阳能电池采用聚酰亚胺做为柔性衬底材料，聚酰亚胺薄膜耐高温，不含有机溶剂，难熔，耐燃，还具有极好的耐辐照性、尺寸稳定性以及优良的拉伸断裂等机械性能。非晶硅薄膜太阳电池的有效电池器件层的厚度在微米数量级，这赋予了非晶硅薄膜层较大的韧性和挠度，不同于体硅材料易碎裂的特点，非晶硅薄膜适度的弯曲并不会给电池性能带来太大影响。因此将非晶硅薄膜沉积于聚酰亚胺薄膜的衬底材料上，电池就具备了能够弯曲乃至折叠的优良特性，具有可卷曲、折叠、裁剪的物理特点。由于电池采用聚酰亚胺做为柔性衬底材料，衬底材料重量轻，大大提高了单位电池质量产生的功率，具有极高的重量比功率。利用这一特性可将电池应用于许多需要轻负载高功率的使用场合。相比之下，体硅电池，玻璃衬底薄膜非晶硅太阳电池虽然目前转化率较高，但产生单位功率所需要的电池的重量却大得多。可剪拼式的薄膜太阳能电池采用了“SCAF”(在薄膜基板上形成穿孔串联)这一独创性串联结构，具有太阳电池单体能按单体自由剪断的特点。利用这一特点，不仅在尺寸上，而且在输出电压从数伏到数百伏的广范围内，均能灵活设计。充分发挥这一特点，可以开发出可卷绕特点的携带电源。电池采用串联结构，电池单体的结构如图1所示。薄膜基板采用聚酰亚胺做为衬底材料；薄膜基板的一面是由透明电极、非晶硅(α-Si)层、金属电极形成的薄膜器件；而薄膜基板的另一面则形成背面电极。薄膜基板的两个面各自由激光制作布线(patterningline)并分离。单体电池的串联连接，采用了集电孔和串联孔两类连接孔。此外，在薄膜器件的表面，全面覆盖着一层树脂薄膜，以防止表面受损。与通常的发电用途相比，在工业和民用产品用途上低照度的发电性能非常重要。这是由于卷绕式和便携式产品大都是在日照条件相对恶劣的环境下使用的，在阴天时也要求一定程度的发电性能。在1KW/m2照度下薄膜太阳能电池和晶硅太阳能电池发电效率降低，在0.1～0.2KW/m2的照度区薄膜太阳能电池发电性能比晶硅太阳能电池提高10％左右。可剪拼式的薄膜太阳能电池在以电池单体为基本应用并结合客户的需求，充分发挥重量轻、可卷曲、灵活度高这些特点，开发具有重量轻、可卷绕特点的独特产品。产品可以用在农村和西部地区对占地面积要求不高而且用电匮乏的区域；同时运用于工业产品领域，如太阳能飞机、太阳能汽车；进一步广泛地应用于民用场所和民用产品，如太阳能服装、睡袋、手表、计算器、窗帘，以及建筑物楼顶和墙面。可剪拼式的薄膜太阳能电池因其制备工艺相对简单，材料相对便宜，具备低成本优势，可以规模化生产，具有很大的产业化能力。附图说明图1为电池单体结构图。图中：1-单元电池单体；2-透明电极；3-非晶硅层；4-金属电极；5-薄膜基板；6-背面电极；7-制作布线线路；8-集电孔；9-串联连接孔。图2为电池模块再构成图。图中：10、10W电池单体；11、5W电池单体；12、10W电池模块。具体实施方式太阳能电池可以开发成2.5W和10W的单体电池，也可以根据需要开发其它规格的单体电池。表1：太阳能电池单体的参数基于以上单体电池设计，太阳能电池具有能够自由的再构成电压这一难能可贵的特点，可以自由的构成新的模块，组合成大电压的太阳能电池，而且是一种可剪拼式太阳能电池单元，组合灵活，剪拼方便，能够满足多种应用场所的需要。模块再构成如图2。首先，电池中1个串联单体电池的电压为1.17V，根据用途的需要，决定太阳电池单体的串联数。其次，沿着背面电板将电池单体剪断，此时剪断后的电池单体串联段数为n，背面电极数为m，则n＝m-1。剪断后的电池单体按照需要采用导电性线带并联连接，用树脂密封，由此形成模块。表2给出10W电池单体与可剪拼式太阳电池单元的10W模块的比较，通过对比发现，可剪拼式电池模块相对于标准电池单体，是再次构成的低电压、大电流型的电池组件。表2：电池单体与模块结构对比名称10W单体10W模块结构30串联x2并联15串联x4并联额定最大功率(W)10.1210.12额定负载电压(V)35.117.55额定负载电流(A)0.2880.576短路电流(A)0.3790.758开路电压(V)47.823.9由于剪断和导电带配线等一连串模块化作业，可从背面电极侧进行，因此，实现模块化结构具有很强的操作性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可剪拼式的薄膜太阳能电池，包括透明电极、非晶硅层、金属电极、薄膜基板、背面电极、制作布线线路、集电孔、串联连接孔，其特征在于：薄膜基板采用聚酰亚胺做为衬底材料；薄膜基板的一面是由透明电极、非晶硅(α‑Si)层、金属电极形成的薄膜器件；而薄膜基板的另一面则形成背面电极。各自由激光制作布线(patterning line)并分离。

【技术特征摘要】
1.一种可剪拼式的薄膜太阳能电池，包括透明电极、非晶硅层、金属电极、薄膜基板、背面电极、制作布线线路、集电孔、串联连接孔，其特征在于：薄膜基板采用聚酰亚胺做为衬底材料，非晶硅薄膜沉积于聚酰亚胺薄膜的衬底材料上；薄膜基板的一面是由透明电极、非晶硅(α-Si)层、金属电极形成的薄膜器件；而薄膜基板的另一面则形成背面电极；薄膜基板的两个面各自由激光制作布线(patterningline)并分离；电池具有能够自由的再构成电压的特点，能按单体自由剪断，可以自由的构成新...

【专利技术属性】
技术研发人员：王予山，苗星，黄林浩，许海涛，
申请(专利权)人：郑州塞恩电气有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41