一种双面透光的柔性薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双面透光的柔性薄膜太阳能电池及其制备方法，包括以下步骤：(1)在金属箔的正面制备石墨烯薄膜；(2)在石墨烯薄膜表面制备太阳能电池薄膜；(3)在太阳能电池薄膜表面和金属箔的背面均涂覆光刻胶；(4)用掩膜版覆盖金属箔背面的光刻胶，然后对金属箔背面的光刻胶进行曝光、显影，使金属箔的背面部分暴露；(5)从金属箔的背面进行刻蚀，除去暴露部分的金属箔，使金属箔具有若干通孔；(6)除去所有的光刻胶，得到双面透光的柔性薄膜太阳能电池。本发明专利技术在不需要对太阳能电池进行转移的情况下直接制备得到双面透光的柔性薄膜太阳能电池，双面透光可以提高光的吸收效果，提高光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种双面透光的柔性薄膜太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及一种双面透光的柔性薄膜太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池

技术介绍
薄膜太阳能电池的一大优势是可以制备在各种柔性衬底上，获得柔性太阳能电池。柔性薄膜太阳能电池质量轻、可弯曲、可折叠，可按附着物的形状进行铺设，其应用场景更为灵活，因此在建筑物，移动能源、便携式能源等领域均有广阔的商业化前景。目前，柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池大多制备在塑料(如PI聚酰亚胺)或金属箔(不锈钢等)衬底上。塑料衬底耐温低，难以达到铜铟镓硒半导体吸收层的最佳工艺温度。当使用金属箔尤其是不锈钢衬底时，在铜铟镓硒高温沉积工艺中，衬底中的金属杂质元素会扩散进入电池膜层，损害电池性能。石墨烯薄膜是由碳原子密堆积的六角蜂窝状结构，同时也是一种透明导电薄膜。专利CN201810401318.9、专利CN201810401317.4和专利CN201110422209.3中，使用石墨烯薄膜作为铜铟镓硒光伏电池的前电极(窗口层)以替代传统的AZO(掺铝氧化锌)。专利CN201110418886.8中，使用石墨烯薄膜作为铜铟镓硒光伏电池的背电极以替代传统的钼层。专利CN201110422208.9中，石墨烯薄膜作为栅电极以替代传统的Ni/Al格栅。在以上技术专利技术中，均是通过多次转移的方法将生长在金属基底上的石墨烯薄膜放置于衬底或电池表面，利用了石墨烯薄膜透明导电的性能特点，但是转移工艺繁杂且转移媒介会残留在电池中。为了提高铜铟镓硒薄膜太阳电池对光的利用率，研究者们有用透明导电ITO或AZO代替铜铟镓硒电池的背电极钼层，也有用石墨烯薄膜代替背电极钼层，目的都是利用电池的两面透光性，增加电池对光的吸收量，提高转化效率。ITO或AZO的问题是高温下会与铜铟镓硒层发生反应。目前研究者使用石墨烯薄膜代替背电极钼层都是通过多次转移的方式实现的，多次转移的问题是工艺繁杂，转移媒介会污染电池，转移过程会造成石墨烯薄膜破裂和损伤。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，在柔性薄膜太阳能电池中，由于柔性衬底通常不透光，很难实现双面透光；柔性衬底通常也不耐高温，很难满足薄膜太阳能电池的制备工艺要求；通过先制备太阳能电池，然后将电池转移到透明的衬底上的方法，可能会对电池造成污染和损伤。本专利技术为解决上述技术问题，提供一种双面透光的柔性薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)在金属箔的正面制备石墨烯薄膜；(2)在石墨烯薄膜表面制备太阳能电池薄膜；(3)在太阳能电池薄膜表面和金属箔的背面均涂覆光刻胶；(4)用掩膜版覆盖金属箔背面的光刻胶，然后对金属箔背面的光刻胶进行曝光、显影，使金属箔的背面部分暴露；(5)从金属箔的背面进行刻蚀，除去暴露部分的金属箔，使金属箔具有若干通孔；(6)除去所有的光刻胶，得到双面透光的柔性薄膜太阳能电池。本专利技术同时利用石墨烯薄膜原子密堆积的结构特性和透明导电的性能特点，直接以石墨烯/金属箔体系做为光伏电池的衬底和背电极。石墨烯/金属箔体系作为衬底时，石墨烯薄膜阻挡衬底金属元素扩散进入电池。石墨烯/金属箔体系作为背电极时，将金属箔局域定点刻蚀成孔洞结构而保留孔洞内与太阳能电池薄膜紧密接触的石墨烯薄膜以保持导电，同时实现背面透光。因此，本专利技术将石墨烯/金属箔体系作为衬底可以最终获得双面透光柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池。步骤(2)中，在石墨烯薄膜表面制备的太阳能电池薄膜包括了太阳能电池的光吸收层，同时可以包括缓冲层、窗口层等，可以是完整的太阳能电池薄膜。步骤(5)中，使金属箔具有若干通孔。通孔是指金属箔上的这些孔洞为贯穿的，太阳光可以从通孔处穿过，直接照射到石墨烯薄膜。优选地，步骤(1)中，在金属箔的正面和背面均制备石墨烯薄膜，然后在步骤(3)金属箔的背面涂覆光刻胶之前除去金属箔背面的石墨烯薄膜。优选地，步骤(1)中，将金属箔抛光后，以甲烷和氢气作为反应气体，进行化学气相沉积，得到沉积有石墨烯薄膜的金属箔。优选地，所述石墨烯薄膜为1-3层石墨烯。优选地，所述金属箔的厚度为10-25μm。优选地，所述金属箔为铜箔。优选地，步骤(5)中，使用三氯化铁溶液对铜箔进行刻蚀。优选地，三氯化铁溶液的浓度为0.08-0.12mol/L。优选地，步骤(3)中，所述光刻胶为PMMA光刻胶，优选地，光刻胶的厚度为0.5-1.5μm，更优选为0.9-1.1μm。本专利技术还提供一种双面透光的柔性薄膜太阳能电池，包括衬底和衬底表面的太阳能电池薄膜；所述衬底包括金属箔和位于金属箔表面的石墨烯薄膜，所述金属箔具有若干通孔，使太阳光可以从金属箔的背面通过通孔直接照射到石墨烯薄膜；所述太阳能电池薄膜位于石墨烯薄膜的表面。优选地，所述孔洞由金属箔经刻蚀后得到。优选地，所述孔洞的孔径为5μm至100μm。优选地，所述孔洞的总面积占太阳能电池薄膜的面积的10-50％。优选地，所述太阳能电池薄膜为铜铟镓硒太阳能电池薄膜、碲化镉太阳能电池薄膜或非晶硅太阳能电池薄膜。优选地，所述铜铟镓硒太阳能电池薄膜从下至上依次为：铜铟镓硒光吸收层、缓冲层和窗口层。优选地，所述铜铟镓硒太阳能电池薄膜从下至上依次为：铜铟镓硒光吸收层、硫化镉缓冲层、本征氧化锌层和掺铝氧化锌窗口层；更优选地，铜铟镓硒半导体光吸收层的厚度为1-2μm；缓冲层的厚度为30-70nm，本征氧化锌层的厚度为30-70nm，掺铝氧化锌窗口层的厚度为600-1000nm。优选地，在窗口层上布置汇流条，在汇流条上焊接导线作为引出负极；在金属箔上焊接导线作为引出正极。下面以铜铟镓硒薄膜太阳能电池对本专利技术的某些较佳的技术方案进行进一步说明：步骤一：用化学气相沉积(CVD)方法在金属箔基底上生长制备石墨烯薄膜，所述金属箔为铜箔、镍铜箔或镍箔，所述金属箔厚度通常为10μm-25μm。所述石墨烯薄膜为1-3层，且完全覆盖金属箔的所有表面。所述石墨烯薄膜层数增加时，其透光性下降。为确保更多的光能透过石墨烯薄膜，层数不宜超过3层。所述石墨烯薄膜在1000℃以上的高温下生长于金属箔表面，与金属箔之间有很强的结合力。所述石墨烯薄膜在高温下化学性质稳定。如需将所述石墨烯薄膜与金属箔基底分离时，只能采取将金属箔刻蚀除去的方法。步骤二：以上述石墨烯/金属箔为衬底，从下至上依次制备铜铟镓硒光吸收层、硫化镉(CdS)缓冲层、本征氧化锌(i-ZnO)层和掺铝氧化锌(AZO)窗口层。在某些实施方案中，所述铜铟镓硒膜层用共蒸发沉积的方法制备于石墨烯薄膜表面，工艺温度为600℃至700℃，厚度为1.5μm至2μm。所述石墨烯薄膜和金属箔在1000℃以上性质稳定。所述石墨烯薄膜的致密碳原子密堆积结构阻止金属元素的扩散。所述CdS缓冲层用CBD(化学浴沉积)方法制备，厚度为50nm。所述本征氧化锌膜层通过磁控溅射方法制备，厚度为50nm。所述AZO透明导电窗口层用磁控溅射方法制备，厚度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双面透光的柔性薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在金属箔的正面制备石墨烯薄膜；/n(2)在石墨烯薄膜表面制备太阳能电池薄膜；/n(3)在太阳能电池薄膜表面和金属箔的背面均涂覆光刻胶；/n(4)用掩膜版覆盖金属箔背面的光刻胶，然后对金属箔背面的光刻胶进行曝光、显影，使金属箔的背面部分暴露；/n(5)从金属箔的背面进行刻蚀，除去暴露部分的金属箔，使金属箔具有若干通孔；/n(6)除去所有的光刻胶，得到双面透光的柔性薄膜太阳能电池。/n

【技术特征摘要】
1.一种双面透光的柔性薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在金属箔的正面制备石墨烯薄膜；
(2)在石墨烯薄膜表面制备太阳能电池薄膜；
(3)在太阳能电池薄膜表面和金属箔的背面均涂覆光刻胶；
(4)用掩膜版覆盖金属箔背面的光刻胶，然后对金属箔背面的光刻胶进行曝光、显影，使金属箔的背面部分暴露；
(5)从金属箔的背面进行刻蚀，除去暴露部分的金属箔，使金属箔具有若干通孔；
(6)除去所有的光刻胶，得到双面透光的柔性薄膜太阳能电池。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在金属箔的正面和背面均制备石墨烯薄膜，然后在步骤(3)金属箔的背面涂覆光刻胶之前除去金属箔背面的石墨烯薄膜。


3.根据权利要求1-2任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将金属箔抛光后，以甲烷和氢气作为反应气体，进行化学气相沉积，得到沉积有石墨烯薄膜的金属箔；优选地，所述石墨烯薄膜为1-3层石墨烯。


4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述金属箔的厚度为10-25μm；和/或，所述金属箔为铜箔，步骤(5)中，使用三氯化铁溶液对铜箔进行刻蚀，优选地，所述三氯化铁溶液的浓度为0.08-0.12mol/L。


5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述光刻胶为PMMA光刻胶，和/或，光刻胶的厚度为0.5-1.5μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：党文辉，赵剑，何敏，喻善均，
申请(专利权)人：重庆神华薄膜太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50