太阳能电池及其制造方法技术

在包括设置在柔性基片１１上并由非单晶硅薄膜叠层构成的光电转换层１４的太阳能电池中，柔性基片１１具有２．０ｐｐｍ／℃至１０．０ｐｐｍ／℃的热性热膨胀系数。这时，柔性基片１１与光电转换层１４的线性热膨胀系数可互相很接近，从而减小了制造步骤中和制造步骤后的翘曲和变形。还有，由于也减小了施于光电转换层１４的应力，所以，能够提高光电转换效率。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括设置在柔性基片上且由非单晶硅薄膜叠层构成的光电转换层的柔性太阳能电池。人们一直在大力开发太阳能电池作为促进节能的电力资源。在太阳能电池中，包括主要由如无定形薄膜、微晶薄膜和多晶薄膜等非单晶硅薄膜叠层构成的光电转换层的太阳能电池，具有可以用低成本制造的特征。人们知道主要利用无定形硅薄膜作为光电转换层和利用柔性基片形成的柔性太阳能电池。由于柔性太阳能电池重量轻，且可自由弯曲，人们可以想到所述太阳能电池裰于布料、帐篷等的应用。作为用于柔性太阳能电池的具有柔性的基片，除PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二酯)、聚酰亚胺、PES(聚酯硫化物)等的树脂基片外，还使用不锈钢金属基片。不锈钢基片具有这样的优点可以用低成本获得其诸如抗拉强度的强度比树脂基片的大的基片。然而，当使用不锈钢基片时，已有这样的情况在制造步骤中引起变形，或制造后柔性太阳能电池向基片侧翘曲、以致很难裰于平面区域，这样的太阳能电池作为商品不具吸引力。本专利技术的一个目的在于在通过在基片上提供非单晶硅薄膜构成的太阳能电池中，通过减小在制造太阳能电池的步骤之间和之后引起的变形和翘曲，改善太阳能电池的平面性。为达到上述目的，按照本专利技术的一个方面，太阳能电池包括设置在柔性基片之上且由非单晶硅薄膜叠层构成的的光电转换层，其中，柔性基片的线性热膨胀系数为百万分之2．0／℃(2．0ppm／℃)至百万分之10．0／℃(10．0ppm／℃)。按照本专利技术的另一方面，太阳能电池包括设置在柔性基片之上且由非单晶硅薄膜叠层构成的光电转换层，其中，柔性基片由铁镍合金制成，而合金的镍含量为30重量百分比(wt％)至50重量百分比(wt％)。按照本专利技术的另一方面，太阳能电池包括设置在柔性基片之上且由非单晶硅薄膜叠层构成的光电转换层，其中，柔性基片由铁镍合金制成，柔性基片的线性热膨胀系数为2．0ppm／℃至10．0ppm／℃，而合金的镍含量为30wt％至50wt％。合金的镍含量最好为31wt％至41wt％。按照本专利技术的另一方面，太阳能电池包括设置在柔性基片之上且由非单晶硅薄膜叠层构成的光电转换层，其中，柔性基片由铁镍合金制成，控制合金的镍含量，使得施于光电转换层上的张力变小。本申请者发现在包括由非单晶硅薄膜构成的光电转换层的柔性太阳性电池中，如果使用了具有线性热膨胀系数为2．0ppm／℃至10．0ppm／℃(20℃)，最好为2．0ppm／℃至5．0ppm／℃(20℃)的基片，可大大减小制造后的翘曲和变形。还有，本申请者发现当使用此类基片时，所制造的柔性太阳能电池的光电转换效率比使用树酯基片或不锈钢基片的传统柔性太阳能电池提高几个百分点。下面将考虑这些发现。首先，在构成太阳能电池的光电转换层的非单晶硅薄膜层中，由于薄膜中晶体成分的比例高，而薄膜的的氢含量低，所以，薄膜的线性热膨胀系数接近单晶硅(体积(bulk))的线性热膨胀系数(2．3ppm／℃至2．6ppm／℃(20℃))。可以指望，构成太阳能电池的光电转换层的非单晶硅薄膜的实际的线性热膨胀系数为(2．5ppm／℃至5ppm／℃(20℃))。这样，比如，如果使用具有2．0ppm／℃至10．0ppm／℃(20℃)的线性热膨胀系数的基片，特别是使用具有比树酯基片或不锈钢基片的线性热膨胀系数小的2．0ppm／℃至5．0ppm／℃(20℃)的线性热膨胀系数的基片，则基片的线性热膨胀系数接近非单晶硅薄膜的系数。结果是，减小了在非单晶硅薄膜制造步骤中，在大约20℃至500℃加热和随后冷却至室温的过程中温度变化引起的变形或翘曲。可以指望，由于难以向非单晶硅薄膜施加应力，所以，获得了原来的光电转换效率。换句话说，可以推测，在传统的树酯、不锈钢等基片等中，由于基片与非单晶硅薄膜层之间的线性热膨胀系数差别很大，所以，向非单晶硅薄膜施加应力而产生晶格缺陷、开裂等，以致光电转换效率降低。按照本专利技术，在包括由非单晶硅薄膜构成的光电转换层的太阳能电池中，有可能获得一种太阳能电池，其中，制造后的变形和翘曲被减小和改善，并且光电转换效率很高。就用于本专利技术的基片材料而言，只要其线性热膨胀系数为2．0ppm／℃至10．0ppm／℃(20℃)，特别是在2．0ppm／℃ 5．0ppm／℃(20℃)，且具有适合于制造太阳能电池的参数特性，可用任何材料。特别是，最好使用铁和镍的合金；铁、镍和钴的合金；主要包含镍的合金；主要包含芳族聚酰胺树酯的材料等。还有，就柔性太阳能电池的基片而言，本专利技术的专利技术者发现如果使用由其中合金的镍含量为30wt％至51wt％，最好为31wt％至41wt％的铁镍合金制成的基片，则在制造步骤中和步骤后引起的柔性太阳能电池的变形和翘曲非常小，从而最有效地提高了光电转换效率。此外，由于可以用相当低的成本获得铁镍合金制成的基片，所以，有可能提供在低成本下具有小的变形和翘曲，且具有高光电转换效率的太阳能电池。按照基片的参数特性，施于柔性太阳能电池的光电转换层的应力不同，且不均匀。这样，如果使用铁镍合金并且控制铁镍合金的镍含量、使得应力最低或最优，则有可能更有效地改善太阳能电池的变形与翘曲，并提高光电转换效率。附图说明图1为显示柔性太阳能电池的结构实施例的视图；图2为显示铁镍合金的镍含量与线性热膨胀系数的变化的曲线图；图3为显示当铁镍合金的镍含量不同时，太阳能电池的光电转换效率的变化比率的模型的曲线图。图1为显示利用本专利技术的太阳能电池的结构的实施例的视图。在图1中，由树酯等制成的绝缘膜12设置在柔性基片11上。下电极13、光电转换层14、透明电极15和保护膜16层叠于所述绝缘膜之上。在光电转换层14中，层叠有非单晶硅膜，使得具有至少一个NIP结。例如，按顺序层叠N层、I层和P层。在图1中，也有可能形成这样的结构，由下电极13、光电转换层14和透明电极15构成的光电转换元件的下电极13连接到相邻光电转换元件的透明电极15，从而形成串联连接，以便提高输出电压。柔性基片11由，比如铁镍合成制成。此基片的线性热膨胀系数为4．0至4．7ppm／℃(30℃至300℃)。柔性基片11的厚度为50μm至300μm，比如100μm。如果使用这种基片，在太阳能电池的制造步骤中或步骤后引起的变形和翘曲被减小和改善，并获得高光电转换效率。接着将对本专利技术的最佳实施例做详细描述。在此实施例中，将描述其中使用主要含有铁和镍的合金制成的基片作为柔性基片的实例。首先，将描述柔性太阳能电池的制造步骤。把聚酰亚胺树脂涂于由铁镍合金(镍含量为40％)制成的并具有100μm的厚度的柔性基片11，以便形成具有200μm厚度的绝缘膜12。此基片的线性热扩展系数约为4．0ppm／℃(30℃至300℃)。通过阴极溅镀的方法，在绝缘层12上形成构成下电极的铝薄膜。此后，按照需要，铝薄膜被形成图案，以形成下电极13。接着，形成光电转换层。这里，利用等离子体化学气相淀积(CVD)方法，分别由无定形硅薄膜制成的N层、I层和P层以此顺序层叠，以形成光电转换层。首先形成N层。薄膜形成气体的流速为SiH4为1至100标准立方厘米／分(sccm)，这里为50sccm；H2为100至1000sccm，这里为500sccm；而PH3为1至50sccm，这里为30sccm。接着形成I本文档来自技高网...

【技术保护点】
包括柔性基片和设置在柔性基片上并由非单晶硅薄膜叠层构成的光电转换层的太阳能电池，其特征在于： 所述柔性基片具有２．０百万分比／℃（ｐｐｍ／℃）至１０．０百万分比／℃（ｐｐｍ／℃）的线性热膨胀系数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1997-5-16 143078/971．包括柔性基片和设置在柔性基片上并由非单晶硅薄膜叠层构成的光电转换层的太阳能电池，其特征在于所述柔性基片具有2．0百万分比／℃(ppm／℃)至10．0百万分比／℃(ppm／℃)的线性热膨胀系数。2．包括柔性基片和设置在柔性基片上并由非单晶硅薄膜叠层构成的光电转换层的太阳能电池，其特征在于所述柔性基片由铁镍合金制成，且其中合金的镍含量为30重量百分比(wt％)至51重量百分比(wt％)。3．包括柔性基片和设置在柔性基片上并由非单晶硅薄膜叠层构成的光电转换层的太阳能电池，其特征在于所述柔性基片由铁镍合金制成，所述柔性基片具有2．0ppm／℃至10．0ppm／℃的线性热膨胀系数，以及所述合金的...

【专利技术属性】
技术研发人员：师冈久雄，栗原克树，三浦贵光，松濑充贵，山田宽，晃井康行，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]