Traitement en cours

Veuillez attendre...

Paramétrages

Paramétrages

Aller à Demande

1. WO2021056962 - CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE À COUCHES MINCES AYANT UN RENDEMENT DE CONVERSION PHOTOÉLECTRIQUE ÉLEVÉ ET SON PROCÉDÉ DE PRÉPARATION

Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

附图

【号】1   【号】2   【号】3   【号】4   【号】5   【号】6  

说明书

发明名称 : 一种光电转换率高的薄膜光伏电池及其制备工艺

技术领域

[0001]
本发明涉及薄膜光伏电池技术领域,更具体地涉及一种光电转换率高的薄膜光伏电池及其制备工艺。

背景技术

[0002]
随着人们对能源的需求越来越高及薄膜光伏电池技术的不断发展,将薄膜光伏电池应用在显示模组(例如可穿戴电子产品)上,利用光转换电的原理给显示模组供电的技术得到越来越广泛的应用。
[0003]
通常薄膜光伏电池包括依次层叠设置的基板、前电极、光伏层和背电极,薄膜光伏电池覆盖在显示模组上且薄膜光伏电池的背电极一侧朝向显示模组设置。显示模组包括中间显示区和围绕显示区的非显示区,所述薄膜光伏电池通常设置在非显示区并覆盖所述非显示区以提高光电转换效率,为了进一步提高光电转换效率,所述显示模组的显示区也可以设置栅格线的形式设置薄膜光伏电池使显示区形成半透明状,然而当利用非透明金属做背电极时,显示区的走线区域为非透明区域,只能在薄膜光伏电池的前电极一侧单侧吸光,且显示模组的光线不能透过背电极,容易与显示屏产生干涉条纹。
[0004]
发明概述

技术问题

[0005]
问题的解决方案

技术解决方案

[0006]
为了解决所述现有技术的不足,本发明提供了一种光电转换率高的薄膜光伏电池及其制备工艺,通过将对应显示模组的显示区的前电极和背电极均设置为透明的,可以在朝向显示模组的一侧和背向显示模组的一侧同时进行双向吸收各种光源(即朝向显示模组的一侧吸收显示模组发出的光,背向显示模组的一侧吸收自然光或者其它光源),特别是在弱光条件下,提高薄膜光伏电池的转换效率。
[0007]
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现:一种光电转换率高的薄膜光伏电池,用于设置在显示模组的显示面一侧为显示模组提供光电转换的电源,其中显示模组包括中间显示区和环绕显示区设置的非显示区,所述薄膜光伏电池包括透明基板和设于所述透明基板上且朝向显示模组布置的光伏单元,设置在显示区的光伏单元包括设于所述透明基板上的透明前电极、设于所述透明前电极上的光吸收层以及设于所述光吸收层上的透明背电极;设置在非显示区的光伏单元包括设于所述透明基板上的透明前电极、设于所述透明前电极上的光吸收层以及设于所述光吸收层上的金属背电极。
[0008]
优选地,所述金属背电极包括透明背电极和设置在透明背电极上的金属层。
[0009]
优选地,所述非显示区的光伏单元还包括透明绝缘层,所述透明绝缘层至少形成在透明背电极的边缘与金属层的边缘之间。
[0010]
优选地,所述透明背电极的厚度在50nm-1000nm之间。
[0011]
优选地,所述光伏单元还设有金属辅助电极,所述金属辅助电极与透明前电极接触连接,且所述金属辅助电极与金属背电极通过透明绝缘层隔开设置。
[0012]
一种上述所述的光电转换率高的薄膜光伏电池的制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:
[0013]
步骤S1:提供一透明基板,将透明基板朝向显示模组的一侧进行显示区和非显示区的透明前电极成膜;
[0014]
步骤S2:在所述透明前电极上进行显示区和非显示区的光吸收层化学气相沉积成膜;
[0015]
步骤S3:在所述光吸收层上进行显示区和非显示区的透明背电极成膜;
[0016]
步骤S4:清洗后依次对透明背电极、光吸收层、透明前电极进行成像刻蚀;
[0017]
步骤S5:对透明绝缘层进行涂胶,曝光显影出图形;
[0018]
步骤S6:在所述透明背电极上进行非显示区的金属层成膜及刻蚀形成金属背电极。
[0019]
优选地,其中步骤S5中所述透明绝缘层至少部分形成在非显示区的所述透明背电极的上表面使金属层的边缘部分通过透明绝缘层与透明背电极的边缘部分隔开。
[0020]
优选地,还包括在步骤S1之前在透明基板上进行金属辅助电极成膜刻蚀的步骤或者在步骤S1与步骤S2之间在透明前电极与透明基板上进行金属辅助电极成膜刻蚀的步骤。
[0021]
优选地,还包括步骤S7:在非显示区的金属背电极上进行保护层的成膜及刻蚀。
[0022]
发明的有益效果

有益效果

[0023]
1、通过将对应显示模组的显示区的前电极和背电极均设置为透明的,可以在朝向显示模组的一侧和背向显示模组的一侧同时进行双向吸收各种光源(即朝向显示模组的一侧吸收显示模组发出的光,背向显示模组的一侧吸收自然光或者其它光源),特别是在弱光条件下,提高薄膜光伏电池的转换效率;
[0024]
2、由于前电极和背电极均为透明的,使得显示区的薄膜光伏电池走线也为透明状,可以提高显示区的透过率,一定程度上还可以减轻干涉条纹对画面的影响,提高显示模组的画面质量。
[0025]
对附图的简要说明

附图说明

[0026]
图1为本发明光电转换率高的薄膜光伏电池应用在显示模组上的平面结构示意图;
[0027]
图2为图1中A-A处的剖视结构示意图(显示区与非显示区均设有薄膜光伏电池的截面);
[0028]
图3为图1中B-B处的剖视结构示意图(非显示区设有薄膜光伏电池,显示区不设有薄膜光伏电池的截面);
[0029]
图4为图1中C-C处的剖视结构示意图(显示区设有薄膜光伏电池的截面);
[0030]
图5为显示模组设置有薄膜光伏电池的光入射的示意图;
[0031]
图6为本发明光电转换率高的薄膜光伏电池制备工艺的流程示意图。
[0032]
发明实施例

本发明的实施方式

[0033]
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0034]
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0035]
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0036]
实施例一
[0037]
结合图1-图5所示,本发明实施例一提供一种光电转换率高的薄膜光伏电池,设置在显示模组的显示面一侧,作为终端产品提供或电池提供有效电源,其中显示模组包括中间显示区和环绕显示区设置的非显示区,所述薄膜光伏电池可以形成在显示模组的显示区,也可以形成在显示模组的非显示区,还可以同时形成在显示模组的显示区和非显示区,当所述薄膜光伏电池形成在显示模组的显示区时,所述薄膜光伏电池可以设置为若干个间隔设置的宽度小于50um的线性形状使得肉眼不可见(图1中显示区的线条仅为了清楚图示,并不代表电池本身的宽度可见),从而不影响人眼观察显示模组的显示区图像。
[0038]
本发明实施例一中所述薄膜光伏电池包括透明基板10和设于所述透明基板10上且朝向显示模组布置的光伏单元,设置在显示区的光伏单元包括设于所述透明基板10上的透明前电极20、设于所述透明前电极20上的光吸收层30以及设于所述光吸收层30上的透明背电极40;设置在非显示区的光伏单元包括设于所述透 明基板10上的透明前电极20、设于所述透明前电极20上的光吸收层30以及设于所述光吸收层30上的金属背电极,该金属背电极的设置使得强光下主要由非显示区的光伏单元起到光电转换作用。
[0039]
本发明实施例一通过将对应显示模组的显示区的前电极和背电极均设置为透明的,可以在朝向显示模组的一侧和背向显示模组的一侧同时进行双向吸收各种光源(即朝向显示模组的一侧吸收显示模组发出的光,背向显示模组的一侧吸收自然光或者其它光源),特别是在弱光条件下,提高薄膜光伏电池的显示区的光电转换效率。
[0040]
另外,相对于现有技术的显示区使用金属背电极,本申请的显示区的前电极和背电极均为透明的,使得显示区的薄膜光伏电池走线也为透明状,可以提高显示区的透过率,相对于非透明走线还可以一定程度上减轻干涉条纹对画面的影响,提高显示模组的画面质量。
[0041]
作为本发明实施例一的进一步改进,由于透明电极的电阻较大,因此所述透明背电极40的厚度在50nm-1000nm之间,使透明背电极40的厚度比传统的金属层厚,在保证光吸收的前提下尽可能降低透明背电极40的电阻,相对提高光伏器件对强光的吸收,提高器件效率。应当理解的是,所述透明背电极40的具体厚度的选择可以根据透明背电极40采用的材质而定,例如当采用ITO的材质时,可以比采用AZO的材质更薄。
[0042]
优选地,所述金属背电极包括透明背电极40和设置在透明背电极40上的金属层50,非显示区与显示区的透明背电极40同时成膜形成,这样可以使制备工艺更加简单方便。所述金属层50可以是Al,Ag,Au,Cu等导电性好的材质。
[0043]
作为本发明实施例的进一步改进,所述薄膜光伏电池还包括透明绝缘层60,所述透明绝缘层60至少形成在透明背电极40的边缘与金属层50的边缘之间,使得金属层50的边缘部分通过透明绝缘层60与透明背电极40的边缘部分隔开,这样金属层50在蚀刻时就不会腐蚀到透明背电极40。
[0044]
所述透明绝缘层60还形成在显示区的透明背电极40上起到保护显示区的光伏单元的作用。
[0045]
当透明绝缘层60采用透明有机物时,可以通过涂胶曝光显影、移印或丝印的方 式制备,工艺更为简单。在显示区的透明绝缘层60主要是保护显示区的光伏单元,在非显示区的透明绝缘层60作用是隔开金属辅助电极80与透明背电极40防止短路以及隔开金属层50与透明背电极40防止透明背电极40被刻蚀。
[0046]
当透明绝缘层60采用透明度较高的SiNx、SiO2等非金属,可通过采用化学气象沉积(CVD)或磁控溅射等方式来成膜,然后利用黄光线曝光做出图形后干刻蚀成图行,在显示区的无光伏走线位置可以干刻掉,提高器件的整体透过率。
[0047]
所述透明前电极20和透明背电极40的材质可以分别为透明金属氧化物,如AZO、ITO、FTO等,也可以是有其他透明导电物质,如碳纳米管、金属纳米线、石墨烯和导电聚合物等。
[0048]
作为本发明实施例的进一步改进,所述非显示区的光伏单元还设有金属辅助电极80,所述金属辅助电极80与透明前电极20接触连接且金属辅助电极80与金属背电极通过透明绝缘层60隔开设置,所述金属辅助电极80用于减少透明前电极20的电阻,提高薄膜光伏电池在强光下的光电转换效率。更优地,所述金属辅助电极80对应设置在非显示区的外围处。优选的,可以将金属辅助电极80与金属层50在透明绝缘层60上通过化学刻蚀的方式达到隔开设置的目的。
[0049]
作为本发明实施例的进一步改进,所述非显示区的光伏单元和显示区的光伏单元的最外层还设有保护层70,所述保护层70可以采用有机物或硬度较强的SiNx或SiO2等非金属物质,非金属保护层可以更好地防止在制备过程中造成划伤等缺陷而影响薄膜光伏电池的性能。
[0050]
本发明实施例一中所述显示模组为圆形形状,显示区和非显示区也为圆形或者圆环形,其可根据实际产品应用而发生形状改变,本申请不作限定。
[0051]
本发明实施例一的薄膜光伏电池可以是单结电池组成,也可以是多结电池串联组成。所述显示区的薄膜光伏电池优选为宽度小于50μm的肉眼不可见的细线状,所述显示区的薄膜光伏电池的走线可以断开地连接在非显示区的薄膜光伏电池上。
[0052]
实施例二
[0053]
如图6所示,本发明实施例二提供一种光转换效率高的薄膜光伏电池的制备工艺,包括以下步骤:
[0054]
步骤S1:提供一透明基板10,将透明基板10朝向显示模组的一侧进行显示区和非显示区的透明前电极20成膜;
[0055]
具体地,所述透明前电极20可以采用AZO、ITO、FTO等材质的一种或组合,也可以是有其他透明导电物质,如碳纳米管、金属纳米线、石墨烯和导电聚合物等,组合使用时,AZO与光吸收层30接触以减少接触电阻,其中AZO的成膜温度为200-350℃,成膜厚度为50nm-1000nm之间;ITO可以采用常温成膜,膜厚为500A-3000A,优选采用235℃及以上的温度,退火以降低ITO电阻,对于AZO可以选择用低浓度HCl或碱性物质制绒形成凹凸不平的平面,以提高太阳能反射光的吸收。
[0056]
步骤S2:在所述透明前电极20上进行显示区和非显示区的光吸收层30化学气相沉积成膜;
[0057]
具体地,所述光吸收层30分为均分为P层、I层和N层,其中P层厚度为10nm-100nm,成膜温度为150℃-280℃,I层200nm-700nm,成膜温度150℃-280℃,N层20nm-150nm,成膜温度150℃-230℃。
[0058]
步骤S3:在所述光吸收层30上进行显示区和非显示区的透明背电极40成膜;
[0059]
具体地,所述透明背电极40可以采用AZO、ITO、FTO等材质的一种或组合,也可以是有其他透明导电物质,如碳纳米管、金属纳米线、石墨烯和导电聚合物等,组合使用时,AZO与光吸收层30接触以减少接触电阻,其中AZO的成膜温度为200-350℃,成膜厚度为50nm-1000nm之间;ITO可以采用常温成膜,膜厚为500A-3000A,优选采用235℃及以上的温度,退火以降低ITO电阻,对于AZO可以选择用低浓度HCl或碱性物质制绒形成凹凸不平的平面,以提高太阳能吸收。
[0060]
步骤S4:清洗后依次对透明背电极40、光吸收层30、透明前电极20进行成像刻蚀;
[0061]
所述透明背电极40和透明前电极20可以采用涂胶曝光成像后进行化学刻蚀;所述光吸收层30可以采用干刻的方式进行刻蚀,可选择使用Cl2/Ar与SF6气体-这里主要是在干刻前不进行光刻胶的脱模处理而直接进行干刻,而节省工艺步骤。
[0062]
步骤S5:对透明绝缘层60进行涂胶,曝光显影出图形,所述透明绝缘层60至少 部分形成在非显示区的所述透明背电极40的上表面,所述透明绝缘层60至少需要使金属层50的边缘部分通过透明绝缘层60与透明背电极40的边缘部分隔开;
[0063]
所述步骤S5中使金属层50与透明背电极40隔开的透明绝缘层60的作用为防止金属层50刻蚀时刻蚀液流至与透明背电极40接触,进而防止刻蚀液腐蚀掉透明背电极40。
[0064]
所述透明绝缘层60还形成在显示区的透明背电极40上起到保护作用。
[0065]
当透明绝缘层60采用透明有机物时,可以通过涂胶曝光显影、移印或丝印的方式制备,工艺更为简单。在显示区的透明绝缘层60主要是保护显示区的光伏单元,在非显示区的透明绝缘层60作用是隔开金属辅助电极80与透明背电极40防止短路以及隔开金属层50与透明背电极40防止透明背电极40被刻蚀。
[0066]
当透明绝缘层60采用透明度较高的SiNx、Si02等非金属,可通过采用化学气象沉积(CVD)或磁控溅射等方式来成膜,然后利用黄光线曝光做出图形后干刻蚀成图行,在显示区的无光伏走线位置可以干刻掉,提高器件的整体透过率。
[0067]
步骤S6:在所述透明背电极40上进行非显示区的金属层50成膜及刻蚀形成金属背电极,其中金属层50延伸至透明绝缘层60的上表面使金属层50的边缘部分通过透明绝缘层60与透明背电极40的边缘部分隔开。
[0068]
所述步骤S6中通过在非显示区的透明背电极40上再制作金属层50形成金属背电极,与现有技术中直接制作金属层50相比,工艺更简单方便,金属层50的设置使得强光下的光电转换效率有效提高。
[0069]
本发明实施例二的制备工艺中通过将对应显示模组的显示区的前电极和背电极均制作为透明的,可以在朝向显示模组的一侧和背向显示模组的一侧同时进行双向吸收各种光源(即朝向显示模组的一侧吸收显示模组发出的光,背向显示模组的一侧吸收自然光或者其它光源),特别是在弱光条件下,提高薄膜光伏电池的转换效率。
[0070]
另外,由于前电极和背电极均为透明的,相对于不透明金属做背电极时,显示区的薄膜光伏电池走线也相对透明状,提高显示区的透过率,还可以减轻干涉条纹对画面的影响,提高显示模组的画面质量。
[0071]
当所述步骤S5中透明绝缘层60采用的透明有机物的硬度相对偏低,所以显示区 的光伏单元的最外层还可以选择SiNx、Si02等非金属作保护层,因此本发明实施例二中还包括步骤S7:在显示区的透明背电极40上以及非显示区的金属背电极上进行保护层的成膜及刻蚀。
[0072]
本发明实施例二中还包括在步骤S1之前在透明基板10上进行金属辅助电极80成膜刻蚀的步骤(所述金属辅助电极80形成在透明前电极20的下表面)或者在步骤S1与步骤S2之间在透明前电极20与透明基板10上进行金属辅助电极80成膜刻蚀的步骤(所述金属辅助电极80形成在透明前电极20的上表面),所述金属辅助电极80的膜层结构可以是第一Mo层、辅助金属层、第二Mo层依次层叠设置在透明基板10上,其中辅助金属层可以采用Al,Ag,Au,Cu等导电性好的材质,第一Mo层可以提高中间辅助金属层与透明基板10的粘附力,第二Mo层可以起到保护作用,所述第二Mo层同样可以使用活性不强的金属,其中所述金属辅助电极80的成膜温度为40℃-230℃,厚度可以是第一Mo层为500A,辅助金属层为2000A-5000A,第二Mo层为500A。
[0073]
本发明实施例二中利用金属辅助电极80连接透明前电极20,有效减少了透明前电极20的电阻,提高效率,同时所述金属层50还在非显示区同时与透明背电极40连接,提高了非显示区在强光下的转换效率,工艺更简单。
[0074]
作为本发明实施例二的进一步改进,所述制备工艺步骤中还分别包括对透明前电极20和透明背电极40制绒以形成凹凸不平的平面的步骤,能增强光的散射能力,增加薄膜光伏电池内部对光的吸收光程,从而提高薄膜光伏电池的短路电流密度,提高器件效率。
[0075]
最后需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制,尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换,而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

权利要求书

[权利要求 1]
一种光电转换率高的薄膜光伏电池,设置在显示模组的显示面一侧,其中显示模组包括中间显示区和环绕显示区设置的非显示区,其特征在于,所述薄膜光伏电池包括透明基板和设于所述透明基板上且朝向显示模组布置的光伏单元,设置在显示区的光伏单元包括设于所述透明基板上的透明前电极、设于所述透明前电极上的光吸收层以及设于所述光吸收层上的透明背电极;设置在非显示区的光伏单元包括设于所述透明基板上的透明前电极、设于所述透明前电极上的光吸收层以及设于所述光吸收层上的金属背电极。
[权利要求 2]
如权利要求1所述的光电转换率高的薄膜光伏电池,其特征在于,所述金属背电极包括透明背电极和设置在透明背电极上的金属层。
[权利要求 3]
如权利要求2所述的光电转换率高的薄膜光伏电池,其特征在于,所述薄膜光伏电池还包括透明绝缘层,所述透明绝缘层至少形成在透明背电极的边缘与金属层的边缘之间。
[权利要求 4]
如权利要求1-3任一项所述的光电转换率高的薄膜光伏电池,其特征在于,所述透明背电极的厚度在50nm-1000nm之间。
[权利要求 5]
如权利要求1所述的光电转换率高的薄膜光伏电池,其特征在于,所述非显示区的光伏单元还设有金属辅助电极,所述金属辅助电极与透明前电极接触连接,且所述金属辅助电极与金属背电极通过透明绝缘层隔开设置。
[权利要求 6]
一种如权利要求1-5任一项所述的光电转换率高的薄膜光伏电池的制备工艺,其特征在于,包括以下步骤: 步骤S1:提供一透明基板,将透明基板朝向显示模组的一侧进行显示区和非显示区的透明前电极成膜; 步骤S2:在所述透明前电极上进行显示区和非显示区的光吸收层化学气相沉积成膜; 步骤S3:在所述光吸收层上进行显示区和非显示区的透明背电极成膜; 步骤S4:清洗后依次对透明背电极、光吸收层、透明前电极进行成像刻蚀; 步骤S5:对透明绝缘层进行涂胶,曝光显影出图形; 步骤S6:在所述透明背电极上进行非显示区的金属层成膜及刻蚀形成金属背电极。
[权利要求 7]
如权利要求6所述的光电转换率高的薄膜光伏电池的制备工艺,其特征在于,其中步骤S5中所述透明绝缘层至少部分形成在非显示区的所述透明背电极的上表面使金属层的边缘部分通过透明绝缘层与透明背电极的边缘部分隔开。
[权利要求 8]
如权利要求6所述的光电转换率高的薄膜光伏电池的制备工艺,其特征在于,还包括在步骤S1之前在透明基板上进行金属辅助电极成膜刻蚀的步骤或者在步骤S1与步骤S2之间在透明前电极与透明基板上进行金属辅助电极成膜刻蚀的步骤。
[权利要求 9]
如权利要求6所述的光电转换率高的薄膜光伏电池的制备工艺,其特征在于,还包括步骤S7:在非显示区的金属背电极上进行保护层的成膜及刻蚀。

附图

[ 图 【号】1]  
[ 图 【号】2]  
[ 图 【号】3]  
[ 图 【号】4]  
[ 图 【号】5]  
[ 图 【号】6]