王真真 詹斯琦

摘要：柔性薄膜太阳能电池由于其厚度薄、重量轻，不易破碎、可任意弯曲等优势，在地面和未来的空间应用中具有难以取代的地位，新的无机和有机太阳能吸收材料的研究、新型太阳能电池结构的探索、卷对卷的印刷生产工艺以及喷墨印刷为降低柔性薄膜太阳能电池成本提供了可能。本文通过对专利文献的整理，分析和梳理了目前相关技术的主要研究方向。

关键词：柔性；太阳能电池；光伏

太阳能发电是最重要的可再生能源利用方式之一，其核心组件则是太阳能电池。太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。目前，以光电效应工作的太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的太阳能电池则还处于萌芽阶段。

薄膜太阳能电池，其厚度较薄，降低了对原材料的消耗，并且采用玻璃等相对廉价的衬底材料，因此具有广阔的应用空间和光明的应用前景。薄膜太阳能电池中的柔性电池具有传统的晶体硅太阳能电池不可比拟的优势，由于其本身很薄、重量轻、质量功率比高，电池生产成本低，并且其具有很强的可弯曲程度可以粘附在弯曲表面上，因此在汽车、卫星、建筑等行业得到广泛的应用。

1.1 全球专利技术构成分布

图1.1为全球柔性薄膜太阳能电池的专利申请在技术构成方面的分布，包括对电极、工艺方法、结构、材料和衬底的研究和开发。

1 关于衬底相关技术的分析

关于衬底的专利申请并不到总量的1/5，也就是说只有少量申请是对于衬底的研究和改进。目前柔性薄膜太阳能电池的柔性衬底发展已经比较成熟，主要为不锈钢、玻璃和聚酯膜等，因此关于柔性衬底的研究比较少。

夏普在1983年提出了公开号为JPS6050976的专利申请，提出了一种金属纤维基薄片作为多晶硅薄膜太阳能电池的柔性衬底。日本的富士胶卷在2009年提出了一种铝合金基板作为柔性太阳能电池的衬底（申请号JP2009000058257），该基板形成为在铝合金的表面上具有绝缘性能的氧化物膜，该基板具有优异的绝缘性能和耐电压特性以及高的高温强度，并且可以利用卷对卷工艺使用铝合金基板有效地制备柔性薄膜太阳能电池。

2 关于工艺方法相关技术的分析

其中关于工艺方法方面的研究最多。这主要是因为柔性薄膜太阳能电池对于工艺生产条件有着较高的要求，对于工艺方法方面有着较高的研究和发着空间。

索尼早在1996年提出低成本生产柔性薄膜太阳能电池的方法（JPH08213645），在单晶硅衬底上依次形成多孔硅、p+型硅、p型硅和n+型硅，上面形成顶层覆盖，顶层覆盖和单晶硅衬底分别吸附到两个夹具上，通过往相反方向拉将多晶硅层机械拉断，从而形成柔性太阳能电池元件。SOLOPOWER公司在2010年还提出了一种卷对卷工艺生产太阳能电池中的低电阻导电栅格的方法（US20080018147），选择性地电沉积导电材料到导电层上，沉积不透明的导电材料到其余的导电層上形成导电栅格。

3 关于电极相关技术的分析

电极是整个薄膜太阳能电池中除了吸收层外与电池性能关系最密切的部分，对于电池的改进也受到了申请人较大的关注，对于电池的改进主要围绕透明导电电极的性能改进和背电极的增强散射等方向展开。

日本的株式会社小村技术在2009年提出，将含有金属粒子的导电性墨转印于在透明电极层的背面侧层叠形成有光电转换层的绝缘透光性基板之后，对上述转印的导电性墨进行加热，形成规定图案的背面电极层。南开大学在2010年提出的专利申请CN101820003中提出一种利用对沉积薄膜过程中沉积气氛的有效调控，实现同时具有（0001）结晶相的电荷传输层与结晶相的绒面散射层的双层ZnO薄膜结构。

4 关于材料相关技术的分析

吸收层作为薄膜太阳能电池最核心和最基础的部分，与转换效率的高低有着直接的关系，因此有关吸收层的材料选择始终是最受申请人关注的技术领域，在该领域始终保持着最活跃的的研发热度。

德国拜尔技术服务有限责任公司在2007年提出了一种在光活性层中半导体纳米颗粒被光活性表面活性剂材料包围的太阳能电池（申请号DE2007100009790），来提高电池的光电转换效率。中国电子科技集团公司第十八研究所在2012年公开了一种采用后掺钠制备薄膜太阳电池吸收层的方法（CN102956754），由能够有效提高薄膜太阳电池的电学性能，与目前同类电池比，采用该吸收层制备电池的光电转换效率可提高20%～30%。

5 关于结构相关技术的分析

为了提高薄膜太阳能电池的光电转换效率，通常对结构设计进行改进；而组件与薄膜太阳能电池的产品化关系最为密切，因此也被申请人极为重视。

韩国的周星公司在2009年提出了公开号为KR20100076930的专利申请，在柔性薄膜太阳能电池的基板上设置有包含珠粒和用于固定该珠粒的粘结剂的光散射层，增加了半导体层中太阳光线的路径长度，从而提高了太阳能电池的效率。上海中科高等研究院在2013年提出了一项相关申请CN103151399，公开了一种具有周期性陷光结构的柔性薄膜太阳电池；优点为Al薄膜具有容易用电化学的方法形成周期性结构特点，结合柔性金属衬底良好的机械性能，形成一种机械性能和陷光性能均优异的衬底，用于薄膜太阳电池可以提高太阳电池的效率。

6.结语

柔性薄膜太阳能电池在衬底、工艺、电极、材料、结构等方面经过几十年的技术开发，效率已经极大提升，而对于新材料、新结构和新工艺的研发，占据了柔性薄膜太阳能电池研发的很大位置，并且还在稳步推进着。作为太阳能电池从业者，应重视柔性薄膜太阳能电池在太阳能电池行业所占的重要地位，关注并积极推动柔性薄膜太阳能电池的发展，不断提高柔性薄膜太阳能电池的效率。

参考文献：

[1]李荣荣等.柔性薄膜太阳能电池的研究进展[J].硅酸盐学报，2014，42（7）：878-885.