專利名稱：太陽能電池組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池組件，特別涉及一種可以改變形狀的太陽能電池組件。
背景技術：
太陽能電池主要應用的是光電轉換原理，其結構主要包括基板以及設置在基板上的P型 半導體材料層和N型半導體材料層。
光電轉換是指太陽的輻射能光子通過半導體物質轉變為電能的過程(請參見"Grown junction GaAs solar cell" ，Shen， C. C. ; Pearson, G丄；Proceedings of the IEEE: Volume 64， Issue 3， March 1976 Page (s) : 384-385)。當太陽光照射到半導體上時，其中 一部分被表面反射掉，其余部分被半導體吸收或透過。被吸收的光，有一些變成熱能，另一 些光子則同組成半導體的原子價電子碰撞，于是產生電子-空穴對。這樣，光能就以產生電 子-空穴對的形式轉變為電能，并在P型和N型交界面兩邊形成勢壘電場，將電子驅向N區， 空穴驅向P區，從而使得N區有過剩的電子，P區有過剩的空穴，在P-N結附近形成與勢壘 電場方向相反的光生電場。光生電場的一部分除抵消勢壘電場外，還使P型層帶正電，N型 層帶負電，在N區與P區之間的薄層產生所謂光生伏打電動勢。若分別在P型層和N型層焊上 金屬引線，接通負載，則外電路便有電流通過。如此形成的一個個電池元件，把它們串聯、 并聯起來，就能產生一定的電壓和電流，輸出功率。
近年來，太陽能電池已經廣泛應用于航天、工業、氣象等領域，如何將太陽能電池應用 于日常生活中，以解決能源短缺、環境污染等問題已成為一個熱點問題。這其中，太陽能建 筑將太陽能電池與建筑材料相結合，使得未來的大型建筑或家庭房屋實現電力自給，是未 來一大發展方向，德國、美國等國家更提出光伏屋頂計劃。
然而， 一般的太陽能電池的基板都采用單晶硅、多晶硅或玻璃等材料，以這些材料為基 板的太陽能電池大多只能以一個固定的方向接收太陽的輻射，這樣會有很大一部分的輻射能 因不能被太陽能電池接收而浪費掉。

發明內容
有鑒于此，提供一種可改變形狀的太陽能電池組件實為必要。
一種太陽能電池組件，包括一個可撓曲太陽能電池，該可撓曲太陽能電池包括用于接收 太陽輻射能的第一表面，及與該第一表面相對的第二表面。 一形狀記憶體合金層貼附于該第
二表面，以使該可撓曲太陽能電池隨該形狀記憶體合金層的形狀變化而改變形狀。
相對于現有技術，本發明提供的太陽能電池組件可以根據太陽能的輻射強度改變太陽能
電池的形狀，使其能夠接收更多的太陽輻射能，提高光電轉換效率。


圖l是本發明第一實施例的太陽能電池組件的結構示意圖。
圖2是圖1所示太陽能電池組件中可撓曲太陽能電池的結構示意圖。
圖3是本發明第二實施例的太陽能電池組件的結構示意圖。
圖4是本發明第三實施例的太陽能電池組件的結構示意圖。
圖5是本發明第四實施例的太陽能電池組件的結構示意圖。
具體實施例方式
請參見圖l，本發明第一實施例提供一種太陽能電池組件l，該太陽能電池組件l包括一 可撓曲太陽能電池IO。該可撓曲太陽能電池10包括用于接收太陽輻射能的第一表面100，以 及與該第一表面100相對的第二表面101 。該第二表面101上形成有一形狀記憶體合金層 15(Shape Memory Alloys layer, SMA layer)。
請參見圖2，該可撓曲太陽能電池lO包括一個基板ll，該基板11具有第一表面110及第二 表面IOI。該基板11的第一表面110上依次形成有第一電極層12，半導體結構層13，及與第一 電極層12極性相反的第二電極層14。
在本實施例中，該基板11是可撓曲的鋁鎂合金箔(A1-Mg alloy foil),該基板的厚度大 約在10ym至100ym之間。該基板11的材料還可以是鋁(A1)，鎂(Mg)，不銹鋼片(stainless steel sheet),或聚合物薄板(polymer sheet)等可撓曲的材料。
該第一電極層12形成在該基板11的第一表面110上。該第一電極層12的材料可以是銀 (Ag)、銅(Cu)、或鋁(A1)等金屬，也可以是鋁銅合金(A1-Cu alloy),銅鉬合金(Cu-Mo alloy)等合金材料。該第一電極層的厚度大約在O. lum至10um之間。該第一電極層12可以 采用濺射(sputtering)或者沉積(d印ositing)的方法形成，優選采用直流磁控濺射法(DC magnetron sputtering)形成。
該半導體結構層13可以為三層結構，其包括一P型半導體層131、 一N型半導體層133、以 及位于P型半導體層132與N型半導體層133之間的P-N結層132。
該P型半導體層131的材料可以是P型非晶硅(P type amorphous silicon,簡稱P-a-Si) 材料，特別是P型含氫非晶硅(P type amorphous silicon with hydrogen,簡稱P-a-Si:H) 材料。當然，該P型半導體層的材料也可以是III-V族化合物或II-VI族化合物，特別是摻雜
鋁(A1)、鉀(Ga)、銦(In)的半導體材料，如氮化鋁鉀(AlGaN)或鋁砷化鎵(AlGaAs)。該P型半 導體層131可以通過化學氣相沉積法(Chemical Vapor D印osition， CVD)形成在第一電極層 12上，在本實施例中，優選采用等離子輔助化學氣相沉積法(Plasma Enhanced CVD， PECVD)，當然根據不同的材料也可以選擇其它CVD方法。
優選的，該P型半導體層131的材料為P型非晶硅材料。非晶硅材料對光的吸收性比結晶 硅材料強約500倍，所以在對光子吸收量要求相同的情況下，非晶硅材料制成的半導體層的 厚度遠小于結晶硅材料制成的半導體層的厚度。且非晶硅材料對基板材質的要求更低。所以 采用非晶硅材料不僅可以節省大量的材料，也使得制作大面積的太陽能電池成為可能(結晶 硅太陽能電池的面積受限于硅晶圓的尺寸)。
該P-N結層132的材料可以是結合性較好的III-V族化合物或I -III-VI族化合物，如碲化 鎘(CdTe)、銅銦硒(CuInSe2)等材料。也可以是銅銦鎵硒(CuIni-XGaSe2， CIGS)。該P-N結層 132用于將光子轉換成電子-孔穴對并形成勢壘電場。該P-N結層132可以通過化學氣相沉積法 ，濺射法等方法形成在該P型半導體層131上，優選采用直流磁控濺射法或交流濺射直控法 (AC magnetron sputtering)形成。
該N型半導體層133的材料可以是N型非晶硅(N type amorphous silicon,簡稱N-a-Si) 材料，特別是N型含氫非晶硅(N type amorphous silicon with hydrogen,簡稱N-a-Si:H) 材料。當然，該N型半導體層133的材料也可以是III-V族化合物或II-VI族化合物，特別是摻 雜氮(N)、磷(P)、砷(As)的半導體材料，如氮化鉀(GaN)或磷化銦鎵(InGaP)。該N型半導體 層133優選采用CVD方法形成在該P-N結層132上。
可以理解的是，所述半導體結構層13也可為兩層結構，該兩層磊晶結構由一P型半導體 層131和一N型半導體層133組成。
該第二電極層14形成在N型半導體層133上，其包括一透明導電層141及一與該透明導電 層141電接觸的金屬導電層142 。
所述透明導電層141形成在N型半導體層133上，其與N型半導體層133形成歐姆接觸 (ohmic contact)。所述透明導電層133的材料為透明的金屬氧化物或金屬摻雜氧化物，如銦 錫氧化物(Indium Tin 0xides， IT0)、氧化鋅(Zn0)、氧化錫(Sn02)、銦摻雜一氧化錫 (Sn0: In)、錫摻雜三氧化二鎵(Ga203: Sn)、錫摻雜銀銦氧化物(Agln02: Sn)、銦錫氧化物 (In203:Sn)、鋅摻雜三氧化二銦(In203:Zn)、銻摻雜二氧化錫(Sn02:Sb)、或鋁摻雜氧化鋅 (Zn0:Al)等。透明導電層141的光吸收系數小，可以讓更多的太陽光通過。可以理解的是， 也可以在透明導電層141進一步形成一層增透膜來提高太陽光的利用率。該透明導電層141可
以采用濺射、低壓化學氣相沉積法或高壓化學氣相沉積法形成。
所述金屬導電層142形成(例如沉積)在透明導電層141的遠離N型半導體層133的一側，其 一般為梳狀結構。所述金屬導電層142通常是由非透光的金屬或金屬合金材料制成的。
該形狀記憶體合金層15通過粘膠等方式緊密貼附在該太陽能電池10基板11的第二表面 101。該形狀記憶體合金層15的材料可以是具有單程形狀記憶效應的形狀記憶體合金材料， 也可以是具有雙程形狀記憶效應的形狀記憶體合金材料，或者具有全程形狀記憶效應的形狀 記憶體合金材料。該形狀記憶體合金材料可以選自Ti-Ni合金，銅基形狀記憶體合金(如 Cu-Zn-Al合金、Cu-Zn-Ca合金、Cu-Al-Ni合金、Cu-Al-Be合金、Cu-Al-Be合金、Cu-Al-Mu合 金、Cu-Zn-Si合金、Cu-Al-Te合金等)，或鐵基形狀記憶體合金(如Fe-Pt合金、Fe-Pd合金、 Fe-Cr-Ni合金、Fe-Ni-C合金、Fe-Mn合金、Fe-33Ni-lOCo-4Ti合金、Fe-32Mn-6Si合金、 Fe-28Mn-6Si-5Cr合金、Fe-Cr-Ni-Co-Mn-Si合金、Fe-Cr-Ni-Mn-Si合金)等。
在貼附形狀記憶體合金層15以前首先要對該形狀記憶體合金層15進行訓練使其進行一定 的塑性變形，這樣當對形狀記憶體合金層15加熱到一定溫度時，該形狀記憶體合金層15會發 生馬式體相變又恢復到原來形狀(母相)。可以采用通電加熱也可以采用熱傳導的方式對該形 狀記憶體合金層15加熱。在本實施例中，該形狀記憶體合金層15是單層的，具有單一的馬式 體相變情況。由于該太陽能電池10是可撓曲的，因此，當該形狀記憶體合金層15發生形變時 ，該太陽能電池10也會隨之發生相同的形變。
本實施例中，形狀記憶體合金層15的材料可以選擇單晶態的形狀記憶體合金材料。采用 單晶態的形狀記憶體合金材料不需要對該形狀記憶體合金層進行訓練，通過通電加熱控制該 形狀記憶體合金層15的橫向伸縮即可以改變該太陽能電池10的形狀。
請參見圖3，本發明第二實施例提供一種太陽能電池組件2，該太陽能電池組件2包括一 可撓曲太陽能電池20。該可撓曲太陽能電池20包括用于接收太陽輻射能的第一表面200，以 及與該第一表面200相對的第二表面201 。該第二表面201上形成有一形狀記憶體合金層 25(Shape Memory Alloys layer, SMA layer)。該太陽能電池組件2的結構與第一實施例中 的太陽能電池組件l的結構基本相同，其區別在于該形狀記憶體合金層25是由多層不同類型 的形狀記憶體合金材料形成的形狀記憶體合金薄膜層250， 251， 252堆疊而成的。同樣，在貼 附形狀記憶體合金層25之前，首先要對不同的形狀記憶體合金薄膜層分別進行訓練。由于不 同形狀記憶體合金材料具有不同的馬氏體相變點，因此當將該形狀記憶體合金層25加熱到不 同的溫度，該形狀記憶體合金層25也會呈現不同的形狀，這樣太陽能電池20也會隨之呈現不 同的形狀。本實施例中，以三層結構的形狀記憶體合金層為例，當然，該形狀記憶體合金層
25也可以是其它多層結構的，層數越多，該形狀記憶體合金層25所能呈現的形狀就越多。
請參閱圖4，本發明第三實施例提供一種太陽能電池組件3，該太陽能電池組件3包括一 可撓曲太陽能電池30。該可撓曲太陽能電池30包括用于接收太陽輻射能的第一表面300，以 及與該第一表面300相對的第二表面301。該第一表面300上設置有光輻射探測器31，該第二 表面301上形成有一形狀記憶體合金層35。該太陽能電池組件3進一步包括一個閉環控制電路 32，該閉環控制電路32的輸入端322電連接至該光輻射探測器31，該閉環控制電路32的輸出 端323電連接至該形狀記憶體合金層35。該閉環控制電路32根據該光輻射探測器31探測到的 光強控制該形狀記憶體合金層35發生形變，從而使得太陽能電池30發生形變。
該光輻射探測器31可以為光熱式光輻射探測器，光電式光輻射探測器，或光壓式光輻射 探測器。本實施例中優選光電式光輻射探測器，可以將光輻射直接轉換成電流或電壓，探測 的響應時間短，靈敏度高。
在本實施例中，該形狀記憶體合金層35為單層結構，其材料優選為具雙程形狀記憶效應 的形狀記憶體合金材料。具雙程形狀記憶效應的形狀記憶體合金材料經過一定的處理和訓練 后，在隨后的加熱和冷卻循環中，既能記憶高溫狀態母相的形狀，又對低溫狀態的形狀(馬 氏體)具有記憶。采用這種具雙程形狀記憶效應的形狀記憶體合金材料可以保證當加熱和冷 卻時，形狀記憶體合金層35可以利用馬式體可逆相變、循環地進行彈性能的儲存和釋放，引 起可逆的形狀變化。
在本實施例中，該閉環控制電路32包括一個比較單元320及一個控制單元321。該比較單 元320用于比較該光輻射探測器31探測的太陽輻射強度I與某一特定強度Io的大小，該特定強 度Io存儲在該比較單元320中。該形狀記憶體合金層35被訓練具有母相和馬式體兩種形狀。 通過控制對形狀記憶體合金層35的加熱溫度來改變形狀記憶體合金層35的形狀。當比較單元 320判斷出光輻射探測器31探測到太陽輻射強度I小于某一特定強度Io時，形狀記憶體合金層 35保持在馬氏體；當比較單元320判斷出光輻射探測器31探測到的太陽輻射強度I大于某一特 定強度Io時，該比較單元320輸出一個控制信號至該控制單元321，該控制單元321根據該信 號供給形狀記憶體合金層35—定的電流強度，使該形狀記憶體合金層35達到并超過其馬氏體 相變點的溫度，在此情況下，形狀記憶體合金層35恢復到母相的形狀；當比較單元320判斷 出光輻射探測器31探測到的太陽輻射強度I再一次小于某一特定強度Io時，該控制單元321減 小供給形狀記憶體合金層35的電路強度，使該形狀記憶體合金層35的受熱溫度減小到其馬氏 體相變點溫度以下，這樣該形狀記憶體合金層35又呈現馬氏體形狀。該特定強度Io的選擇可 以根據當地的日照周期和日照強度進行合理的選擇。假如某地區夏天一天24小時內從10點鐘
至16點鐘(AM 10:00-PM 16 :00)的日照強度都是比較強的，且10點及16點的日照強度相差不 多，那么可以選取這兩個時刻光輻射探測器31探測到的光輻射強度Io為特定強度。由于10點 至16點這個時間段太陽的輻射較強，且太陽的光照與太陽能電池30之間的夾角較小，太陽能 電池30保持相對平展的形狀就會接收較多的太陽輻射能；而其它時間段的日照強度都比較弱 ，太陽能電池30就需要適當的彎曲才能接收到更多的太陽能，太陽能電池30的形狀可以為球 面也可以為自由曲面，可以根據該太陽能電池本身的大小以及當地的經緯度通過計算機的模 擬軟件來計算出太陽能電池能夠接收最多太陽輻射能的形狀。
請參見圖5，本發明第四實施例提供一種太陽能電池組件4，該太陽能電池組件4包括一 可撓曲太陽能電池40。該可撓曲太陽能電池40包括用于接收太陽輻射能的第一表面400，以 及與該第一表面400相對的第二表面401。該第一表面400上設置有光輻射探測器41，該第二 表面401上形成有一形狀記憶體合金層45。該太陽能電池組件4進一步包括一個閉環控制電路 42，該閉環控制電路42的輸入端422電連接至該光輻射探測器41，該閉環控制電路42的輸出 端423電連接至該形狀記憶體合金層45。該閉環控制電路42根據該光輻射探測器41探測到的 光強控制該形狀記憶體合金層45發生形變，從而使得太陽能電池40發生形變。該太陽能電池 組件4的結構與第三實施例中的太陽能電池組件3的結構基本相同，其區別在于該形狀記憶體 合金層45是由多層不同類型的形狀記憶體合金材料形成的形狀記憶體合金薄膜層 450，451，452堆疊而成的。在貼附形狀記憶體合金層45之前，首先要對不同的形狀記憶體合 金薄膜分別進行訓練。由于不同形狀記憶體合金材料具有不同的馬氏體相變點，因此當將該 形狀記憶體合金層45加熱到不同的溫度，該形狀記憶體合金層45也會呈現不同的形狀，這樣 太陽能電池40也會隨之呈現不同的形狀。
該閉環控制電路42包括一個比較單元420及一個控制單元421 ，該閉環控制電路具有多個 輸出端423，該多個輸出端423分別電連接至該多個形狀記憶體合金薄膜層450， 451， 452。該 比較單元420用于比較該光輻射探測器42探測的太陽輻射強度I與若干個特定強度h、 12 的 大小，該若干個特定強度Ii、 12…存儲在該比較單元420中。與第三實施例不同的是，本實 施例可以針對不同時間段設定若干個特定強度，每兩個相鄰的特定輻射強度段對應一個形狀 記憶體合金薄膜層450， 451， 452對應的馬氏體相變溫度。當比較單元420判斷出光輻射探測器 41探測到太陽輻射強度I介于某相鄰兩個特定強度^與l2之間時，輸出一個控制信號至該控 制單元421，該控制單元421根據該信號供給形狀記憶體合金層45—定的電流強度，使該形狀 記憶體合金層45達到并超過該強度段所對應的馬氏體相變點的溫度，在此情況下，形狀記憶 體合金層45中對應的形狀記憶體合金薄膜層會恢復到其母相的形狀。隨著太陽輻射強度I的
改變，控制單元421供給形狀記憶體合金層45的電流強度也會發生改變，這樣形狀記憶體合 金層45會呈現不同的形狀。
相對于現有技術，本發明提供的太陽能電池組件可以根據太陽能的輻射強度控制太陽能 電池的形狀，使其能夠接收更多的太陽輻射能，提高光電轉換效率。
可以理解的是，本發明實施例中的可撓曲太陽能電池不僅僅限于實施例中所提供的結構 和材料，只要具有可撓曲性質的太陽能電池都適用于本發明。
可以理解的是，本發明提供的太陽能電池組件不僅可以應用于建筑領域，還可以廣泛的 應用于航天器，海上運輸工具，交通工具上。
可以理解的是，對于本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案和技術構 思做出其它各種相應的改變和變形，而所有這些改變和變形都應屬于本發明權利要求的保護 范圍。
權利要求
權利要求1一種太陽能電池組件，包括一個可撓曲太陽能電池，該可撓曲太陽能電池包括用于接收太陽輻射能的第一表面，及與該第一表面相對的第二表面，其特征在于，一形狀記憶體合金層貼附于該第二表面，以使該可撓曲太陽能電池隨該形狀記憶體合金層的形狀變化而改變形狀。
全文摘要
本發明涉及一種太陽能電池組件，其包括一個可撓曲太陽能電池，該可撓曲太陽能電池包括用于接收太陽輻射能的第一表面，及與該第一表面相對的第二表面。一形狀記憶體合金層貼附于該第二表面，以使該可撓曲太陽能電池隨該形狀記憶體合金層的形狀變化而改變形狀。
文檔編號H01L31/052GK101388417SQ20071020170
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月14日 優先權日2007年9月14日
發明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司;鴻海精密工業股份有限公司