柔性透明薄膜光散射光伏器件的制备

制造了柔性透明的薄膜硅太阳能电池，并针对建筑集成光伏和双面操作进行了优化。开发了一种激光剥离方法，以避免在将光散射结构转移到无色聚酰亚胺衬底上期间的热损伤，从而增强前入射光电流，同时引入双n型后窗层以减少光损耗，促进后入射的电子传输，从而增强双面操作期间的性能。窗口层的引入将前后功率转换效率比提高到约86%。正面和背面光照分别为1和0.3太阳时的优化双面功率转换效率等于6.15%，500-800纳米内的平均透射率等于36.9%。此外，使用激光剥离制造的柔性透明太阳能电池表现出良好的机械可靠性(即在6mm的弯曲半径下持续500次循环)，因此适用于建筑集成光伏。

化石能源的使用会释放出挥发性物质，如碳和氮氧化物,从而显著加剧气候变化和空气污染。在化石燃料的可再生替代品中。太阳热能、风能和波浪能)，光伏(PV)能源已经被证明是经济可行的，并且目前具有*大的市场份额。电是现代社会中*常用的能源形式，它在传输过程中的能量损失*大。建筑集成光伏(BIPVs)可以成为一种高效的电力来源，因为它们可以集成到建筑物的屋顶、外墙和窗户中，以确保直接的能源供应。此外，基于BIPV技术的双面太阳能模块已经发现了潜在的应用，例如，用于光伏发电厂或声屏障的垂直双面模块可以补充传统倾斜模块的发电特性，而安装在农业光伏或温室中的透明双面模块可以同时生产作物和电力。由于现代建筑的外部通常具有根据各种美学设计弯曲的玻璃表面，BIPV系统需要柔性或可弯曲的透明太阳能电池(TSC)。

各种聚合物材料如聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚(2，6-蔡二甲酸乙二醇酯)和无色聚酰亚胺(CP)已经被用作柔性和可弯曲太阳能电池的基板。在聚合物基板中，CPI已广泛用于柔性太阳能电池，因为它具有相对较高的熔点和玻璃化转变温度，以及优异的机械和光学性能，即使在热处理后也能保持这些性能。柔性TSC可以使用薄膜材料如铜铟镓硒(CIGS)来构造染料敏化、有机和钙钛矿太阳能电池，以及氢生成的非晶硅(a-Si:H)，其中a-Si:H提供了太阳能电池稳定性、无毒、低成本和适合大规模生产的优点。特别是a-Si:H层可以使用等离子体增强化学气相沉积在CPI衬底可承受的温度下沉积，而a-Si:H的高可见光吸收系数使得能够使用室内光高效发电。迄今为止报道的基于a-Si:H的太阳能电池可以分为不透明的和透明的。对于不透明电池，10.2%的稳定功率转换效率(PCEs)(单结结构)和14.0%(三接头结构)已被报道，而PCE-平均透射率(Taye)对为6.996-23.6%和3.4%-3.0%25据报道用于透明细胞。在PEN衬底上具有单个和串联结构的柔性薄膜不透明硅太阳能电池已经显示出分别表现出8.8%的PCE和9.8%的稳定PCE，而基于Kapton和PEN衬底的透明电池的PCE对分别为3.0%-40%和4.93%-34.2%。

在CPI基板上制造高性能柔性TSC必须解决几个技术问题。薄膜太阳能电池吸收光的能力通常可以使用光散射结构来提高，然而，这种光散射结构很难在柔性基板.上产生。由于热膨胀，CPl衬底容易产生表面应力，在具有不规则性的表面上，例如在光散射(纹理)结构上，a-Si:H吸收层的产生倾向于有利于缺陷的形成。此外，尽管TSC可以在双面模式下运行,即可以利用正面和背面入射光发电，但大多数薄膜TSC已经针对正面进行了优化，因此，前入射和后入射PCE之间的差异很大。

在这里，我们制作了超薄(~20um)柔性透明适用于BIPV系统的非晶硅太阳能电池(图1)。所提出的装置与CPI基底表面的光散射结构集成在一起。各种光散射技术，例如前电极纹理化、衬底上的光学结构压印、银纳米线网格化和使用复制的光散射结构转移，可用于薄膜太阳能电池。在这些方法中，我们选择了激光剥离(LLO)转移，因为它对热或化学影响的敏感性低，因此易于应用于柔性基底。通过调整铝掺杂氧化锌(Az0)的刻蚀时间产生的光散射结构被转移到CPl衬底上，在平坦的衬底表面上集成了透明的a-Si:H太阳能电池。在光散射结构的相对表面上制造电池可以利用光散射特性并减少电池的数量，通过降低在a-Si:H沉积期间引起的表面应力来消除电池中的缺陷。我们还引入了一个n型后部层，以减少后部入射的光学损耗，并使用光学反射模拟优化该层。n型背面层的带隙结构被设计成有利于电子传输，从而为背面辐照提供优势。

*后，我们研究了转移CPI(T-CPI)膜的形态和基于T-CPI的透明a-Si:H太阳能电池的性能，另外使用弯曲测试检查了柔性太阳能电池的机械性能。