CN101017863A - 非晶硅太阳能电池周边电极绝缘激光刻蚀的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非晶硅太阳能电池周边电极绝缘激光刻蚀的处理方法，处理过程依次为：(1)将玻璃基片的正电极膜层进行第一次激光刻槽，然后(2)采用化学气相沉积法沉积非晶硅膜层，形成非晶硅太阳能电池的PN节，再(3)采用磁控溅射或蒸发方法，在过程(2)的非晶硅膜层上沉积厚度为1500A°～4000A°铝膜层，得负电极膜层，最后(4)将玻璃基片的负电极膜层、非晶硅膜层和正电极膜层进行第二次激光刻槽，此刻槽与第一次激光刻槽错位排列，解决了太阳能电池的正负电极问题，具有工艺简单、操作简便和产品质量稳定等优点，提高了非晶硅太阳能电池的耐候性和使用寿命，广泛适用于太阳能行业。

Description

非晶硅太阳能电池周边电极绝缘激光刻蚀的处理方法
《技术领域》本发明涉及一种激光刻蚀的处理方法，更具体地说，涉及一种非晶硅太阳能电池周边电极绝缘激光刻蚀的处理方法。
《背景技术》在现有技术中，为了降低制作成本，非晶硅太阳能电池的正负电极膜层、非晶硅膜层都是先采用化学沉积、溅射和蒸镀的方法，沉积在较大面积的正方形或者矩形玻璃板上的，再采用玻璃刀切割成大小所需面积的正方形或者矩形玻璃基片。但是，因机械切割加工的压力就使得玻璃基片上最上层的极薄的铝膜层负电极，越过极薄的非晶硅膜层中间层和最下层的极薄的透明二氧化锡膜层正电极接触，会因形成正负电极短路，使非晶硅太阳能电池的核心元件——上述玻璃基片没有发电输出。
类似的情况是，在不把大尺寸的玻璃基片切割成小尺寸的玻璃基片、直接把加工的玻璃基片制作成太阳能电池芯片的场合，在铝膜层生成的时候，其周边的正负电极，也有可能产生少许局部的短路状态，从而使得构成电池芯片的若干个小电池中的少许电池不能发电。
为此，传统的方法是采用化学腐蚀使玻璃基片四周边缘最上层的负电极膜层去掉一部分，让原本接触的正负电极脱离接触，解除短路状态。但是，使用后的腐蚀液-氢氧化钠溶液排放会造成环境污染；同时，残留在玻璃基片四周的腐蚀液受潮湿气候的影响，将会造成玻璃基片四周局部的正负电极再次短路，降低非晶硅太阳能电池的使用寿命和耐候性能；而且化学腐蚀工艺复杂，产品良品率和一致性差，因而生产成本较高。
《发明内容》本发明的目的在于提供一种非晶硅太阳能电池周边电极绝缘激光刻蚀的处理方法，以消除上述采用化学腐蚀法带来的一系列缺点和不足，使得产品在具有更加良好的电极绝缘性能的同时，增加产品的使用寿命和耐候性能。
为了达到上述目的，本发明提供了如下的技术方案：采用一种非晶硅太阳能电池周边电极绝缘激光刻蚀的处理方法，采用激光器进行激光刻槽处理，用已经沉积过透明、导电的二氧化锡或氧化铟锡或它们掺铝氧化锌之正电极膜层的整体玻璃板作为玻璃基片，该处理过程依次为：(1)将玻璃基片的正电极膜层进行第一次激光刻槽，然后(2)采用化学气相沉积法沉积非晶硅膜层，形成非晶硅太阳能电池的PN节，再(3)采用磁控溅射或蒸发方法，在过程(2)的非晶硅膜层上沉积厚度为1500A°～4000A°铝膜层，得负电极膜层，最后(4)将玻璃基片的负电极膜层、非晶硅膜层和正电极膜层进行第二次激光刻槽，此刻槽与第一次激光刻槽错位排列，所使用的激光束调节频率为200Hz～50KHz，激光束直径约为0.1～0.5mm，刻槽电流为8.0A～20A，所述的刻槽槽深为50um～100um，槽宽为0.5mm～2.5mm。
本发明的经过第二次激光刻槽后，可以再将大尺寸的玻璃基片，切割成小尺寸的玻璃基片使用。或者说，当具体实施中，需要采用小尺寸的玻璃基片时，经过上述第二次激光刻槽处理后，再用玻璃刀或机械切玻璃割机把经上述方法处理的大尺寸玻璃基片切割成小尺寸的玻璃基片，例如：把外形尺寸为长1120mm×宽280mm×厚3.5mm，切割成长70mm×宽70mm×厚3.5mm的小板。由于两次激光刻槽错位排列，即正负极彼此隔离，所以完全不会形成正负电极的短路。显然，当具体实施中需要采用大尺寸的玻璃基片，则不作切割处理，直接制作非晶硅太阳能电池芯片的场合，在玻璃基片周边采用上述两次激光刻槽技术，可以提高正负电极绝缘程度，完全防止局部周边电极短路的发生，从而提高电池芯片的光伏发电能力和耐候性。
与现有技术相比，本发明具有如下明显的优点：1.本发明使得电池的正负电极的绝缘程度大大提高，明显提高了非晶硅太阳能电池的耐候性和使用寿命；2.工艺简单：处理过程中没有任何污染环境的物质排放和在产品上的残留，符合国家对生产过程中对环保和安全的要求；3.操作简便，提高了生产效率，而且产品质量稳定，生产能耗低。
《附图说明》以下是本发明的附图说明：
图1是本发明的玻璃基片结构示意图；
图2是第一次激光刻槽结构示意图；
图3是基片上具有负电极膜层的结构示意图；
图4是第二次激光刻槽结构示意图；
图5是切割玻璃刀的切割状态示意图；
图6是玻璃基片平面分布示意图。
图1～6中，1-a是玻璃基片，1-b是正电极膜层，1-c是非晶硅膜层，1-d是负电极膜层即铝膜层，1-e是切割玻璃刀。
参照图1，玻璃基片1-a面上具有正电极膜层1-b，该膜层是沉积的透明、导电的二氧化锡或氧化铟锡或它们掺铝氧化锌之正电极膜层；
参照图2，在玻璃基片1-a面上的正电极膜层1-b上具有数个间隔分布的第一次激光刻槽，激光刻槽穿透正电极膜层1-b；
参照图3，在具有激光刻槽的正电极膜层1-b上面具有非晶硅膜层1-c和负电极膜层即铝膜层1-d，采用化学气相沉积法沉积非晶硅膜层1-c形成非晶硅太阳能电池的PN节，负电极膜层即铝膜层1-d是采用磁控溅射或蒸发方法获得，其沉积厚度为1500A°～4000A°。
参照图4，在负电极膜层即铝膜层1-d上具有数个间隔分布的第二次激光刻槽，此刻槽与第一次激光刻槽错位排列，第二次激光刻槽穿透负电极膜层即铝膜层1-d、非晶硅膜层1-c和正电极膜层1-b；
参照图5，第二次激光刻是使用切割玻璃刀1-e切割的，切割玻璃刀1-e是装在自动切割机上的；
参照图6，经过第二次激光刻槽后，再将玻璃基片整体切割成小尺寸的玻璃基片。
《具体实施方式》以下通过具体的实施方式对本发明进行更加详细的描述：
实施例1 70mm×70mm×3.5mm单晶硅太阳能电池芯片周边电极绝缘的处理：
选用美国AFG INDUSTRIES，INC.公司生产的PV-TCO玻璃板材，该板材已涂敷透明导电的二氧化锡膜层，膜厚度为5000A°，透光率为98％，含铁量为60ppm，作为待加工玻璃基片，其外形尺寸为长1120mm×宽280mm×厚3.5mm。
上述玻璃基片上，采用1064nm Nd-YAG-50系列激光器对玻璃基片的二氧化锡膜层(正电极膜层)进行第一次激光刻槽处理，刻槽线距离玻璃刀切割线4.5mm，刻槽线宽度为1mm，槽深80um。激光器工作频率调节为150Hz，激光束直径为0.5mm，刻槽电流为16A、划片速度30mm/s，激光束直径为0.5mm。
经过上述第一次激光刻槽处理后，在玻璃基片上，采用化学气相沉积法沉积非晶硅膜层，形成非晶硅太阳能电池的PN结(双结)。详细说明如下：
把经过上述处理的玻璃基片置于沉积P、I、N膜层的夹具中，放入预热炉内预热至210℃，先将等离子增强化学气相沉积装置的沉积室抽真空至7.0×10-3Pa，导入纯度为99.9％的氮气置换室内残余气体，再将玻璃基片放进PECVD沉积室中。
抽真空至7.0×10-3Pa后，导入沉积顶电池P膜层所需的工作气体硅烷SiH4，甲烷CH4和硼烷B2H6体积比为1∶1∶0.01混合气体，在沉积温度160～170℃，压力60～65Pa下，以30MHz的射频频率、80W放电功率进行辉光放电，沉积顶电池P膜层，沉积膜厚为100A°。
PECVD沉积室再抽真空至7.0×10-3Pa，其后导入沉积顶电池I膜层所需的工作气体硅烷SiH4和氢气体积比为1∶0.7混合气体，在沉积温度240～250 ℃、压力65Pa～70Pa下，以60MHz的射频频率、130W放电功率进行辉光放电，在已沉积的P膜层上再沉积顶电池I膜层，沉积膜厚600A°。
PECVD沉积室再抽真空至7.0×10-3Pa，其后导入沉积顶电池N膜层所需的工作气体硅烷SiH4和磷烷PH3体积比为1∶0.01混合气体，在沉积温度260～265℃、沉积压力110Pa～120Pa下以30MHz的射频频率、150W放电功率进行辉光放电，在I膜层上沉积顶电池N膜层，沉积膜厚300A°。
PECVD沉积室再抽真空至7.0×10-3Pa，其后导入沉积底电池P膜层所需的工作气体硅烷SiH4、硼烷B2H6和甲烷CH4体积比为1∶0.8∶0.012混合气体，在沉积温度160～170℃、压力60～90Pa下，以60MHz的射频频率、80W放电功率进行辉光放电，在顶电池N膜层上沉积底电池P膜层.沉积膜厚200A°。
PECVD沉积室再抽真空至7.0×10-3Pa，其后导入沉积顶电池I膜层非晶硅所需的工作气体硅烷SiH4和氢气体积比为1∶1.3混合气体，在沉积温度190～200℃，压力130Pa下，以10MHz的射频频率、190W放电功率进行辉光放电，在顶电池P膜层上沉积顶电池I膜层，沉积膜厚950A°。
PECVD沉积室再抽真空至7.0×10-3Pa，其后导入沉积底电池N膜层所需的工作气体硅烷SiH4和磷烷PH3体积比为1∶0.008混合气体，在底电池的I膜层上沉积底电池的N膜层，沉积膜厚300A°。
在上述非晶硅膜层上，采用磁控溅射技术沉积铝膜层，也即是太阳能电池的负电极膜层。详细如下：
接着将经过上述加工的玻璃基片置于磁控溅射装置的溅射室中，沉积使用金属铝制成的背电极膜层，膜厚约为5000A°
在上述已经沉积过透明、导电的二氧化锡膜层(正电极膜层)、非晶硅膜层和铝膜层(负电极膜层)的玻璃基片上，对所有膜层进行第二次激光刻槽处理。采用1064nm Nd-YAG-50系列激光器对玻璃基片的二氧化锡膜层(正电极膜层)、非晶硅膜层和铝膜层(负电极膜层)进行第二次激光刻槽处理。刻槽线距离玻璃刀切割线2mm，刻槽线宽度为1mm，槽深80um。激光器工作频率调节为150Hz，刻槽电流为16A、划片速度30mm/s，激光束直径为0.2mm。
经过上述第二次激光刻槽处理后，再用装于自动切割机上的玻璃刀，通过多次经纬走向的切割，把经过上述工艺加工的外形尺寸为长1120mm×宽280mm×厚3.5mm的玻璃基片切割成64片70mm×宽70mm×厚3.5mm的小尺寸玻璃基片，供后续工序使用。
实施例2：280mm×1120mm×3.5mm单晶硅太阳能电池芯片周边电极绝缘的处理：
选用美国AFG INDUSTRIES，INC.公司生产的PV-TCO玻璃板材，该玻璃已涂敷透明导电的二氧化锡膜层，膜厚度约为5000A°，透光率为98％，含铁量为60ppm，作为待加工玻璃基片。其外形尺寸为长1120mm×宽280mm×厚3.5mm。
在上述玻璃基片周边，采用激光器对玻璃基片的二氧化锡膜层(正电极膜层)进行第一次激光刻槽处理。刻槽线距离玻璃基片四周边缘4.5mm，刻槽线宽度为1mm。
经过上述第一次激光刻槽处理后，在玻璃基片上，采用化学气相沉积法沉积非晶硅膜层，形成非晶硅太阳能电池的PN节。并且在非晶硅膜层上，采用磁控溅射技术或者蒸发技术沉积铝膜层，也即是太阳能电池的负电极膜层，详细说明与实施例1相同。
在上述已经沉积过透明、导电的二氧化锡膜层(正电极膜层)、非晶硅膜层和铝膜层(负电极膜层)的玻璃基片上，对所有膜层进行第二次激光刻槽处理，采用1064nm Nd-YAG-50系列激光器对玻璃基片的二氧化锡膜层(正电极膜层)、非晶硅膜层和铝膜层(负电极膜层)进行第二次激光刻槽处理。刻槽线距离玻璃刀切割线2mm，刻槽线宽度为1mm，槽深80um。激光器工作频率调节为150Hz，刻槽电流为16A、划片速度30mm/s，激光束直径为0.5mm。
经过上述第二次激光刻槽处理后，产品直接进入工后续工序使用。
以直接购入的已经沉积透明、导电的二氧化锡(或氧化铟锡、或掺铝氧化锌)膜层的大尺寸玻璃板作为玻璃基片。

Claims (2)

1、一种非晶硅太阳能电池周边电极绝缘激光刻蚀的处理方法，采用激光器进行激光刻槽处理，用已经沉积过透明、导电的二氧化锡或氧化铟锡或它们掺铝氧化锌之正电极膜层的整体玻璃板作为玻璃基片，其特征在于：处理过程依次为：
(1)将玻璃基片的正电极膜层进行第一次激光刻槽，然后
(2)采用化学气相沉积法沉积非晶硅膜层，形成非晶硅太阳能电池的PN节，再
(3)采用磁控溅射或蒸发方法，在过程(2)的非晶硅膜层上沉积厚度为1500A°～4000A°铝膜层，得负电极膜层，最后
(4)将玻璃基片的负电极膜层、非晶硅膜层和正电极膜层进行第二次激光刻槽，此刻槽与第一次激光刻槽错位排列，
所使用的激光束调节频率为200Hz～50KHz，激光束直径约为0.1～0.5mm，刻槽电流为8.0A～20A，所述的刻槽槽深为50um～100um，槽宽为0.5mm～2.5mm。
2、根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：经过第二次激光刻槽后，再将玻璃基片整体切割成小尺寸的玻璃基片。
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