CN101118914B - 一种太阳能电池及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多结叠层非晶硅太阳能电池，在叠层之间增设透明反射膜，属薄膜太阳能电池制造领域。技术特征是两个叠加的光电转换层中间的透明导电膜，涂布在其中一个非晶硅P-I-N光电转换层的N面上，由纳米导电材料形成的中间透明导电膜。一个光电单元由一个叠层非晶硅太阳能电池构成，其中一个非晶硅P-I-N光电转换层的P膜在前电极背面上构成顶电池。并用辊涂方法实现，能大批量生产，降低成本。

Description

一种太阳能电池及制造方法

技术领域

本发明涉及一种多结叠层非晶硅太阳能电池，在叠层之间增设透明反射膜，并用辊涂方法实现，大批量生产，降低成本。属薄膜太阳能电池制造领域。

背景技术

薄膜太阳能电池是当今国际太阳能光伏行业降低光伏发电成本的主流途径之一，由于晶体硅太阳能电池原材料短缺且价格昂贵，因此其发电成本居高不下，成为其与常规市电竞争的致命瓶颈，而薄膜太阳能电池，尤其是非晶硅薄膜太阳能电池由于其厚度仅为0.5μm左右，材料用量极少，且制造工艺简单，能耗小，所以生产成本比晶体硅太阳能电池低很多。然而尽管如此，非晶硅太阳能电池的发电成本仍然高于常规市电的成本，尤其非晶硅叠层太阳能电池由于要沉积六层非晶硅和微晶硅膜，其发电成本更高，因此如何进一步降低非晶硅叠层太阳能电池的生产成本是国内外各大光伏公司关注的重点课题。

另一方面，为了提高非晶硅太阳能电池的光电转换效率，可以从充分利用太阳光中不同波长的光子的途径来考虑。单结非晶硅太阳能电池其结构是由P、I、N三层非晶硅膜组成，其中本征非晶硅层即I层是光生载流子的产生区域，当太阳光照射到非晶硅太阳能电池时，能量大于或等于I层非晶硅能隙宽度的光子(对应某个波长)被处于价带中的电子吸收，光子把能量转移给电子，电子获得能量后，跃迁到导带形成光生电子空穴对，该电子空穴对在PN结的内建电场的作用下分别向P、N区域作定向移动，形成光生电流，而能量低于I层非晶硅能隙宽度的光子则不足以使价带中的电子跃迁到导带，因此不能被太阳能电池利用而浪费掉了，也就是说由于太阳光光谱的能量分布较宽，而任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子，太阳光中能量小于能隙宽度的所有光子将穿过电池，被背电极金属吸收，转变成热能；而高能光子超出能隙宽度的多余能量，则通过光生载流子的能量热释作用供给了电池材料本身的点阵原子，使材料本身发热，这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效的电能，因而单结非晶硅太阳能电池转换效率不高，而且欠能和超能光子的热效应还会使电池温度升高造成电池性能衰退。

为了解决上述问题，如果把太阳光光谱分成几个子域，用能隙分别与这些选择子域有最好匹配的材料做成电池，并按从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽能隙的材料电池所利用，波长较长的光能够透射进到里面让较窄能隙材料的电池利用，这样就能最大限度地将太阳光能转变为电能。以上是形成非晶硅叠层太阳能电池的一般基本原理。

通常叠层电池的顶电池本征层材料用非晶硅本征层(a-Si)，底电池本征层则可选非晶硅、微晶硅、非晶硅锗等。

在薄膜太阳能电池中，并非所有大于或等于I层非晶硅膜能隙宽度的光子都能全部被I层非晶硅所吸收，这是因为强光中光子密度比较大而且光子传播速度极快，总有存在一些光子，本征非晶硅层中的电子来不及吸收，虽然，这部分光子能够被后面的底电池吸收，但由于底电池的I层微晶硅或非晶硅锗膜的能隙宽度较小，光子能量的多余部分将转化为热能而浪费掉。如果能够将符合顶电池I层非晶硅能隙宽度的光子再反射回到顶电池的I层中去，则I层可以对其进行二次吸收，在不增加顶电池I层厚度的情况下可增加光生电流。要实现此目的，目前，通常采用的方法是在每个子电池的N层膜上再叠加一层透明导电膜。根据光的薄膜干涉的原理，当光入射到两层不同材料薄膜的交界面上时，部分光将被反射，频率相同、振动方向非正交、相位差恒定的不同光波在界面的交叠，使某些区域振幅增强，另一些区域振幅减弱，即产生光的干涉现象，薄膜交界面处光的反射大小决定于交界面上光的干涉效应，光的反射率为：

$R=\frac{n_2^2{(n_1-n_3)}^2{\cos }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}+{(n_2^2-n_1{n}_3)}^2{\sin }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}}{n_2^2{(n_1-n_3)}^2{\cos }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}+{(n_2^2-n_1{n}_3)}^2{\sin }^2\frac{\mathrm{\δ}}{2}}...\left(1\right)$

其中

是光波间的相位差，n₁、n₂、n₃分别代表第一、二、三层薄膜的折射率，当没有中间的一层膜时，即n₂＝n₁时，h是中间膜层即第一层的厚度，光的反射率为：

$R_0={\left(\frac{n_1-n_3}{n_1+n_3}\right)}^2...\left(2\right)$

当中间的薄膜厚度满足 $n_{2}h=(2m+1)\frac{\mathrm{\λ}}{4},(m=\mathrm{0,1,2}.......)---\left(3\right)$

这种膜即为四分之一波长膜，相应的δ＝(2m+1)π，则：

$R={\left(\frac{n_2^2-n_1{n}_3}{n_2^2+n_1{n}_3}\right)}^2...\left(4\right)$

当n₁＜n₂＞n₃或n₁＞n₂＜n₃时，对于满足(3)式的入射光，其光反射率比无中间膜(其折射率为n₂)时的反射率大，即R＞R₀，说明此时反射光比无中间膜层时增强，因此n₁＜n₂＞n₃和n₁＞n₂＜n₃两个不等式称为增反条件，根据上述原理，当在非晶硅叠层电池的两个子电池间插入一层透明导电膜时，由于透明导电膜的折射率n₂比顶电池的n型非晶硅膜和底电池的P型微晶膜(或P型非晶硅膜的折射率都小，满足n₁＞n₂＜n₃的条件，因此插入透明导电层后，只要调整其膜厚满足(3)式，就能起到增反作用，将更多的短波段的光向顶电池的I层非晶硅反射回去，进行二次吸收，而让其它波长更长的光透射到底电池，从而增加光生电池；同样道理，在底电池的n型微晶硅和金属电极间插入一层透明导电膜，也能起到增反作用，将更多长波段区的光反射回底电池的I层微晶硅中去。

中国专利“宽谱域低温叠层硅基薄膜太阳电池”申请号02159248.9公开是根据上述原理提出的一种非晶硅叠层电池的结构设计。在顶电池和底电池之间，以及在背电极与N型非晶硅之间，分别设计一层导电增反射层。制备方法是采用真空沉积工艺方法。这种镀膜方法的缺点是设备造价昂贵，能耗相对较大，生产效率低。虽然其叠层电池的转化效率和稳定性有所提高，但因其设备投资增大，运行成本高，生产效率低而抵消了转化效率和稳定性提升所带来的益处。

美国专利US6,870,088B2公开的是叠层结构的太阳能电池，一个能量区至少有两个光电转换层，在光电转换层加入透明导电膜，这种串联在一起叠层结构的电池的制造方法。表现出良好的增加光的散射效应，提高了单位面积上光电转换效率和功率效率。

另外，美国专利US6,870,088B2，为了解决激光刻划时背电极透明导电膜和中间透明导电膜之间的短路和漏电，以及解决后续镀制的透明导电膜与中间透明导电膜之间的短路和漏电，提出的叠层电池的激光刻划结构(见图4)，可有效避免如上所述的短路和漏电。但这种电池结构由于激光隔离沟道10位于激光隔离沟道7的中间，所以多出了18部分的宽度，减小了电池的有效面积，从而减小了电池的转换效率。

在非晶硅叠层太阳能电池的结构中，每个单元电池的有效面积的大小取决于正电极和负电极之间垂直相对的面积大小。见图1本发明激光刻划电池结构与美国专利US6,870,088B2相比，由于本发明中的激光第二隔离沟道10和激光第三隔离沟道11紧靠在一起，在14处相互平行重合，所以正电极2的激光隔离沟道4可相应地向激光第二隔离沟道10的方向平移，相应地可增加正电极2的长度15，也就增大了正电极2和负电极9之间垂直相对的面积，从而增加了每个单元电池的有效面积。

因此本发明的激光刻划结构与美国专利US6,870,088B2(申请时间为2003年3月12日)的结构(见图4)相比，可以增加叠层电池的有效面积，提高电池转化效率。

美国专利US6,870,088B2的另外一缺点是，仍见图4中的沟道11，是激光穿透顶电池3、透明导电层5、底电池6、背电极上的透明导电层8和金属背电极9，刻划形成的隔离沟道11，可以将相邻的背电极分隔开，但激光在穿透中间透明导电层5时，会使透明导电层5发生升华，升华的导电物质容易附着在底电池的侧边表面上，可能导致中间透明导电层5和背电极透明导电层8直接连通短路或漏电，使底电池无电输出，结果叠层电池的转换效率将减小一半。

根据市场和客户的需求，商业化的大面积非晶硅叠层太阳能电池的电压范围需达到几十伏特，需要将大面积的非晶硅叠层太阳能电池分成若干电池节(电池单元)。非晶硅叠层太阳能电池是一种大规模的电池集成，叠层是指在一个电池单元中至少有两个单结(PN)的光电转换层的串联连接。横向排列的电池单元串联，形成串联电池组件，各电池单元的电压相加，使输出电压提高。纵向排列的串联电池组件并联，是指至少由两排横向串联的电池组件。该电池组件的电极引出线分别在组件的两头，电极引端将组件并联，使输出电流增加。叠层电池的制备，首先制作前电极图形，并分块绝缘隔离或背电极被相互隔离并绝缘。将完成光电转换层叠加的每个单元的前电极(正电极)与相邻的另一单元的背电极(负电极)串联的非晶硅叠层太阳能电池组件，开路电压可达几十伏特的。

目前，制备透明导电膜通常采用真空镀膜法或喷涂方法，这些方法使用，虽然能够制备出非常均匀的膜层，但由于真空成膜是许多材料原子在真空环境下运动到基片上沉积形成的膜层，容易形成镜面膜层，无法直接形成绒面膜层，还需要后续的湿法化学腐蚀或激光刻划等另外加工，增加了工艺的复杂性。

发明内容

由以上所述，在带有透明反射层的非晶硅叠层太阳能电池所引出的技术问题，有待解决。本发明目的是进一步改进具有透明反射层非晶硅叠层太阳能电池的串联式结构，提高电池光电转换区域的有效面积，防止短路和漏电。

另一个目的是以辊涂法取代真空镀膜法制备增加起反射作用的透明导电膜，以减少生产设备投资，降低运行成本低。该辊涂法通常应用在液晶、半导体行业里。在此之前，非晶硅太阳能电池制造中还没有采用这种既廉价，高精度的辊胶机技术

本发明还有一个目的，设计透明导电膜的表面呈绒面状(有一定的粗糙度)使进入光电转换层的散射光进入本征层，增加光的传播路程及光的有效吸收率，电池性能稳定。方法是用辊涂纳米透明导电浆料制备中间透明导电的反射层。

为实现本发明的任务，技术解决方案是集成若干个串联在一起的光电单元，其特征在于每个光电单元包括绝缘基板，前电极，中间透明导电膜，由叠层半导体薄膜形成的光电转换层，背电极，并包括相邻光电单元之间正负电极的连接线，所说的每个光电单元，至少有两个相互叠加的光电转换层，中间透明导电膜夹在两个光电转换层之间，在中间透明导电膜和连接线之间有防短路和漏电的隔离沟道，该沟道内覆盖半导体薄膜。

本发明的解决方案是在所述的两个叠加的光电转换层中间的透明导电膜，是涂布在其中一个非晶硅P-I-N光电转换层的N面上，由纳米导电材料形成的中间透明导电膜。一个光电单元由一个叠层非晶硅太阳能电池构成，其中一个非晶硅P-I-N光电转换层在前电极背面上构成顶电池。一个叠层非晶硅太阳能电池，其中由一个非晶硅光P-I-N光电转换层在背电极上，或在带中间透明导电膜的背电极上构成底电池。光电单元的隔离沟道，由激光穿透该光电单元的中间透明导电膜和顶电池膜层，并垂直于相邻的前电极背面上，沟道深度与穿透厚度相同，宽度为0.10-0.24mm。

为实现本发明的任务，所采用的方法技术特征如下：

步骤1，制备前电极图形：在导电基板(衬底)上用激光刻划分块，刻除透明导电膜，形成大规模集成的前电极图形块与块之间相互绝缘的隔离沟槽(亦称隔离沟道)。玻璃衬底的透明导电膜包括ITO、ZnO或SnO₂，采用大幅面红外光激光标刻机，被加工的透明导电膜的膜面朝上放置，即玻璃基板在底面。

2、沉积顶电池：采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或甚高频等离子体化学气相沉积法(VHF-PECVD)，沉积压力50-1000Pa，温度150-250℃，在制备前电极图形的衬底上依次沉积P型非晶硅掺杂层、I本征非晶硅层和N型非晶硅掺杂层，并同时沉积在前电极的隔离沟槽内，制作出顶电池3的核心部分-非晶硅光电转换层，沉积PIN膜层厚度分别为80-120

700-1200

和200-300

3、辊涂透明导电膜：采用高精度辊胶机在顶电池3的P-I-N光电转换层N面上涂布厚度为900-2000

的纳米透明导电浆料，形成顶电池3上的第一中间透明导电膜层5，包括以下透明导电浆料ITO、ZnO、SnO₂、ATO。

4、固化烘烤：紧接着将透明导电层进行初步固化烘烤，温度在130℃-180℃，烘烤时间为0.5-1.0小时；

5、隔离沟道：采用激光标刻机，激光穿透第一中间透明导电膜层5、顶电池各膜层刻成第一隔离沟道7，其沟道深度与穿透厚度相同，垂直于相邻的前电极2背面，该沟道7宽度为0.2-0.4mm。。

6、沉积底电池：将制备完成激光刻划隔离沟槽的顶电池预热，温度为180℃-250℃后，放入真空室中用等离子体增强化学气象沉积(PECVD)或甚高频等离子体增强化学气象沉积(VHFCVD)法，在第一中间透明导电膜层5的背面上沉积底电池6非晶硅膜或微晶硅，并同时沉积在第一隔离沟道7内及其侧壁上，第一隔离沟道7具有绝缘层。沉积压力为130-1000pa，底电池P-I-N膜厚度分别为：200-300

0.3-2.0μm、200-400

7、刻划底电池：在底电池的玻璃基板上，用激光标刻机沿第一隔离沟道7的对应位置，激光穿透底电池，形成一条与顶电池3、透明导电层5和底电池层6厚度相同的第二隔离沟道10，该沟道10位于第一隔离沟道7内，第二隔离沟道10的侧边16和第一隔离沟道7的侧边19之间的间距约为0.05mm。第二隔离沟道10的宽度为0.05-0.08mm。

8、在底电池上制备透明导电膜：采用辊涂方法，用高精度辊胶机在底电池光电转换层N膜面上涂布一层厚度为700-1000

的纳米透明导电浆料，在底电池上制造第二中间透明导电膜层8，制备成底电池的透明导电膜(增反射层)，并在150℃-180℃温度下，固化烘烤0.5-1.0小时。

9、制备背电极：采用平面磁控溅射或真空蒸发，在底电池的增反射层上沉积金属铝膜为背电极(负极)，铝膜电极厚度为0.5-2.0μm。

10、刻划背电极隔离沟道：将已镀好铝背电极的基板用激光刻划出铝背电极的第三隔离沟道11，激光穿透第二中间透明导电膜层8和金属铝背电极9，形成一条与穿透厚度相同的第三隔离沟道11，该沟道11垂直于相邻前电极膜面上，该第三隔离沟道11将各电池单元分割，制成串联电池组件，沟道11的宽度为0.08-0.20mm。

本发明用集成方法串联若干个光电单元，其特征在于用激光刻划每个光电单元形成分割口(亦称隔离沟道)，包括前电极，用辊胶机涂布形成的中间透明导电膜，还包括由叠层半导体薄膜形成的光电转换层，背电极，并包括用于敷设导线连接相邻光电单元正负电极的沟道，及防短路和漏电的隔离沟道。

本发明的实施效果大幅减少了生产设备投资，运行成本低，工艺简单，生产效率高(每10-15秒出1片)。

本发明的优点在于可以很容易地在辊涂的同时得到表面粗糙的透明导电膜，而不需要增加额外的处理工序。在辊涂透明导电膜浆料时，由于浆料中的透明导电成份的不均匀性，导致浆料成份的颗粒较大，加上辊涂法是利用胶辊和电池玻璃板的直接接触涂膜以及涂层表面自身具有收缩的趋势，因此很容易使透明导电膜表面自然的形成粗糙表面，而采用平面磁控溅射法或其它镀膜方法制备的透明导电膜表面比较光亮平滑，难于形成表面的绒面结构，必须在镀完膜之后采用湿法化学腐蚀的方法或干法激光刻蚀等方法对透明导电膜进行加工处理后形成绒面结构，生产工艺较复杂，因此，本发明采用辊涂法涂敷容易形成绒面透明导电膜，可减少工艺步骤，简化工艺，从而提高生产效率。

总之，本发明的总体效果是生产成本低，因此所生产的非晶硅叠层太阳能电池具有很高的性价比，市场前景广阔。电池转换效率在原有基础上可达6％-8％(在0.5米2面积上)，由于透明导电膜层对光的二次反射增加了光生电流，相应的可减薄顶电池和底电池的本征I层非晶硅膜厚度，同时提高了叠层电池的稳定性。

附图说明

图1、是本发明非晶硅叠层电池的截面图。

图2、是图1中突出显示激光刻划线7、10和11的示意图。

图3、是图2中M部分的放大图。

图4、是美国专利US6,870,088B2的激光刻划线7和13的示意图，用虚线圈N表示。

图5、是图4中N处局部放大图。

图6、是图1的叠层电池正负极连接示意图，相邻电池单元首尾相连，依次串联成一个电池组件。

图7、是一种带透明导电层的非晶硅叠层太阳能电池结构的激光刻划图。

图8、是另一种带透明导电层的非晶硅叠层太阳能电池的激光刻划图。

以下结合附图进一步说明本发明的原理。

见图1，玻璃基片1；透明导电膜前电极2；顶电池3(P-I-N非晶硅层)；激光刻断前电极2透明导电膜成隔离沟道4；顶电池3和底电池6之间夹一层增加光反射的透明导电膜5；底电池6是P-I-N非晶硅层或微晶硅层；激光穿透顶电池3、透明导电膜5刻划出第一隔离沟道7，防止顶电池3上透明导电膜5与底电池6上透明导电膜8连接电池短路；金属背电极9与底电池6之间的透明导电膜8；激光穿透顶电池3、透明导电层5和底电池6各膜层，形成一条与穿透厚度相同的第二隔离沟道10，是为后工序预留掩埋导电连接线；激光穿透金属背电极9、透明导电膜8(反射层)、底电池6、顶电池3，形成一个第三隔离沟道11，垂直于相邻前电极背面上，至此完成单节电池分割；重合线14是激光第二隔离沟道10和11的。前电极2(正电极)的有效长度15。见图2，突出显示图1中激光刻划线7、10和11的示意图。

图1所示的激光刻划结构，在沉积完顶电池3的非晶硅层，并在其N层表面上辊涂中间透明导电层5之后，再用激光穿透顶电池3、透明导电膜5，形成一条垂直于相邻的前电极2背面的沟道7，该沟道深度与穿透厚度相同，其沟道宽度12约为0.2-0.4mm，第二隔离沟道10是位于第一隔离沟道7之内，第二隔离沟道10的侧边16和第一隔离沟道7的侧边19之间的间距约为0.05mm。接着沉积底电池6的非晶硅膜或微晶硅膜，非晶硅膜或微晶硅膜将沟道7填满，起绝缘作用；在最后沉积完背电极透明导电层8和金属层9之后，用激光刻划穿透顶电池3、中间透明导电层5、底电池6、背电极透明导电层8和金属层9形成隔离背电极的第三隔离沟道11，第三隔离沟道11位于第一隔离沟道7内，并使第三隔离沟道11的一边和第一隔离沟道7的一边在17处平行重合。因此在激光刻划穿透顶电池3、中间透明导电层5、底电池6、背电极透明导电层8和金属层9形成隔离背电极的第三隔离沟道11时，由于第一隔离沟道7中没有透明导电层，不会产生透明导电层升华现象，不会造成中间透明导电层5与背电极透明导电层8连通短路或漏电，避免了因底电池短路或漏电造成叠层电池的转换效率减小一半。见图8，是另一种激光刻划模式，该方法是在沉积完顶电池3非晶硅和中间透明导电膜5后进行激光刻划，目的是为了将前透明导电层5，顶电池3非晶硅层和中间透明导电层5同时刻除掉各膜层形成隔离沟道7b，但在刻划时前透明导电层材料容易升华附着在顶电池在沟道中的侧壁上，造成前透明导电层1b和中间透明导电层5b间漏电，严重时将直接短路。

本发明提出了一种新型的激光刻划模式见图1。首先，将前电极透明导电膜层进行激光刻划，形成隔离沟道4，随后在沉积完顶电池3的P-I-N非晶硅层和辊涂透明导电层5(或称透明反射膜)后，进行激光刻划形成第一隔离沟道7，接着沉积底电池6的P-I-N非晶硅或微晶硅膜层，同时沉积在第一隔离沟道7内，然后对底电池6的PIN膜层进行激光刻划出沟道10，形成连通相邻电池单元正、负电极的电连接线，在透明导电膜8上沉积金属背电极层9后，用激光穿透顶电池3的P-I-N非晶硅层、第一中间透明导电层5、底电池6的P-I-N非晶硅或微晶硅、第二中间透明导电膜层8和金属背电极层9，形成分割背电极9的第三隔离沟道11。由于本发明中的第二隔离沟道10和第三隔离沟道11紧靠在一起，在14处相互平行重合，正电极2的激光隔离沟道4可相应地向第二隔离沟道10的方向平移，相应地可增加正电极2的长度15，也就增大了正电极2和负电极9之间垂直相对的面积，从而增加了每个单元电池的有效面积。这里激光刻划线7的宽度为0.2-0.4mm，激光刻划线10的宽度为0.05-0.08mm。

见图2、图3中突出显示激光刻划线7、10和11的示意图。

图3、是图2中M部分的放大图。各种数字标示的意义同图1。

见图4，是美国专利US6,870,088B2，为了解决激光刻划时背电极透明导电膜和中间透明导电膜之间的短路和漏电，以及解决后续镀制的透明导电膜与中间透明导电膜之间的短路和漏电，提出了图4所示的叠层电池的激光刻划结构，也可以有效避免如上所述的短路和漏电。

但这种电池结构等于是底电池上的激光隔离沟道10位于顶电池激光隔离沟道7的中间，多出了18部分的宽度，等于减小了电池的有效面积，减小了电池的转换效率。

在非晶硅叠层太阳能电池的结构中，每个单元电池的有效面积的大小取决于正电极和负电极之间垂直相对的面积大小，在本发明中每个单元电池的有效面积的大小取决于正电极2和负电极9之间垂直相对的面积大小。如上所述，与美国专利US6,870,088B2相比，由于本发明中的第二隔离沟道10和第三隔离沟道11紧靠在一起，在14处相互平行重合，所以正电极2的激光隔离沟道4可相应地向第二隔离沟道10的方向平移，相应地可增加正电极2的长度15，也就增大了正电极2和负电极9之间垂直相对的面积，从而增加了每个单元电池的有效面积。因此本发明的激光刻划结构与美国专利US6,870,088B2的结构(见图4)相比，可以增加叠层电池的有效面积，提高电池转化效率。

图6、是图1的叠层电池正负极连接示意图，相邻电池单元首尾相连，依次串联成一个电池组件。

具体实施例

例1：

1、将尺寸为14″X48″或更大尺寸的导电玻璃用激光刻划方法按照电池板电性能要求对透明导电膜2进行刻划，刻划间距20mm。

2、采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)在沉积压力70Pa(P层)、50Pa(I层)和80Pa(N层)，220℃基片温度下，在已刻划好透明导电玻璃上依次沉积顶电池3的P、I、N层非晶硅，厚度分别为80

700

和200

3、采用高精密辊胶机在已沉积完顶电池P、I、N层非晶硅膜3上涂布一层厚度为1100的ITO透明导电浆料层5。

4、在150℃温度下，将已涂布好ITO透明导电浆料5的玻璃板进行初步固化烘烤，烘烤时间40分钟。

5、用激光刻划机刻划用于绝缘的隔离沟槽7，对已制做好的顶电池3的非晶硅P、I、N膜和透明导电膜5进行激光刻划，激光穿透顶电池3的各膜层和和透明导电膜5，连续刻划出沟槽宽度为0.2mm隔离沟槽7。

6、将已激光刻划出隔离沟槽7的电池半成品预热至220℃后，放入真空室中用VHFPECVD法，在ITO透明导电膜5上依次沉积底电池6的P、I、N层非晶硅膜，沉积压力：P层130Pa，I层250Pa，N层140Pa，厚度分别为200

3500

和300

7、用激光刻划机刻划用于电极连接线的导电沟槽10，将已制做完底电池6P-I-N层的非晶硅膜玻璃板用激光机沿着步骤5中形成的激光刻划沟槽7(其宽度为12)的相应位置对顶、底电池各膜层进行激光刻划，激光穿透顶电池6各膜层和透明导电膜层5及底电池6各膜层进行连续刻划，刻出沟槽10的宽度为0.07mm，并使第二隔离沟道10的侧边16和第一隔离沟道7的侧边19之间的间距约为0.05mm。

8、在已激光刻划好底电池P、I、N三层非晶硅膜6的玻璃板上辊涂第二层ITO透明导电膜8，厚度为900

并在150℃温度下固化烘烤40分钟。

9、采用平面磁控溅射法在已激光刻划好顶、底电池及透明导电层的玻璃板上沉积一层金属铝电极层9，厚度为0.8μm。

10、将已镀好金属铝膜的电池玻璃衬底上用激光刻划出铝背电极，激光穿透第二中间透明导电膜层8和背电极9金属铝膜，连续刻划出隔离线11，宽度为0.1mm。

例2：

仅改变例1中步骤3和步骤8的ITO透明导电浆料的厚度，其余步骤同例1：

3、采用高精密辊胶机在已沉积完顶电池3的N膜面上涂布一层浆料厚度为900

的ITO透明导电层5。

8、在已激光刻划好底电池6的N层的膜面上辊涂第二层ITO透明导电膜8，厚度为1000

并在150℃温度下固化烘烤40分钟。

例3：

仅改变例1在步骤5和步骤7中的激光刻划线宽度，其余步骤与例1相同。

5、激光刻划机刻划用于绝缘的隔离沟槽7，激光穿透顶电池3非晶硅膜层、第一中间透明导电膜层5进行连续激光刻划出宽度为0.4mm隔离沟槽7。

7、激光刻划机刻划用于电极连接线的沟槽10，将已制做完底电池P、I、N层非硅膜6的玻璃板用激光机沿着步骤5中形成的第一隔离沟道7的相应位置对顶、底电池各膜层进行激光刻划，激光穿透顶电池P、I、N层非晶硅膜、中间透明导电层、和底电池P、I、N层非晶硅膜或微晶硅膜，第二隔离沟道10宽度为0.08mm，并使第二隔离沟道10的侧边16和第一隔离沟道7的侧边19之间的间距约为0.05mm。

例4：

在例1中仅改变步骤3和步骤8中透明导电膜材料和厚度及改变步骤4和步骤8中透明导电膜的初始烘烤温度，其余步骤与例1相同。

3、采用高精密辊胶在已沉积完顶电池P、I、N层非晶硅膜3上涂布一层厚度为2000

的ZnO透明导电浆料层5。

4、在180℃温度下，将已涂布好ZnO透明导电浆料5的玻璃板进行初步固化烘烤，烘烤时间30分钟。

8、在已激光刻划好底电池P-I-N三层非晶硅膜6的玻璃板上辊涂第二层ZnO透明导电膜8，厚度700

并在180℃温度下固化烘烤30分钟。

例5：

1、前电极图形制作：将尺寸为355.6mm×406.4mm×0.7mm的ITO、ZnO或SnO2透明导电膜玻璃膜面朝上放置到图1中第1号标刻区域内，启动大幅面红外光激光标刻系统，导入电池前电极标刻图形，并把振镜扫描系统标刻范围设定为360mm×410mm，采用单幅面标刻的方式，把衬底上的连续导电膜刻蚀成要求形状和尺寸的独立小块，如图4中7所示的阴影部分，即前电极图形。设备采用大幅面红道教外光激光标刻系统，激光波长为1064nm，激光功率为30～50瓦，激光声光频率为15～35KHz，前电极相邻图形间绝缘隔离线宽度为0.1～0.4mm，绝缘电阻大于2MΩ；

2、沉积非晶硅层：将已刻好前电极图形的衬底经超声清洗烘干后，装入镀非晶硅膜的专用夹具，推入预热烘箱预热，烘箱预热温度为200-240℃，达到工艺温度恒温1～2小时后，将夹具从预热烘箱内取出，推入非晶硅沉积系统反应真空室，采用等离子化学气相沉积(PECVD)的方法，在衬底上依次沉积P型非晶硅掺杂层、I本征非晶硅层和N型非晶硅掺杂层，制作出电池的核心部分-非晶硅光电转换层；

3、激光刻划非晶硅：将已镀好非晶硅光电转换层的基片膜面朝下启动大幅面绿激光标刻系统，导入电池非晶硅标刻图形，并把振镜扫描系统标刻范围设定为360mm×410mm，采用单幅面标刻的方式，在已沉积非晶硅的衬底上前电极图形区域内相应位置，按设计要求图形刻除非晶硅层，露出前电极引出图形，刻除非晶硅的图形和前电极图形隔离线边缘间距为0.1～0.3mm。激光波长为532nm，激光功率为10—0瓦，激光声光频率为5～25kHz；

4、背电极制作：采用丝网印刷技术，在非晶硅层表面丝印上按设计要求的碳浆导电浆料背电极图形，并推入烘箱烘干。丝网印刷采用150～250目的聚脂丝网，碳浆采用艾奇森581SS型号碳浆，固化温度为140～160℃，恒温时间为0.5～1小时。

本发明以双结(PN)非晶硅膜叠层电池为实施例进行说明，但本发明不限于双结，可以是更多的PN结，原理一样，在此不再赘述。

Claims (20)

1.一种太阳能电池，包含：

集成若干个串联在一起的光电单元，其特征在于每个光电单元包括绝缘基板(1)，前电极(2)，由叠层半导体薄膜形成的光电转换层，及背电极(9)，并包括相邻光电单元之间正负电极的连接线，所说的每个光电单元，至少有两个相互叠加的光电转换层，在非晶硅P-I-N光电转换层的N面上及底电池与背电极之间有中间透明导电膜(5)；激光刻划形成的第二和第三隔离沟道(10、11)位于第一隔离沟道(7)内，其中第三隔离沟道(11)的一边与第二隔离沟道(10)的一侧边(14)相互平行重合，第三隔离沟道(11)的另一边和第一隔离沟道(7)的一侧边(17)平行重合，其中第二隔离沟道(10)内有相邻光电单元之间正负电极的连接线。

2.如权利要求1所述的一种太阳能电池，其特征在于所述的两个叠加的光电转换层中间的透明导电膜(5)，是涂布在其中一个非晶硅P-I-N光电转换层的N面上，由纳米导电材料形成的中间透明导电膜(5)。

3.如权利要求1所述的一种太阳能电池，其特征在于所述的每一个光电单元由一个叠层非晶硅太阳能电池构成，其中一个非晶硅P-I-N光电转换层在前电极背面上构成顶电池(3)。

4.如权利要求3所述的一种太阳能电池，其特征在于所述的一个叠层非晶硅太阳能电池，其中由另一个非晶硅P-I-N光电转换层在背电极上，或在带中间透明导电膜(5)的背电极上构成底电池(6)。

5.如权利要求1所述的一种太阳能电池，其特征在于所述的光电单元的第一隔离沟道(7)，由激光穿透该光电单元的中间透明导电膜(5)和顶电池(3)膜层刻划形成，并垂直于相邻的前电极(2)背面上，沟道深度与穿透厚度相同，宽度为0.20-0.40mm。

6.如权利要求1所述的一种太阳能电池，其特征在于所述的正负电极连接线，是在第二隔离沟道(10)内由透明导电膜所构成，宽度为0.05-0.08mm。

7.一种太阳能电池制造方法，用集成方法串联若干个光电单元，其特征在于用激光刻划每个光电单元形成分割口，包括制备前电极(2)，用辊胶机涂布形成绒面中间透明导电膜(5)，还包括由叠层半导体薄膜形成光电转换层，背电极(9)，并包括在第二隔离沟道(10)内形成用于连接相邻光电单元正负电极(2，9)的导线，且第二隔离沟道(10)位于防短路和漏电的第一隔离沟道(7)内，第二隔离沟道(10)的一侧边(14)与防短路和漏电的第三隔离沟道(11)的一边(14)相互平行重合，第三隔离沟道(11)的另一边和第一隔离沟道(7)的一侧边(17)平行重合。

8.根据权利要求7所述的一种太阳能电池制造方法，其特征在于中间透明导电膜(5)是用高精度辊胶机在非晶硅光电转换层P-I-N的N面上涂布纳米导电浆料加温固化后形成的导电膜层。

9.根据权利要求7所述的一种太阳能电池制造方法，其特征是前电极上的非晶硅光电转换层的N型膜面上的中间透明导电膜(5)厚度为固化烘烤温度在130℃-180℃，烘烤时间为0.5-1.0小时；透明导电膜包括以下透明导电浆料ITO、ZnO、Sn0₂、ATO。

10.根据权利要求7所述的一种太阳能电池制造方法，其特征是激光刻划形成第一隔离沟道(7)，采用激光标刻机，激光穿透中间透明导电膜(5)、顶电池(3)各膜层刻成第一隔离沟道(7)，其沟道深度与穿透厚度相同，垂直于相邻的前电极背面，该沟道宽度为0.20-0.40mm。

11.一种太阳能电池制造方法，用于集成若干个串联在一起的光电单元，其特征是在光电转换层叠层之间增设透明导电膜，并用辊涂方法实现，其步骤如下：

步骤1、制备前电极(2)；

步骤2、沉积顶电池(3)：在前电极图形的衬底上依次沉积非晶硅P-I-N层，并同时沉积在前电极的隔离沟槽(4)内；

步骤3、辊涂第一中间透明导电膜(5)；用高精度辊胶机在顶电池N面上涂布一层厚度为的纳米透明导电浆料；

步骤4、固化烘烤：温度为130℃-180℃，时间为0.5-1.0小时；

步骤5、激光刻划第一中间透明导电膜(5)、顶电池各膜层形成防短路和漏电的第一隔离沟道(7)；

步骤6、沉积底电池(6)；

步骤7、激光穿透底电池(6)，垂直形成一条深度与顶电池(3)、第一中间透明导电膜(5)和底电池层(6)总厚度相同的，用于敷设导电线的第二隔离沟道(10)，该第二隔离沟道(10)宽度为0.05-0.08mm，位于第一隔离沟道(7)内；

步骤8、制备第二中间透明导电膜(8)：在底电池(6)上涂布纳米透明导电浆料，膜厚度为

步骤9、制备铝背电极(9)；

步骤10、在背电极上用激光刻划形成防短路和漏电的第三隔离沟道(11)：激光穿透第二中间透明导电膜(8)和铝背电极，在垂直于相邻前电极(2)膜面上形成开口的第三隔离沟道(11)，其沟道宽度为0.08-0.20mm，位于第一隔离沟道(7)内，其中第三隔离沟道(11)的一边与第二隔离沟道(10)的一侧边(14)相互平行重合，第三隔离沟道(11)的另一边和第一隔离沟道(7)的一侧边(17)平行重合。

12.如权利要求11所述的一种太阳能电池制造方法，其特征是刻划所述的第一隔离沟道(7)：采用激光标刻机，激光穿透第一中间透明导电膜(5)、顶电池(3)各膜层，刻成第一隔离沟道(7)，其沟道深度与穿透厚度相同，垂直于相邻的前电极(2)背面，该沟道宽度为0.2-0.4mm。

13.如权利要求11所述的一种太阳能电池制造方法，其特征是沉积所述的顶电池(3)：采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或甚高频等离子体化学气相沉积法(VHF-PECVD)，沉积压力50-1000Pa，温度150-250℃，在制备前电极图形的衬底上依次沉积P型非晶硅掺杂层、I本征非晶硅层和N型非晶硅掺杂层，并同时沉积在前电极的隔离沟槽内，制作出顶电池3的核心部分-非晶硅光电转换层，沉积PIN膜层厚度分别为

14.如权利要求11所述的一种太阳能电池制造方法，其特征在于辊涂所述的第一中间透明导电膜：采用高精度辊胶机在顶电池(3)N型膜面上涂布的纳米透明导电浆料，包括以下透明导电浆料ITO、ZnO、Sn0₂、ATO。

15.如权利要求11所述的一种太阳能电池制造方法，其特征是沉积所述的底电池(6)：在第一中间透明导电膜(5)背面上沉积底电池(6)非晶硅膜或微晶硅，并同时沉积在第一隔离沟道(7)内及其侧壁上，第一隔离沟道(7)具有绝缘层。

16.如权利要求15所述的一种太阳能电池制造方法，其特征在于所述的沉积底电池(6)：沉积压力为130-1000Pa，底电池P-I-N膜厚度分别为：

0.3-2.0μm、

17.如权利要求11所述的一种太阳能电池制造方法，其特征是其中步骤7为：激光穿透底电池(6)，形成一条深度与顶电池(3)、第一中间透明导电膜(5)和底电池层(6)总厚度相同的第二隔离沟道(10)，该第二隔离沟道(10)位于第一隔离沟道(7)内，第二隔离沟道的侧边和第一隔离沟道的侧边之间的间距为0.05mm，宽度为0.05-0.08mm。

18.如权利要求11所述的一种太阳能电池制造方法，其特征是制备第二中间透明导电膜(8)：在底电池(6)光电转换层N膜面上涂布一层厚度为

的纳米透明导电浆料，温度150℃-180℃，固化烘烤0.5-1.0小时。

19.如权利要求11所述的一种太阳能电池制造方法，其特征是制备所述的背电极(9)：采用平面磁控溅射或真空蒸发，在底电池的第二中间透明导电膜(8)上沉积金属铝膜为背电极(9)，铝膜电极厚度为0.5-2.0μm。

20.如权利要求11所述的一种太阳能电池制造方法，其特征是刻划形成所述的第三隔离沟道(11)：激光穿透第二中间透明导电膜(8)和铝背电极(9)，形成一条与穿透厚度相同的第三隔离沟道(11)，该沟道垂直于相邻前电极(2)膜面上，沟道宽度为0.08-0.20mm。

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