CN101465388B - 可透光非晶硅薄膜太阳电池模块及其制造方法 - Google Patents

可透光非晶硅薄膜太阳电池模块及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可透光非晶硅薄膜太阳电池模块及其制造方法，该电池模块包括绝缘基板，该绝缘基板的一个面上依次有第一电极层、p-i-n非晶硅膜层和第二电极层形成薄膜太阳电池，绝缘基板上有多个用于透光的通孔，通孔的面积之和为绝缘基板面积的5～30％，通过在绝缘基板上形成通孔，沉积第一电极层、p-i-n非晶硅膜层和第二电极层形成薄膜太阳电池。与现有电池模块相比，本发明不使用低效率的激光切割工艺切割透光性开口，因此提高了生产效率，降低成本，透光孔口径、形状和布置方式可以随意调整，可满足幕墙等光伏-建筑一体化的美学要求。

Description

可透光非晶硅薄膜太阳电池模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种非晶硅太阳电池及其制备方法，具体是以绝缘材料作为基板的可透光非晶硅薄膜太阳电池模块及其制造方法。
背景技术
作为幕墙等建筑构件的光伏-建筑一体化太阳电池组件一般要求透光率10～20％，传统的这种太阳电池组件包括非晶硅薄膜太阳电池组件在实际生产中是将电池模块间断排列，通过电池模块之间的间隙透光，并通过间隙的大小来调节透光率。这样的布置方式过于平淡，难以满足建筑美学的要求。
可透光的非晶硅薄膜太阳电池模块一般方法是在透明基板上形成薄膜太阳电池，用激光在薄膜太阳电池上刻蚀形成透光性开口。如中国专利申请公开说明书CN1723573A公开一种高功率、高透光性且外观佳的透光性薄膜太阳能电池模块及其制造方法，该模块包括顺次层积在绝缘基板主面上的第一电极层、半导体层以及第二电极层的多层膜；含有至少除去了第二电极层的多个透光性开口孔，透光性开口孔的直径是30～500μm。
中国专利申请公开说明书CN101232058A公开一种透光型薄膜太阳能电池模块及其制造方法，在透明电极材料层中形成两个方向的开口，避免高温的激光切割工艺而导致短路的问题，而影响工艺良率，另外，还具有暴露出透明基板的X-Y方向交叉的开口，且无覆盖透明电极，通过开口提高电池的透光率。
为了不导致薄膜层的损伤，开口的制作都采用激光切割。受激光功率和光点尺寸的限制，切割速度和效率难以满足大规模生产要求，开口尺寸较小，难以满足较大的透光要求，如想制得透光开口较大，或者透光开口面积比例较大的透光型薄膜太阳能电池，将会产生很高的加工成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、可大规模生产的可透光非晶硅薄膜太阳电池模块及其制造方法。
本发明的可透光非晶硅薄膜太阳电池模块包括绝缘基板，该绝缘基板的一个面上依次有第一电极层、p-i-n非晶硅膜层和第二电极层形成薄膜太阳电池，绝缘基板上有多个用于透光的通孔，通孔的面积之和为绝缘基板面积的5～30％。
上述绝缘基板可用玻璃、聚合物材料等，厚度一般要求0.5～20mm。由于玻璃板价廉，透光率、高温性能较好，适于大批量生产，绝缘基板优选的是玻璃板，如2～5mm厚度的低铁超白浮法玻璃。
通孔的形状、大小和布置方式可根据用户的使用要求而制作。对于玻璃板而言，通孔优选的是直径4～200mm等间距阵列分布的圆孔。
上述非晶硅薄膜太阳电池的制造方法依次包括以下步骤：
A.在绝缘基板上形成通孔，对通孔的孔壁抛光；
B.在绝缘基板的一个面上依次沉积第一电极层、p-i-n非晶硅膜层和第二电极层形成薄膜太阳电池，在各层形成后切出电池单元隔离线；
C.去除堵塞在通孔的柱状体和通孔边缘的薄膜沉积物。
步骤A中，对孔壁抛光后，还可以用截面尺寸大小与通孔吻合的柱状体堵塞通孔，制作柱状体的材料的热膨胀系数最好等于或小于绝缘基板材料，以免生产过程膨胀而挤压绝缘基板。柱状体材料的熔点或软化点也应高于加工环境温度，以免生产过程柱状体熔融或软化而不能堵塞通孔，在后续生产中难以脱除。
为便于加工，柱状体最好附载在与绝缘基板热膨胀系数相同或接近的材料制成的平板上。平板的热膨胀系数可与绝缘基板稍有差别，或者称平板的热膨胀系数可与绝缘基板接近，是由于柱状体与绝缘基板之间还有空隙，该空隙可以化解生产过程中膨胀率的差异，只要在生产过程不会因热膨胀而挤压破坏绝缘基板，这样的平板就可以被选用。对于绝缘基板为玻璃板而言，平板材料优选为玻璃，柱状体的材料优选为热膨胀系数较低的锂铝硅微晶玻璃。
步骤B中，第一电极层和第二电极层是配对的正负极。第一电极层、p-i-n非晶硅膜层和第二电极层可采用已有的方法形成。
对于绝缘基板为玻璃板而言，可采用已有的化学沉积法喷涂ITO膜或TCO膜(ZnO膜、SnO2膜、SnO2/ZnO复合膜)等透光性导电膜作为正极的第一电极层，用激光束在透光性导电膜层切割出绝缘隔离线；使用已有的辉光放电法(PECVD)、光化学气相沉积法(Photo-CVD)、热丝法(Hot-wire)及溅射法(Sputtering)等在透光性导电膜上生长一层或多层层叠的p-i-n非晶硅膜，再用激光束切割出绝缘隔离线；采用已有的磁控溅射法等在p-i-n非晶硅膜上沉积铝电极或银电极作为负极的第二电极层，再用激光切割或者掩模蒸发形成绝缘隔离线，由此形成串联和/或并联连接的多个电池单元组成的薄膜电池模块。
步骤C中，可采用砂轮等抛光机器去除通孔边缘和孔壁中的薄膜沉积物，使通孔边缘的薄膜绝缘。
与现有电池模块相比，本发明不使用低效率的激光切割工艺切割透光性开口，因此提高了生产效率，降低成本，可大规模生产，透光孔口径、形状和布置方式可以随意调整，可满足幕墙等光伏-建筑一体化的美学要求。
具体实施方式
实施例1
装夹厚度为3mm，大小为520×410mm的低铁超白浮法玻璃板，用玻璃钻孔机上下钻头先后钻出直径为5mm的圆形通孔，排列方式为34×26等间距阵列分布，四周保留5mm的边部。
对孔壁抛光，清洗玻璃板后用固定在上述低铁超白浮法玻璃上的锂铝硅微晶玻璃柱状体从一个面堵塞通孔，柱状体截面与透光孔大小相吻合，玻璃板的另一个面进行下面所述的加工。
在常压480℃的环境下使用化学沉积法增玻璃板上生长TCO透明导电膜层(SnO2/ZnO复合膜)，喷涂厚度为0.8μm。用绿色激光在TCO透明导电膜层切出绝缘隔离线。
用辉光放电法制备p-i-n非晶硅膜0.5μm：把硅烷和硼烷导入200℃真空反应室内，用等离子辉光放电加以分解，形成p型非晶硅膜，停止加入硼烷形成i型非晶硅膜，再加入磷烷生长n型非晶硅膜。这样，通过交替变换原料气体，在玻璃上沉积0.5μm厚度的多层p-i-n非晶硅薄膜。沉积结束后再转移到降温室以每小时60～80℃降温至室温。再用激光束在p-i-n非晶硅膜上切割绝缘隔离线。
用磁控溅射法，在真空镀膜室内充入氩气，金属铝作为阴极，在非晶硅薄膜表面溅射沉积1μm厚度的铝层作为非晶硅薄膜电池的负极，然后用激光束切割绝缘隔离线。
去除通孔中的柱状体，用抛光砂轮磨掉通孔边缘和孔壁上的非晶硅电池薄膜使通孔边缘的非晶硅薄膜绝缘。
实施例1制得的非晶硅薄膜太阳电池模块透光率8％，光电转换率7.4％，可用于制造建筑物上阳光直接照射位置的幕墙玻璃。
实施例2
生产步骤和工艺条件与实施例1相同，改变了通孔的直径为8mm。
实施例2制得的非晶硅薄膜太阳电池模块透光率20％，光电转换率7.2％，可用于制造一般的建筑幕墙玻璃。

Claims (5)

1.一种可透光非晶硅薄膜太阳电池模块，包括绝缘基板，该绝缘基板的一个面上依次有第一电极层、p-i-n非晶硅膜层和第二电极层形成薄膜太阳电池，其特征在于，所述绝缘基板为玻璃板，该玻璃板上有多个用于透光的通孔，通孔的面积之和为绝缘基板面积的5～30％。
2.权利要求1所述可透光非晶硅薄膜太阳电池模块的制造方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
A.在绝缘基板上形成通孔，对通孔的孔壁抛光，用截面尺寸大小与通孔吻合的柱状体堵塞通孔；
B.在绝缘基板的一个面上依次沉积第一电极层、p-i-n非晶硅膜层和第二电极层形成薄膜太阳电池，在各层形成后切出电池单元隔离线；
C.去除堵塞在通孔的柱状体和通孔边缘的薄膜沉积物。
3.根据权利要求2所述可透光非晶硅薄膜太阳电池模块的制造方法，其特征在于，所述柱状体材料热膨胀系数等于或小于绝缘基板材料。
4.根据权利要求2或3所述可透光非晶硅薄膜太阳电池模块的制造方法，其特征在于，所述柱状体负载在与绝缘基板热膨胀系数相同或接近的材料制成的平板上。
5.根据权利要求2或3所述可透光非晶硅薄膜太阳电池模块的制造方法，其特征在于，所述绝缘基板为玻璃板，柱状体的材料为锂铝硅微晶玻璃。
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