在薄膜光伏电池板制造上的激光刻膜工艺方法
技术领域
本发明涉及一种激光刻膜工艺。具体涉及一种在薄膜光伏电池板制造上的激光刻膜工艺方法。
背景技术
现在在薄膜光伏电池板的制造过程中会出现的一些问题。影响电池的转换效率。
激光刻膜是用于太阳能光伏电池板制造的一个重要工序。刻膜的效果对电池的转换效率有很大的影响。目前薄膜光伏电池主要由TCO、a-Si、Al三层膜组成。由于在一定的条件要求下,如刻蚀的速度、刻蚀的线宽等,使得刻蚀工作难以达到刻蚀的精度要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种在薄膜光伏电池板制造上的激光刻膜工艺方法,从而解决了在薄膜光伏电池板上刻膜的精度要求,提高了太阳能光伏电池的转换效率。
为了达到上述目的,本发明有如下技术方案:
本发明的一种在薄膜光伏电池板制造上的激光刻膜工艺方法,有以下步骤:
1)激光刻蚀TCO膜:首先把镀好TCO膜层的玻璃板放在工作台上,调节玻璃板的平面度,在刻蚀时,按照刻蚀后TCO导电膜电阻要在2MΩ以上,且刻蚀单根线条的速度是400-1500mm/s,刻蚀线条宽度在0.05mm以下,线条的边缘应整齐无毛边的条件要求,将刻蚀用的激光的脉宽选在30-180ns,重复频率选在6-50KHz,激光器的发散角控制在<1mrad,激光光束质量m2<1.3,激光器温度控制在设定温度的±0.10C以内,并在玻璃板两端距离玻璃板边缘3mm处各刻画一条隔离线;
2)激光刻蚀a-Si膜:激光刻蚀TCO膜完成后,把玻璃板送去镀a-Si膜层,再放在工作台上调节玻璃板的平面度,刻蚀时,选用532nm波长的绿光激光器,该激光器输出平顶高斯光束,输出为基膜、发散角要控制在<1mrad,激光光束质量m2<1.3,激光器温度控制在设定温度的±0.1℃以内。单光路平均功率0.8W-1.2W;
3)激光刻蚀AL膜:激光刻蚀a-Si膜完成后,把玻璃板送去镀AL膜层,再放在工作台上调节玻璃板的平面度,刻蚀时,选用光斑直径0.8mm的基膜,波长为532nm的绿光激光器,激光发散角控制在<1mrad,激光光束质量m2<1.3,单光路平均功率0、18W-0.22W,激光器温度控制在设定温度的±0.1℃以内;
4)对工作台的控制:行程在1400mm的工作台的直线度要求在0.02mm以内,精度±0.002mm。
其中,所述步骤1)的刻蚀单根线条的速度为400mm/s时,激光频率选为7kHz以上,脉宽在130nm以内,且单光路功率应达到7W以上。
其中,所述步骤2)的刻蚀速度在1000mm/s以上时,脉宽要小于40ns,重复频率在30Khz以上,且功率不稳定性不得大于10%。。
其中,所述步骤3)对激光刻蚀AL膜的线条宽度为0.08mm的情况下、刻蚀速度为400mm/s时,频率应为6.5-6.8KHz。。
其中,所述4)的工作台运行速度高于1000mm/s时,工作台自重应大于10吨。
由于采取了以上技术方案,本发明的优点在于:
1、TCO膜层刻蚀后线条两边电阻值要大于2MΩ,线条宽度小于0.05mm,直线度小于0.02mm/1400mm,线条之间的间距误差小于0.05mm。
2、a-Si膜层刻蚀后边缘锐利,线条中无刻蚀残留物,不灼伤TCO膜层;线条宽度在0.05-0.08mm、直线度小于0.02mm/1400mm、线条之间的间距误差小于0.05mm。
3、AL膜层刻蚀后边缘锐利,不灼伤TCO膜层,线条宽度在0.05-0.08mm、直线度小于0.02mm/1400mm、线条之间的间距误差小于0.05mm。
4、刻蚀完成后除了电池板两端的隔离线,没有线条相交的现象产生。
5、由于到达以上1-4的精度要求,本发明的太阳能光伏电池的转换效率得以大大提高。
附图说明
图1为本发明刻膜的示意图。
图中,1、TCO膜;2、a-Si膜;3、Al膜;P1、TCO膜层的刻蚀线条;P2、a-Si膜层的刻蚀线条;P3、Al膜层的刻蚀线条。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明的一种在薄膜光伏电池板制造上的激光刻膜工艺方法,具体实施如下:
如图1所示,薄膜光伏电池主要由TCO、a-Si、Al三层膜组成。刻蚀时,首先把镀好TCO膜层的玻璃板放在工作台上。调节好玻璃板的平面度后按要求的位置和间距开始用激光刻蚀;完成后把玻璃板送去镀a-Si膜层,再放在工作台上按要求刻蚀a-Si膜层;完成后再把玻璃板去镀AL膜层;再放在工作台上开始刻蚀AL膜层,就完成了太阳能电池板的激光刻膜流程。具体步骤如下:
1、TCO膜的刻蚀:TCO膜是一种透明导电膜,其透过率很高,该膜层对激光能量的利用率不到20%(不同厂家的镀膜有差别)。目前的生产厂家对TCO膜刻蚀一般要求是刻蚀后导电膜电阻要在2MΩ以上,且刻蚀单根线条的速度是400-1500mm/s。经过试验,我们将激光的脉宽选在30-180ns,重复频率选在6-50KHz来满足不同需求。一般情况下,当速度要求为400mm/s时,激光频率选为7kHz以上,脉宽在130nm以内,且单光路功率应达到7W以上,比较合适。TCO膜是非金属材料。为了提高电池转换效率,要求刻蚀线条宽度在0.05mm以下,线条的边缘应整齐无毛边。据此,激光器的发散角要控制在<1mrad.、光束质量m2<1.3。为了达到理想的功率稳定性,激光器的温度控制在设定温度的±0.1℃以内。由于玻璃板在镀TCO膜层时候玻璃板边缘的倒角附着导电层。我们在电池板两端距离电池板边缘3mm处各刻画一条隔离线,将倒角部分排除掉。
2、a-Si膜的刻蚀:a-Si膜层镀在TCO膜层上,它刻蚀的P2离P1线一般情况下偏移0.15mm,见图1。
a-Si膜的主要构成是硅材料。它对532nm的绿光吸收比较好。故我们选用532nm波长的绿光激光器。如图2所示,由于a-Si膜是镀在TCO膜层上,故要考虑刻蚀不能伤到TCO膜层。最理想的办法是采用能输出平顶高斯光束的激光器。激光器的要求是基膜、发散角要控制在<1mrad.、m2<1.3。如果要求刻蚀速度在1000mm/s以上时,脉宽就要小于40ns,重复频率在30Khz以上,且功率不稳定性不得大于10%。为了达到理想的功率稳定性要选用恒温冷却系统。激光器的温度控制在设定温度的±0.1℃以内。单光路平均功率1W。
3、AL膜的刻蚀:AL膜层镀在a-Si膜层上。如图1所示,AL膜层和TCO膜层之间为a-Si膜。AL膜层的刻划是实际上是向a-Si释放激光在a-Si吸收激光能量后将AL膜层爆开的过程。所以它的刻划需要的激光器的指标比较苛刻。如果激光功率太大容易灼伤TCO膜层。激光功率太小容易使AL膜层和TCO膜层边缘相连,引起电池短路。而且在线条上会出现残留物。通过试验,我们选用激光的发散角控制在<1mrad.、m2<1.3、光斑直径0.8mm的基膜、532nm波长绿激光,单光路平均功率大约0.2W时就能满足该膜层的刻划要求。所以我们要考虑激光器在小功率情况下出光阈值,以取得理想的功率稳定性。可以加上衰减片以求在激光器稳定段工作。为了达到理想的功率稳定性要选用恒温冷却系统。激光器的温度控制在设定温度的±0.1℃以内。刻蚀后的剖面以圆锥形为佳,以利于断开AL膜层和TCO膜层,满足电池板的生产工艺需要。线条上的光斑重合部分要尽量少一点,以提高电池的性能。所以结合不同直径大小的光斑,激光频率要和刻蚀速度相匹配,其重合度以可以断开AL膜层为准。一般地,在线条宽度为0.08mm的情况下、刻蚀速度为400mm/s的时,频率应为6.5-6.8KHz。不同的速度,要求相对应的激光频率。所以我们要在生产过程中按照生产速度要求来选择相对应脉宽和重复频率的激光器。
4、在激光刻蚀的工作过程中。由于电池板的面积比较大,经过高温镀膜后,电池板会有一定的变形。所以我们的聚焦系统的焦深要比较大。还要考虑线宽的要求。故我们要选择的聚焦系统应兼顾以上情况。一般地,发散角为<1mrad.、m2<1.3、光斑直径为0.8mm的绿光,在不扩束的情况下用F=100mm的聚焦镜。
5、工作台对电池板的刻蚀有很大的影响。主要有这几点:
5.1直线度和精度。电池板的三条线总宽度相加不到0.5mm。工作台的直线度和精度不好,很容易使所刻线条交叉而产生废品。采用光栅反馈的全闭环系统是比较好的。行程在1400mm的工作台的直线度要求在0.02mm以内。精度±0.002mm
5.2稳定性。当下由于生产厂家对生产效率的要求,工作台的移动速度越来越高。出于对安全和生产的需要,提出了对工作台的稳定性和平稳性的要求。在运动过程中不允许出现抖动现象。当速度高于1000mm/s时工作台自重应大于10吨。
6、我们对刻膜过程中的刻蚀效果的检测。刻蚀完成后除了电池板两端的隔离线,不允许有线条相交的现象产生。
6.1、TCO膜层刻蚀后主要检测的是线条两边电阻值,一般要大于2MΩ。线条宽度小于0.05mm。直线度小于0.02mm/1400mm、线条之间的间距误差小于0.05mm.
6.2、a-Si膜层刻蚀后用显微观察要求边缘锐利。线条中不允许有刻蚀残留物。不能灼伤TCO膜层。线条宽度在0.05-0.08mm、直线度小于0.02mm/1400mm、线条之间的间距误差小于0.05mm。
6.3、AL膜层刻蚀后用显微镜观察要求边缘锐利。不能灼伤TCO膜层。线条宽度在0.05-0.08mm、直线度小于0.02mm/1400mm、线条之间的间距误差小于0.05mm。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。