CN102082198B - 一种高功率低电压硅基薄膜太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高功率低电压非晶硅薄膜太阳能电池及其制造方法。该方法包括步骤：激光刻划前电极层P1；激光刻划硅基薄膜层P2；激光刻划背电极层P3，其特征在于：所述激光刻划前电极层P1、硅基薄膜层P2和背电极层P3分别形成第一沟道、第二沟道和第三沟道；所述前电极层、硅基薄膜层和背电极层具有数个子电池区域；相邻的子电池区域之间具有共用区域电极。本发明所批露的方法可以制造高功率、低电压的太阳能电池。

Description

一种高功率低电压硅基薄膜太阳能电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高功率低电压硅基薄膜太阳能电池及其制造方法。

背景技术

硅基薄膜太阳能电池具有成本低、弱光性能突出、高温性能好，年度发电量高(与相同功率的晶体硅电池比较)等优点，在离网式发电等领域中的应用越来越广。离网式发电系统依靠蓄电池储存光伏组件所产生的电能，所用蓄电池的电压较低(以6V，12V居多)，所需的电池功率较高；因而需要设计高输出功率低输出电压的硅基薄膜太阳能电池。

就单块非晶硅芯板而言，一般是通过激光刻划将整块芯板分割成多个具有一定宽度的电池单元节(该宽度有一个最佳范围值，过大或过小都不利于功率输出)，然后进行内部串联将各电池单元节连接起来获得所需的电压和功率。

专利号为ZL200720172723.5的中国专利公开了一种叠层太阳能电池，将传统的叠层的两层子电池内部串联改成两层子电池内部并联。该技术一方面解决了现有叠层电池中两层子电池的电流不匹配问题；另一方面使原本比单层电池电压高很多的叠层电池的电压降低到和单层电池一样。然而，相比所需要的低电压，该技术所提供的太阳能电池的电压仍然过高。

申请号为ZL200910105067.0的中国专利公开了一种“异形太阳能光伏幕墙玻璃及其制造方法”。该方法将有效面积相同的子电池串联，和/或将节数相同、电压一致的子电池并联，以充分利用各子电池的发电功率，减少各子电池因不合理的串并联导致的功率损耗。然而，该发明所要解决的技术问题是：子电池的形状和大小不一样，导致电流不一致，因而造成串联功率损失。该发明仍然无法实现光伏组件的低电压输出。

为实现光伏组件的低电压输出，通常可想到的方法是采用图1所示的设计。如图1所示，在未做特殊结构设计的通用电池芯板中间，采用激光二次加工工艺，直接在芯板的相应位置有效电池单元节上刻划出绝缘沟道13，将整块电池分为左右两个子电池，最后用焊带将左右两个子电池在外部并联起来。然而，如图1所示，这种设计人为地把芯板中的一个子电池成了两个部分，刻槽13左边部分是左边子电池的负极，右边是右边子电池的正极；这增加了一个正极，而电池正极属于太阳能电池中的无效面积，激光刻槽后，相当于把刻槽位置的单元节的一部分作成了无效面积，影响左边子电池的输出电流，造成左边子电池输出功率下降。此外，刻槽造成的电池内无效面积的增加，也将导致电池输出功率下降。更严重的是，若激光绝缘沟道13失效而出现短路现象，将导致太阳能电池无功率输出。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种高功率低电压硅基薄膜太阳能电池的制造方法，包括：

激光刻划前电极层P1；

激光刻划硅基薄膜层P2；

激光刻划背电极层P3，

其特征在于：

所述激光刻划前电极层P1、硅基薄膜层P2和背电极层P3分别形成第一沟道、第二沟道和第三沟道；所述前电极层、硅基薄膜层和背电极层具有数个子电池区域；相邻的子电池区域之间具有共用区域电极。

本发明所批露的方法可以制造高功率、低电压的太阳能电池。该电池包括在基板上依次沉积的前电极层、硅基薄膜层以及背电极层，其特征在于：所述前电极层、硅基薄膜层和背电极层分别具有第一沟道、第二沟道和第三沟道；所述前电极层、硅基薄膜层和背电极层具有数个子电池区域；相邻的子电池区域之间是一个共用区域电极。

附图说明

图1是在太阳能芯板上直接刻划绝缘沟道所制造的太阳能电池的结构示意图

图2是本发明实施例1的制造方法的各步骤的示意图

图3是根据本发明实施例1所述方法制造的太阳能电池的结构示意图

图4是图3所示太阳能电池的俯视图

图5是图3所示太阳能电池的截面示意图

图6是根据本发明实施例2所述方法制造的太阳能电池的结构示意图

图7是图6所示太阳能电池的俯视图

图8是图6所示太阳能电池的截面示意图

图9是根据本发明实施例3所述方法制造的太阳能电池的结构示意图

图10是图9所示太阳能电池的俯视图

图11是图9所示太阳能电池的截面示意图

图12是根据本发明实施例4所述方法制造的太阳能电池的结构示意图

图13是图12所示太阳能电池的截面示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例1：

本发明实施例1提供一种高功率低电压的硅基薄膜太阳能电池的制造方法，包括步骤：

步骤1：如图2a所示，选择高透光率的基板1，并在基板1上镀上透明的前电极层2。

步骤2：如图2b所示，激光刻划前电极层2(简称P1)，形成第一沟道，将前电极层2分为：两个前电极层端部电极21，两个子电池区域，以及位于两个子电池区域之间的前电极层共用区域电极23，其中每个子电池区域都包括多个前电极层单元节22。第一沟道相对于前电极层共用区域电极的中心垂直面呈镜像分布。本步骤具体程序可包括：将透明导电玻璃置于激光光刻机平台上，采用CCD定位并固定，调整激光光刻功率为7-11W，保证沟道宽度小于0.15mm；激光刻划前电极层2，前电极层端部电极21宽度为7mm，前电极层单元节22宽度为12mm，前电极层共用区域电极23宽度为26mm。前电极层端部电极21所发的电并不在输出回路中，只是作为电极引出端，因此宽度尽可能减少；左右两相邻子电池的电流汇入前电极层共用区域电极23，其电流为左边子电池与右边子电池电流之和，并考虑后续步骤中的焊线损伤问题，故其宽度应为普通电极22宽度的2倍以上，一般为2倍普通电池宽度加上2-5mm。

步骤3：在前电极层2上沉积硅基薄膜层3。具体程序可包括：将已刻划前电极层的玻璃放入沉积室，采用13.56MHz的辉光放电装置，在前电极层2上沉积P-I-N光电转换层，单结的每层薄膜厚度分别约100埃、4000埃、200埃。为防止不同层的交叉污染，在每层沉积后，用氮气充分清洗系统，即可获得电池的光电转换层。

步骤4：如图2c所示，激光刻划硅基薄膜层膜3(简称P2)，形成第二沟道9，将硅基薄膜层3刻划成与前电极层2相对应的形状，硅基薄膜层3也分为：两个硅基薄膜层端部电极31，两个子电池区域以及位于两个子电池区域的一个硅基薄膜层共用区域电极33，其中两个子电池区域各包括的多个硅基薄膜层单元节32。每条第二沟道9都与一条第一沟道10对应，且二者平行相距0.07-0.30mm。第二沟道9相对于硅基薄膜层共用区域电极的中心垂直面呈镜像分布；如图2所示的实施例中，在硅基薄膜层共用区域电极的左边，第二沟道9位于第一沟道10的右边；在硅基薄膜层共用区域电极的右边，第二沟道9位于第一沟道10的左边。本步骤的具体程序可包括：待玻璃温度降至50℃以下后取出，置于激光光刻机平台上，采用CCD定位并固定，调整激光光刻功率为0.1-0.7W，保证沟道宽度小于0.15mm。在共用硅基膜层33的左边，将硅基膜层刻划成与前电极层相对应的形状，并保证此沟道9与第一沟道10平行相距0.07-0.30mm，且第二沟道9在第一沟道10的右边；在共用硅基膜层33的右边，也将硅基膜层刻划成与前电极层相对应的形状，并保证此沟道9与第一沟道10平行相距0.07-0.30mm，且第二沟道9在第一沟道10的左边；取出后用氮气吹净表面的粉尘，保证硅基层3与铝层4的良好接触；

步骤5：在该硅基薄膜层3上真空镀背电极层4。具体程序可包括：将刻好硅基薄膜层的玻璃放入真空镀膜机内，抽真空，采用PVD工艺溅射镀背电极层4。

步骤6：如图2d所示，激光刻划背电极层4(简称P3)，形成贯穿背电极层4和硅基薄膜层3的第三沟道8，将背电极层4刻划成与该前电极层2相对应的形状，背电极层4分为：两个背电极层端部电极41，两个子电池区域以及位于该两个子电池区域之间的背电极层共用区域电极43，其中每个子电池区域都包括多个背电极层单元节42。每条第三沟道8都与一条第二沟道9对应，且二者平行相距0.07-0.30mm。第三沟道8相对于背电极层共用区域电极的中心垂直面呈镜像分布；如图2所示的实施例中，在背电极层共用区域电极43的左边，第三沟道位8于第二沟道9的右边；在背电极层共用区域电极43的右边，第三沟道位8于第二沟道9的左边。本步骤的具体程序可包括：将镀好背电极层4的玻璃置于激光光刻机平台上，采用CCD定位并固定，调整激光光刻功率为0.1-0.7W，保证沟道宽度少于0.15mm。在背电极层共用区域电极43的左边，将硅基刻划成与导电膜相对应的形状，并保证第三沟道8与第二沟道9平行相距0.07mm，且第三沟道8在第二沟道9的右边；在背电极层共用区域电极43的右边，也将背电极层刻划成与硅基相对应的形状，并保证第三沟道8与第二沟道9平行相距0.07mm，且第三沟道8在第二沟道9的左边。

步骤7：激光除膜及绝缘。具体程序可包括：使用激光将电池四边缘除去8-15mm的导电膜层，并在距除膜边缘内侧1-3mm处刻上绝缘线，防止边缘短路；清洗干燥刻好绝缘线的玻璃。

步骤8：焊线。具体程序可包括：如图2e和图2f所示，在端部电极电极41和共用区域电极43上，焊接焊带7，由于共用区域电极43上的电流为并联支路电流之和，故共用区域电极43上的焊带为端部电极电极41上的焊带宽度的2倍左右；在玻璃上铺好胶膜5，再盖好背板材料6，将焊带7从背板材料6上引出，然后将叠放好的组件先放入真空袋内进行预抽气，将空气先抽出，抽好后将装有组件的真空袋一起放入层压机或高压釜中，边抽气边进行加热压合，完成组件加工，经压合后，电池芯板与背板材料6具有紧密接触，最后装框，粘结接线盒，测试，清洗，包装，入库。

使用本实施列的方法所制造的硅基薄膜太阳能电池的结构如图3至图5所示。该电池由两个子电池组成，其两端的子电池上的电池单元节31具有同一极性的电极，33为共用的电极，由导电带72、73将电池的电流引出至负载。如图5所示，本实施例的方法实现了两个子电池共用同一负极(公共负电极)，而两端均为正极的设计；这主要依靠第三沟道8、第二沟道9以及第一沟道10在电池左右两个子电池的相对位置不同而实现，如在左边子电池的每个电池单元节中，从左至右依次是第一沟道10，第二沟道9，第三沟道8；而在右边子电池的每个电池单元节中，前电极层、硅基薄膜层和背电极层的沟道分布位置与左边子电池相反，右边子电池中，从左至右依次是第三沟道8，第二沟道9，第一沟道10，即相邻子电池内的第一、第二和第三沟道的分布呈镜像对称。在电池两端正极和共用负极上分别焊有导电带71、72，其中引出电池正极的导电带71通过汇流导电带73汇集输出，汇流导电带73下粘贴有防止子电池区域之间短路的绝缘带，绝缘带可以采用PET或其他起绝缘作用的材料制成。汇流导电带73和共用负极上的导电带72分别作为太阳能电池的正负极引出线。

采用外形尺寸为707mm×1640mm的硅基太阳能电池，给12V的蓄电池充电，要求电池的工作电压是16-19V，若是将电池采用传统的内部串联方式，电池单元节的宽度为10mm，该电池的工作电压为38-40V。而本实施例制造的相同尺寸的电池的工作电压为18-19V，组件功率与传统内部串联方式的组件功率基本一致，满足给低电压蓄电池充电要求。

实施例2：

本发明实施例2的方法与实施例1的类似，下面仅简述其不同之处。

步骤4：在激光刻划硅基薄膜层的时候，在硅基薄膜层共用区域电极的左边，第二沟道9位于第一沟道10的左边，并保证第二沟道9与第一沟道10平行相距0.15mm，而在实施例1中，前者位于后者的右边；在硅基薄膜层共用区域电极的右边，第二沟道9位于第一沟道10的右边，并保证第二沟道9与第一沟道10平行相距0.15mm，而在实施例1中，前者位于后者的左边。

步骤6：在激光刻划该背电极层的时候，在该背电极层共用区域电极的左边，该第三沟道8位于该第二沟道9的左边，并保证第三沟道8与第二沟道9平行相距0.15mm，而在实施例1中，前者位于后者的右边；在该背电极层共用区域电极的右边，第三沟道8位于第二沟道9的右边，并保证第三沟道8与第二沟道9平行相距0.15mm，而在实施例1中，前者位于后者的左边。

图6～8示出根据本实施例所制造的电池。根据本实施例的方法所制造的两个子电池共用同一正极(公共正电极)。这种设计主要依靠背电极层4的第三沟道8、硅基薄膜层3的第二沟道9以及前电极层2的第一沟道10在两个子电池的相对位置不同而实现，如在左边子电池的每个电池单元节中，从左至右依次是第三沟道8，第二沟道9，第一沟道10；而在右边子电池的每个电池单元节中，从左至右依次是第一沟道10，第二沟道9，第三沟道8，即相邻子电池内的第一、第二和第三沟道分布位置呈镜像对称。

采用外形尺寸为707mm×1640mm的电池，给12V的蓄电池充电，要求电池的工作电压是16-19V，若是将电池采用传统的内部串联方式，电池单元节的最优宽度为10mm，则该电池的工作电压为38-40V。而采用了本发明设计的共用正极的电池结构，相同组件尺寸，相同电池单元节宽度的电池工作电压为18-19V，组件功率与传统内部串联方式及共用负极的组件功率基本一致，满足给低电压蓄电池充电要求。

实施例3

本发明实施例3的方法与实施例1的类似，下面仅简述其不同之处。

步骤2：激光刻划该前电极层，形成第一沟道，将该前电极层分为：两个前电极层端部电极(即左前电极层端部电极和右前电极层端部电极)，三个子电池区域，以及位于相邻子电池区域之间的前电极层共用区域电极(共两个：左前电极层共用区域电极和右前电极层共用区域电极)，其中每个子电池区域都包括多个前电极层单元节。

步骤4：激光刻划硅基薄膜层，形成第二沟道，将硅基薄膜层刻划成与该前电极层相对应的形状，硅基薄膜层也分为：两个硅基薄膜层端部电极(即左硅基薄膜层端部电极和右硅基薄膜层端部电极)，三个子电池区域，以及相邻子电池区域之间的硅基薄膜层共用区域电极(共两个：左硅基薄膜层共用区域电极和右硅基薄膜层共用区域电极)，其中每个子电池区域都包括多个硅基薄膜层单元节。第二沟道与第一沟道平行相距0.30mm。在该左硅基薄膜层端部电极和该左硅基薄膜层共用区域电极之间，第二沟道位于第一沟道的右边；在左硅基薄膜层共用区域电极和右硅基薄膜层共用区域电极之间，第二沟道位于第一沟道的左边；在该右硅基薄膜层共用区域电极和该右硅基薄膜层端部电极之间，第二沟道位于第一沟道的右边。

步骤6：激光刻划该背电极层，形成第三沟道，将该背电极层刻划成与该前电极层相对应的形状，也分为：两个背电极层端部电极(即左背电极层端部电极和右背电极层端部电极)，三个子电池单元，以及相邻子电池区域之间的背电极层共用区域电极(共两个：即左背电极层共用区域电极和右背电极层共用区域电极)，其中每个子电池区域都包括的多个背电极层单元节。第三沟道与第二沟道平行相距0.30mm。在该左背电极层端部电极和该左背电极层共用区域电极之间，第三沟道位于第二沟道的右边；在左背电极层共用区域电极和右背电极层共用区域电极之间，第三沟道位于第二沟道的左边；在右背电极层共用区域电极和右背电极层端部电极之间，第三沟道位于第二沟道的右边。

本实施例的方法所制造的电池组合实现了三个子电池并联，见图9～11。采用外形尺寸为707mm×1640mm的电池，给6V的蓄电池充电，要求电池的工作电压是9-10V，若是将电池采用传统的内部串联方式，电池单元节的最优宽度为10mm，则该电池的工作电压为38-40V；使用本实施例的方法制造的相同尺寸的电池组件，电池单元节宽度设计为12.6mm，其工作电压为9-10V，组件功率与传统内部串联方式、共用负极和共用正极的组件功率基本一致，满足给低电压蓄电池充电要求。

实施例4：

上述实施例可以推广至实现任意个子电池并联的制造方法。图12和图13示出了14个子电池(图中显示7个+ - +单元，每单元含2子电池)并列的情形。

采用外形尺寸为350mm×406mm的电池，给0.7-1.0V的微型蓄电池充电，要求电池的工作电压是1.1-1.3V，若是将电池采用传统的内部串联方式，电池单元节的最优宽度为10mm，则该电池的工作电压为38-40V；而如图12和图13所示的14个子电池并列的电池的工作电压为1.1-1.2V，组件功率由于正极数目增加，无效面积增多，故比传统内部串联方式组件功率略低，但仍能满足给超低电压的微型电池充电要求。

从上述实施例可见，本发明所批露的方法可以制造高功率、低电压的太阳能电池。所制造的太阳能电池包括在绝缘基板上依次沉积的前电极层、硅基薄膜层和背电极层；太阳能电池由至少两个子电池并联组成，每个子电池由多个内部串联的电池单元节构成，相邻子电池内的前电极层、硅基薄膜层、背电极层的沟道分布位置相反，且相邻子电池具有一个共用区域电极。

以上结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种高功率低电压硅基薄膜太阳能电池的制造方法，包括：

    在基板上制作前电极层，激光刻划前电极层P1，形成第一沟道；

    在前电极层上沉积硅基薄膜层，激光刻划硅基薄膜层P2，形成第二沟道； 

    在硅基薄膜层上制作背电极层，激光刻划背电极层P3，形成贯穿背电极层和硅基薄膜层的第三沟道；

其特征在于：

所述前电极层、硅基薄膜层和背电极层具有数个子电池区域；相邻的子电池区域之间具有共用区域电极，所述相邻的子电池区域的第一沟道、第二沟道和第三沟道相对于其间的共用区域电极呈镜像对称分布，用激光刻除电池边缘的导电膜，在距除膜边缘的内侧刻划绝缘线，在端部电极和共用区域电极上焊接焊带，由胶膜和背板材料封装电池，且电池的电极焊带从背板材料引出。

2.权利要求1所述的高功率低电压硅基薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述的共用区域电极是公共电极，该公共电极的左、右边两边的子电池区域形成具有第一沟道、第二沟道和第三沟道的内联或外联式连接子电池区域。

3. 权利要求1或2所述的高功率低电压硅基薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述的共用区域电极由汇流导电带引出电极的正极或负极。

4. 权利要求1至3中的任何一项权利要求所述的高功率低电压硅基薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于：每条第二沟道与其所对应的第一沟道平行相距0.07-0.30mm，每条第三沟道与其所对应的第二沟道平行相距0.07-0.30mm。

5. 权利要求2所述的高功率低电压硅基薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述前电极层、硅基薄膜层和背电极层具有两个子电池区域；两个子电池区域之间具有共用区域电极。

6. 权利要求2所述的高功率低电压硅基薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述前电极层、硅基薄膜层和背电极层具有三个子电池区域；相邻的子电池区域之间具有共用区域电极。

7. 权利要求2所述的高功率低电压硅基薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述前电极层、硅基薄膜层和背电极层具有十四个子电池区域；相邻的子电池区域之间具有共用区域电极。

8. 一种高功率低电压硅基薄膜太阳能电池，包括在基板上依次沉积的前电极层、硅基薄膜层以及背电极层，其特征在于：激光刻划得前电极层、硅基薄膜层和背电极层分别具有第一沟道、第二沟道和第三沟道，该第三沟道贯穿背电极层和硅基薄膜层，每条第二沟道与其所对应的第一沟道平行相距0.07-0.30mm，每条第三沟道与其所对应的第二沟道平行相距0.07-0.30mm；所述前电极层、硅基薄膜层和背电极层具有数个子电池区域；相邻的子电池区域之间是一个共用区域电极，所述相邻的子电池区域的第一沟道、第二沟道和第三沟道相对于其间的共用区域电极呈镜像对称分布，在端部电极和共用区域电极上焊接焊带，由胶膜和背板材料封装电池，且电池的电极焊带从背板材料引出。

9. 权利要求8所述的高功率低电压硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述的共用区域电极是公共电极，该公共电极的左、右边两边的子电池区域形成具有第一沟道、第二沟道和第三沟道的内联或外联式连接子电池区域。

10. 权利要求8所述的高功率低电压硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述的共用区域电极由汇流导电带引出电池的正极或负极。

Images