CN102237441A

CN102237441A - 应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法

Info

Publication number: CN102237441A
Application number: CN2011100959984A
Authority: CN
Inventors: 杜洁; 王继存; 孙瑞萍; 佟鑫; 麦耀华; 贾海军
Original assignee: BAODING TIANWEI SOLARFILMS CO LTD; Baoding Tianwei Group Co Ltd
Current assignee: BAODING TIANWEI SOLARFILMS CO LTD; Baoding Tianwei Group Co Ltd
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2031-04-18
Also published as: CN102237441B

Abstract

本发明涉及一种应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法，属于薄膜太阳能电池技术领域。技术方案是：在完成绝缘透光基板上沉积前透明导电电极、薄膜光电转化层、背导电电极后，采用不同波长的激光器，通过将上述三层薄膜切断，来形成不同大小、不同长宽比的绝缘区域；然后使用具有振镜系统的激光划刻设备，在绝缘区域内去除三层薄膜，通过改变振镜角度、激光能量的大小及激光适时开关，划刻出图案；绝缘区域外的膜层可实现发电功能；绝缘区域内部，露出前玻璃的位置，光线可以直接透过电池，实现组件透光的功能。应用本发明实现新型透光太阳能组件的制备，在达到不低于现有技术制备的太阳能薄膜电池组件的输出电性能及透光性的同时，还具有成本低、工作效率高、操作简单，透光图像多样化、易实现等特点。

Description

应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法

技术领域：

本发明涉及一种应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法，属于薄膜太阳能电池技术领域。

背景技术：

目前，光伏建筑一体化（BIPV）建筑是最先进、最有潜力的高科技绿色节能建筑，也是目前世界上大规模利用光伏技术的重要方向。BIPV是指将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的维护结构外表面来提供电力。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而倍受关注。根据光伏组件与建筑结合形式的不同，BIPV系统可分为两大类：一类是光伏组件与建筑的结合，将光伏组件依附于建筑物上，建筑物作为光伏组件载体，起支承作用。另一类是光伏组件与建筑的集成，光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏组件成为建筑不可分割的一部分，如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等、具有发电、隔热、遮阴及防紫外线等多种功能，显然后者将大大减少建筑材料的消耗，更有利于未来BIPV的发展；本发明主要适用于第二类BIPV。

可以与建筑集成的太阳电池组件种类包括单晶硅、多晶硅以及硅基系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池、铜铟镓锡系列薄膜电池等，其中后者几类薄膜电池以其独特的美观性能（透射光为自然光，可以实现均匀透光）、稳定可靠的发电性能、经济低廉的成本和设计选型的多样性，能够比较完美的实现光伏建筑一体化。要使薄膜电池组件代替当前建筑中普遍使用的玻璃幕墙，组件必须具有透过一定自然光的能力，目前通常使用的工艺是采用激光划刻的方法，一般的工艺流程为：当电池的背电极沉积完后，利用波长为532nm的高能密度的激光束，把组件中的背电极和吸收层刻蚀掉，露出前透明导电薄膜，这样自然光就可以透过组件。通过控制激光头的运动，在电池上可以制作出具有规则的沟槽状结构的透光结构，组件的透光率可以通过改变划刻沟槽状结构的线宽和密度来调整。但上述方法存在许多无法克服的缺点：（1）、首先该技术产率较低，以面积为1.1×1.3m²、透光率30%的电池组件为例，假如激光划刻速度达到1.5m/s，光斑直径范围通常为200μm，为了实现30%的透过率，需要划刻1800次，一块组件耗时达30分钟，不利于大规模的产业化生产。（2）、其次，该技术会引入划刻缺陷，影响电池电学特性。尤其对于透光率要求较高的产品，直线槽划刻的条数越多，与电池相交叉的位置就越多，出现划刻缺陷的几率就越大，从而降低组件性能，严重影响组件的效率和产率。（3）、该方法仅限于平行子电池或垂直子电池的直线槽或透光孔，除此之外，无法变换图形和花样，制作的产品单一简单。

发明内容：

本发明目的是提供一种应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法，在保证太阳能薄膜电池组件的输出电性能及透光性的同时，具有成本低、工作效率高、操作简单，透光图像多样化、易实现等特点，解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法，包含如下工艺步骤：

（1）在完成绝缘透光基板上沉积前透明导电电极、薄膜光电转化层、背导电电极后，采用不同波长的激光器，通过将上述三层薄膜切断，来形成不同大小、不同长宽比的绝缘区域；

（2）使用具有振镜系统的激光划刻设备，在绝缘区域利用高能量密度的激光透过玻璃基板内去除前透明导电电极、薄膜光电转换层及背导电电极三层薄膜，通过改变振镜角度、激光能量的大小及激光实时开关，划刻出需要的图案；露出前玻璃的位置，光线可以直接透过电池，实现透光的功能，绝缘区域外的膜层可实现发电功能；

（3）使用具有振镜系统的激光设备，使激光透过玻璃基板依照所设计的绝缘区域的大小扫除电池四周的部分膜层，实现电池的边绝缘。

所说的薄膜电池为硅基系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池、铜铟镓锡系列薄膜电池或有机化合物材料薄膜电池等

所说的绝缘区域面积可占总面积的5%-50%，同时绝缘区域的数量及大小可根据美观及比例任意调整，并且其选择区域可平行于单个子电池也可垂直于单个子电池。

绝缘区域的制作步骤包括：（1）使用波长为532nm的绿激光对所选区域的边缘进行划刻，去除前透明导电电极、薄膜光电转换层；（2）使用波长为1064nm的红激光或355nm的紫外激光对所选区域的边缘进行划刻，去除背导电电极。

所说的使用具有振镜系统的激光划刻设备，在绝缘区域能够同时去除前透明导电电极、薄膜光电转换层及背导电电极三层薄膜。

所说的使用具有振镜系统的激光划刻设备与下道工序使用具有振镜系统的激光设备实现电池的边绝缘，为同一台设备。

所述的具有振镜系统的激光划刻设备，在绝缘区域划刻出需要的图案，包括条状、网状、孔状、点线状以及其它图案。

本发明能够与通常的薄膜太阳能电池组件生产相兼容。该方法主要是在完成绝缘透光基板上沉积前透明导电电极、光电转换层、背透明导电电极后，选择适当的区域与位置，利用激光划刻形成单个或多个绝缘的区域。绝缘区域外部保留正常的薄膜电池结构，实现电池发电的功能；绝缘区域内部，利用具有振镜系统的激光设备，通过振镜结构角度的变化与激光适时的开闭，根据软件输入的图案指令，实现绝缘区域内特定位置的逐点扫描划刻，按照设计好的图案对绝缘区域内部的膜层进行移除，图案可以是条状、网状、孔状、点线状以及各种特定图案。被移除膜层的部分，光线可以直接透过电池，实现透光的功能，同时透光与非透光区域的明暗对比，显示出预设的图案花型。

本发明具备如下优点：本发明利用振镜系统激光设备制备透光薄膜太阳能电池,该工艺由于图案所在的绝缘区域与参与发电的各个子电池完全绝缘，所以绝缘区域内部任何图案的扫描划刻质量完全不会影响到电池发电区域，这将大大降低透光处理对太阳能薄膜电池组件电性能的影响；同时振镜扫描系统具有单位时间内划刻面积大，可操控性好，图形变化灵活等优点，所以该方法在有效提高工作效率的同时能够极大的丰富薄膜电池透光组件产品的多样性，满足不同市场需求。应用本发明实现新型透光太阳能组件的制备，在达到不低于现有技术制备的太阳能薄膜电池组件的输出电性能及透光性的同时，还具有成本低、工作效率高、操作简单，透光图像多样化、易实现等特点。

附图说明：

图1为本发明新型薄膜透光组件的剖面图；

其中：1是玻璃衬底；2是前电极层；3是光电转换层；4是背电极层。

图2为依照透光要求所设计的实施例一长条形绝缘区域与透光组件的俯视图；

图3为依照透光要求所设计的实施例二长方形绝缘区域与透光组件的俯视图；

其中：5为绝缘区域；6为电池发电区域；7为透光区域，8为绝缘线。

图4为绝缘区域绝缘线划刻切面图；

其中：1是玻璃衬底；2是前电极层；3是光电转换层，4是背电极层。

具体实施方式：

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

绝缘透光基板为玻璃衬底1，前透明导电电极为前电极层2、薄膜光电转化层为光电转换层3、背导电电极为背电极层4。

实施例一：

应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件透光的方法包括以下步骤：

a. 参见附图1：在浮法玻璃衬底1上利用低压化学气相沉积的技术或磁控溅射技术沉积透明导电薄膜作为电池的前电极层2；然后利用等离子体化学气相沉积技术（PECVD）在镀膜玻璃衬底上沉积薄膜硅p-i-n或者p-i-n/p-i-n叠层结构及三结硅基薄膜光电转换层3；在上述光电转换层上面采用低压化学气相沉积的技术生长透明导电薄膜作为电池背电极层4；

b. 参见附图2：本实施例采用长条形绝缘区域5，此区域是用作进行透光处理的，边缘为分割电池区域与绝缘区的绝缘线8；通过改变长条形的长宽比例及数量，可改变绝缘区域的大小；

c. 参见附图4：利用波长为532nm的绿光激光器使激光光束透过玻璃衬底1对太阳能薄膜组件按步骤b中所述绝缘区域边缘进行划刻；光电转换层3吸收激光能量、气化并顶开覆盖在上方的透明导电背电极层4，从而同时去除薄膜的光电转换层3和背电极层4，单线划线线宽在70μm-500μm之间优化，划线条数在1-10条之间优化，本实施实例总线线宽取值1000μm；

d. 参见附图4：在上述总线宽为1000μm的划刻凹槽内部，利用波长为1064nm的红外激光器或波长为355nm的紫外激光器对遗留的ZnO前透明导电薄膜进行划刻，移除部分ZnO薄膜，则该位置三层薄膜均被移除，单线划线线宽在40μm -90μm之间优化，划线条数在2-5条之间优化，本实施实例总线线宽取值300μm。划刻过程中，要保证步骤c中所述划线均在步骤b中所述划线内侧，且步骤c中划线总线宽小于步骤b中划线总线宽；通过进行上述两次划线，进而实现所选区域与外界区域的完全绝缘；

e. 参见附图2：根据透光图形的试样、大小、位置，确定振镜的扫描范围，结合图形信息编辑到软件程序当中，通过软件来控制振镜的角度、能量变化，在绝缘区域内部透过玻璃衬底进行划刻，将前导电电极层、光电转换层和背导电电极层去除，去除的部分露出前玻璃，光线可以直接透过，实现组件的透光功能。

f. 使用具有振镜系统的激光设备，使激光透过玻璃基板依照所设计同时去除电池四周的部分膜层，实现电池的边绝缘。

g. 经过振镜系统激光扫描划刻与边绝缘处理后，需清洗掉电池上残留的细微颗粒，从而保证电池的性能。

h. 进行PVB或EVA层压工艺，保证组件稳定性。

实施例二：

b. 参见附图3：本实施例采用长方形绝缘区域5，此区域是用作进行透光处理的，边缘为绝缘线8。通过改变长方型的长宽比例及数量，可改变绝缘区域的大小；

e. 参见附图3：根据所设计特殊图案透光图形的试样、大小、位置，确定振镜的扫描范围，结合图形信息编辑到软件程序当中，通过软件来控制振镜的角度、能量变化，在绝缘区域内部透过玻璃进行划刻，将前导电电极层、光电转换层和背导电电极层去除，去除的部分露出前玻璃，光线可以直接透过，实现组件的透光功能；

f. 使用具有振镜系统的激光设备，使激光透过玻璃基板依照所设计同时去除电池四周的部分膜层，实现电池的边绝缘；

g. 经过振镜系统激光扫描划刻与边绝缘处理后，需清洗掉电池上残留的细微颗粒，从而保证电池的性能；

h. 进行PVB或EVA层压工艺，保证组件稳定性。

Claims

1.一种应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法，其特征在于包含如下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述之应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法，其特征在于所说的薄膜电池为硅基系列薄膜电池、碲化镉系列薄膜电池、铜铟镓锡系列薄膜电池或有机化合物材料薄膜电池。

3.根据权利要求1或2所述之应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法，其特征在于所说的绝缘区域面积可占总面积的5%-50%，同时绝缘区域的数量及大小可根据美观及比例任意调整，并且其选择区域可平行于单个子电池也可垂直于单个子电池。

4.根据权利要求3所述之应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法，其特征在于绝缘区域的制作步骤包括：（1）使用波长为532nm的绿激光对所选区域的边缘进行划刻，去除前透明导电电极、薄膜光电转换层；（2）使用波长为1064nm的红激光或355nm的紫外激光对所选区域的边缘进行划刻，去除背导电电极。

5.根据权利要求1或2所述之应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法，其特征在于所说的具有振镜系统的激光划刻设备与下道工序使用具有振镜系统的激光设备实现电池的边绝缘，为同一台设备。

6.根据权利要求1或2所述之应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法，其特征在于所述的具有振镜系统的激光划刻设备，在绝缘区域划刻出需要的图案，包括条状、网状、孔状、点线状以及其它图案。