CN102396074B - 具备边距的太阳能电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备不使处理工序变得复杂而防止太阳能电池的特性下降的优选的边距的太阳能电池组件。一种太阳能电池组件，至少具有：基板玻璃；在基板玻璃的上方形成的第一层；在第一层的上方形成的第二层，其中，通过利用具备第一能量的第一除去机构将第一层除去，在从第一层的端部到玻璃基板的端部之间设置未形成第一层的第一边距，通过利用具备第二能量的第二除去机构将第二层除去，在从第二层的端部到玻璃基板的端部之间设置未形成第二层的第二边距。其特征在于，第二边距的宽度大于第一边距的宽度。

Description

具备边距的太阳能电池组件
技术领域
本发明是涉及具备边距的太阳能电池组件的技术，尤其是涉及CIS(CuInSe2系即包含CIS、CIGS、CIGSS等的总称)系薄膜太阳能电池组件。 
背景技术
一直以来，CIS系薄膜太阳能电池组件在基板(109)表面层叠有金属背面电极层、p形光吸收层、高电阻缓冲层、n形窗层(透明导电膜)等各层而构成CIS系薄膜太阳能电池组件，在其上放入EVA(Ethylene-Vinyl Acetate)树脂、PVB(PolyVinyl Butyral)等具有密封效果的填充材料(103)，层压并安装上表面的盖玻璃(102)，利用铝等框架(101)对其进行包围而覆盖太阳能电池组件的端部。通过在框架与太阳能电池组件之间夹入树脂等(未图示)，来防止水等湿气从盖玻璃(102)的端部侵入，提高耐气候性(参照图1)。 
另一方面，为了实现太阳能电池组件的轻量化、制造成本的减少，存在不安装铝框架的无框架的太阳能电池组件。作为此种无框架的太阳能电池组件，提出有一种将受光面侧薄膜、受光面侧填充材料、利用连接片电连接的多个太阳能电池元件、背面侧填充材料、背面侧薄膜以重叠的方式依次配设而成的太阳能电池组件，对所述受光面侧薄膜的周缘部和所述背面侧薄膜的周缘部进行热熔敷的结构(参照专利文献1)。 
另外，作为另一无框架的太阳能电池组件，提出有一种将无框架太阳能电池组件铺设于具有斜度的住宅屋檐等被安装构件时，在沿着被安装构件的斜度方向相邻的太阳能电池组件之间夹设棒状接缝材料而铺设太阳能电池组件，棒状接缝材料的整体不从太阳能电池组件的表面突出的结构(参照专利文献2)。 
而且，还提出有一种在太阳能电池电路的周边设有边距(edge space，未堆积装置层的空间)的无框架太阳能电池组件(参照图2及专利文献3)。通过设置边距，无需安装框架，与具备框架的类型相比，能够减少制造成本及实现太阳能电池组件的轻量化。作为该类型的太阳能电池组件的制造方法，在基板(109)的受光面侧的整面制膜形成了层叠膜(第一电极(108)/半导体层(107)/第二电极(104))后，利用激光或喷砂器等除去与边距对应的区域的层叠膜，从而形成边距(参照图2)。例如，在专利文献4中公开有一种使用了YAG激光的除去边距区域的层叠膜的技术。 
专利文献1：日本特开2006-86390 
专利文献2：日本特开2002-322765 
专利文献3：日本特开2008-282944 
专利文献4：日本特表2002-540950 
在除去边距部分的层叠膜时，存在太阳能电池电路的性能(尤其是转换效率)下降的问题。在此，太阳能电池电路是指在进行边距的形成、盖玻璃的层压之前在基板上制膜形成有层叠膜的部件。以下，说明CIS系薄膜太阳能电池的情况下该问题的发生原理。 
图3A是CIS系太阳能电池电路的从受光面侧观察而得到的俯视图，图3B是与分割槽正交方向(图3A的a-a’)的CIS系薄膜太阳能电池电路的剖视放大图。如图3B所示，该电路由通过相互平行的多个分割槽分割有半导体层及第二电极的多个单元构成。 
在此，利用喷砂器形成与分割槽正交的端部的边距(在图3A中由虚线包围的部分)时，在向边距露出的层叠膜的端部上，该层叠膜有时会损伤，电路的转换效率会下降(即，形成了边距后的层叠膜上的与边距的边界部分有时会受到损伤，从而电路的转换效率下降。)。而且，作为在喷砂器进行的处理中的进一步的问题，有除去了层叠膜后的砂的处理复杂而制造成本增大的问题。 
另一方面，取代喷砂器而使用激光时，虽然不存在砂的处理等问题，但为了除去第一电极(Mo层)，而需要相当于430W的强力的激光。这是因为，第一电极(Mo层)比CIS层或第二电极牢固，因此利用用于除去CIS层或第二电极所需的弱激光无法进行处理。其结果是，使用该强力的激光而形成了边距时，在向边距露出的层叠膜的端部，CIS层或第二电极发生熔融，在分割槽部分有时会分流。由于该分流，会发生太阳能电池电路的转换效率下降等问题。 
发明内容
本发明中的太阳能电池组件用于解决上述课题，具备不使处理工序变得复杂，而防止转换效率等的太阳能电池的特性的下降的优选的边距。 
即，本发明的太阳能电池组件，至少具有：基板玻璃(409)；在所述基板玻璃(409)的上方形成的第一层(408)；在所述第一层(408)的上方形成的第二层(404、405、406)，所述太阳能电池组件的特征在于，通过利用具备第一能量的第一除去机构将所述第一层(408)除去，而在从所述第一层(408)的端部到所述玻璃基板的端部之间设置未形成所述第一层(408)的第一边距，通过利用具备第二能量的第二除去机构将所述第二层(404、405、406)除去，而在从所述第二层(404、405、406)的端部到所述玻璃基板(409)的端部之间设置未形成所述第二层(404、405、406)的第二边距，所述第二边距的宽度大于所述第一边距的宽度。 
而且，在本发明的优选的方式中，本发明的太阳能电池组件的特 征在于，利用对第二层(404、405、406)进行分割的多个分割槽(301)，将第二层(404、405、406)分割成多个单元(302)，第二边距以与所述分割槽(301)正交的方式形成。 
在本发明的另一方式中，其特征在于，第一层(408)比第二层(404、405、406)坚固，第二能量小于第一能量。 
在本发明的再一方式中，其特征在于，第一层(408)由包含钼的第一电极构成，第二层(404、405、406)至少由在第一层(408)的上方形成的CIS层(406)、在CIS层(406)的上方形成的缓冲层(405)、在缓冲层(405)的上方形成的第二电极层(404)构成。 
在本发明的又一方式中，第一边距的宽度为10mm以上，第二边距的宽度比第一边距的宽度大0.1mm以上。 
在本发明的另一方式中，第一除去机构是脉冲激光或喷砂器，第二除去机构是脉冲激光或机械划线器。 
附图说明
图1A表示现有技术的框架类型太阳能电池组件的俯视图。 
图1B表示现有技术的框架类型太阳能电池组件的端部截面的放大(主视)图。 
图2表示现有技术的无框架太阳能电池组件的端部截面的放大(主视)图。 
图3A表示现有技术的无框架太阳能电池组件的俯视图。 
图3B表示现有技术的无框架太阳能电池组件的端部截面的放大(主视)图。 
图4A表示本发明的优选的实施方式的太阳能电池组件的俯视图。 
图4B表示对于图4A中的分割槽从平行方向侧观察到的端部的截面放大图(主视图的一部分)。 
图4C是将图4A中的侧视图的一部分放大而得到的剖视图。 
图5A是评价发明的效果的样品装置(处理前)的一例。 
图5B是评价发明的效果的样品装置(处理后)的一例。 
图6A表示本发明的优选的实施方式的形成边距前的太阳能电池电路的剖视图(主视图)。 
图6B表示通过本发明的优选的实施方式除去了第二层的太阳能电池电路的剖视图(主视图)。 
图6C表示本发明的优选的实施方式的实施了边距处理的太阳能电池组件的剖视图(主视图)。 
图7A表示本发明的优选的实施方式的形成边距前的太阳能电池电路的剖视图。 
图7B表示通过本发明的优选的实施方式形成了第二边距的太阳能电池电路的剖视图(主视图)。 
图7C表示本发明的优选的实施方式的实施了边距处理的太阳能电池组件的剖视图(主视图)。 
图8A表示本发明的优选的实施方式的形成边距前的太阳能电池电路的剖视图。 
图8B表示通过本发明的优选的实施方式形成了第一边距的太阳能电池电路的剖视图(主视图)。 
图8C表示本发明的优选的实施方式的实施了边距处理的太阳能电池组件的剖视图(主视图)。 
具体实施方式
图4A至C表示本发明的太阳能电池电路。图4A是太阳能电池装置的从受光面侧观察到的俯视图，图4B是相对于分割槽从平行方向侧观察到的端部的截面放大图(主视图的一部分)，图4C是将侧视图的一部分放大后的剖视图。 
<本发明的太阳能电池电路的制造方法> 
以下，表示优选的实施方式的制造本发明的太阳能电池电路的方 法。图6A、图7A及图8A表示形成边距前的太阳能电池电路的剖视图。在优选的实施方式中，在玻璃基板(409)上形成第一电极(Mo层)(408)，在第一电极上依次形成CIS层(406)、缓冲层(405)、第二电极(TCO)(404)。在另一实施方式中，即便不是CIS系太阳能电池而是包含非晶硅系太阳能电池等的薄膜太阳能电池中也可以形成为同样的结构。 
(1)第一优选实施方式 
首先，通过从上述的太阳能电池电路的玻璃基板侧照射弱能量的激光，而除去第一电极(以下也称为“第一层”)(408)以外的层即CIS层(406)、缓冲层(405)及第二电极(404)(以下也称为“第二层”或“第二层组”)。通过激光照射除去的部分是包含玻璃基板(409)的距各层的端为10mm以上内侧的部分，除去的宽度优选0.1至1mm以上(参照图6B)。上述的激光照射优选基于脉冲激光进行，只要是厚度为2至3μm左右的层即可，作为脉冲频率，以6kHz左右、相当于9W的能量，能够除去第一电极以外的层，即第二层(404、405、406)。在另一优选实施方式中，也可以不从玻璃基板侧而从第二电极侧照射激光。在又一实施方式中，也可以取代上述的弱激光而通过包含刀具的机械划线器来除去第二层(404、405、406)。 
在上述弱能量的激光照射中，无法除去更牢固的第一电极(Mo层)(408)，为了除去第一电极(408)，而需要以6kHz左右的脉冲频率照射相当于430W的强力的激光。将上述的强力的能量的激光汇总照射到全部的层时，不比第一电极(408)牢固的第二层(404、405、406)的端部由于强能量照射而会受到损伤，电路的转换效率有时会下降。 
因此，如图6C所示，为了不对第二层(404、405、406)的端部造成影响，以第一电极(408)比第二层(404、405、406)多保留0.1至1mm以上的方式照射强力的激光而除去第一电极。通过对此种位置照射强力的激光，而第二层(404、405、406)的端部不会受到强能量 照射引起的损伤，从而能够防止电路的转换效率的下降。上述的强力激光的照射优选从玻璃基板侧照射，但也可以从第二电极侧照射。结果是，未形成第一电极(408)的第一边距形成为宽度10mm以上，而且，形成有第二边距，该第二边距未形成具备比第一边距宽0.1至1mm以上的宽度的第二层(404、405、406)。 
在另一优选实施方式中，也可以取代强力的脉冲激光而使用喷砂器。在使用喷砂器时，优选在喷砂器处理前对向第二边距露出的第二层(404、405、406)的端部进行遮挡。 
(2)第二优选实施方式 
通过从图7A所示的太阳能电池电路的玻璃基板(409)侧照射弱能量的激光，将第一电极(408)以外的层即CIS层(406)、缓冲层(405)及第二电极(404)从端部除去10mm以上而形成边距(第二边距)。上述的激光照射优选与上述第一优选实施方式同样地基于脉冲激光进行，若是厚度为2至3μm左右的层，则作为脉冲频率，可以利用6kHz左右、相当于9W的能量形成第二边距。在另一实施方式中，也可以取代上述的弱激光而利用包括刀具的机械划线器来形成第二边距。 
如上所述，在弱能量的激光照射中，无法除去更牢固的第一电极(Mo层)(408)，通过以6kHz左右的脉冲频率、相当于430W的强力的激光照射，而持续除去第一电极(408)，形成第一边距。在另一优选实施方式中，也可以取代强力的脉冲激光而使用喷砂器。在使用喷砂器时，优选在喷砂器处理之前对向第二边距露出的第二层(404、405、406)的端部进行遮挡。 
无论如何，第一边距具备距玻璃基板(409)的端部为10mm以上的宽度，且形成为比上述第二边距窄0.1至1mm以上的宽度。换言之，第二边距具备比第一边距宽0.1至1mm以上的宽度，边距的宽度形成 为10mm以上。 
(3)第三优选实施方式 
通过从图8A所示的太阳能电池电路的玻璃基板(409)侧照射强能量的激光，而将全部的层叠膜(第一电极、CIS层、缓冲层及第二电极)距端部除去10mm以上，从而形成第一边距(参照图8B)。上述的激光照射与上述的优选实施方式同样地优选基于脉冲激光进行，若是厚度为2至3μm左右的层，则作为脉冲频率，以6kHz左右、相当于430W的能量能够除去全部的层。在另一优选实施方式中，也可以取代强力的脉冲激光而使用喷砂器。由于将强能量的激光向全部的层照射或由于将喷砂器适用于全部的层，尤其是第二层(404、405、406)的端部会受到损伤。 
接下来，如图8C所示，为了在距上述形成的第一边距再0.1至1mm以上的内侧形成第二边距，而照射弱能量的激光。与上述的实施方式同样地，上述弱激光照射也优选基于脉冲激光来进行，若是厚度为2至3μm左右的层，则作为脉冲频率，以6kHz左右、相当于9W左右的能量，能够除去第一电极(408)以外的层、即第二层(404、405、406)。在另一优选实施方式中，也可以不是从玻璃基板侧而是从第二电极侧照射激光。在又一实施方式中，也可以取代上述弱激光而通过包含刀具的机械划线器来除去第二层(404、405、406)。 
无论如何，第一边距以距玻璃基板的端部为10mm以上的宽度且比上述第二边距窄0.1至1mm以上的宽度形成。换言之，第二边距具备比第一边距宽0.1至1mm以上的宽度，边距的宽度形成为10mm以上。 
<评价> 
下面，评价利用上述的优选实施方式形成的本发明的太阳能电池电路通过进行上述处理而对转换效率等的影响。 
图5A表示边距处理前的太阳能电池的俯视图的一例，图5B表示边距处理后的太阳能电池的俯视图的一例。都使用30cm×30cm的尺寸。 
作为现有技术，准备了图2所示的第一边距与第二边距的宽度相同的样品，即，进行了图8B的状态的处理的样品装置6及样品装置7，测定了进行上述的图8B的处理前和处理后的EFF(转换效率)及FF(FillFactor，占空因数)的结果如表1所示。 
相对于此，作为进行了本发明的上述处理的样品，即第二边距具备比第一边距宽0.1至1mm以上的宽度且边距的宽度形成为10mm以上的样品而准备了装置1至4。测定了进行本发明的上述处理前和处理后的EFF(转换效率)及FF(Fill Factor)的结果如表2所示。 
[表2] 
所有的样品都从玻璃基板侧照射激光，样品装置6及7是进行了照射6kHz、430W的脉冲激光而将全部的层除去的处理后的样品。关于样品装置1至4，在第一边距的形成中使用6kHz、430W的脉冲激光，在第二边距的形成中使用了6kHz、9W的脉冲激光。 
能够确认到实施了本发明的处理的装置1至4的变化率在EFF及FF的所有的项目中与现有的处理相比都获得了较大改善。其原因考虑为：在以往的处理中，由于强激光照射而第二层(404、405、406)的端部会产生损伤，但由于本发明的通过弱激光照射而设置第二边距，因此将第二层(404、405、406)的已损伤的端部除去，从而减少分割槽中的分流等麻烦。 
符号说明： 
100 太阳能电池组件 
101 框架 
102 盖玻璃 
103 填充材料 
104 第二电极(TCO) 
107 半导体层(缓冲层+CIS层) 
108 第一电极(Mo层) 
109 基板 
110 太阳光 
301 分割槽 
302 单元 
304 第二电极(TCO) 
305 缓冲层 
306 CIS层 
308 第一电极(Mo层) 
309 玻璃基板 
404 第二电极(TCO) 
405 缓冲层 
406 CIS层 
408 第一电极(Mo层) 
409 玻璃基板 
410 带状线 

Claims (6)

1.一种太阳能电池组件，至少具有：
基板玻璃；
在所述基板玻璃的上方形成的由第一电极构成的第一层；以及
在所述第一层的上方形成的由包括半导体层和第二电极层的层叠膜构成的第二层，
所述太阳能电池组件的特征在于，
通过具备第一能量的第一除去机构采用第一能量将所述第一层部分除去，在从所述第一层的端部到所述玻璃基板的端部之间设置未形成所述第一层的第一边距，
通过具备第二能量的第二除去机构采用第二能量将所述第二层部分除去，在从所述第二层的端部到所述玻璃基板的端部之间设置未形成所述第二层的第二边距，
所述第二边距的宽度大于所述第一边距的宽度，
利用对所述第二层进行分割的多个分割槽，将所述第二层分割成多个单元，
所述第二边距以与所述分割槽正交的方式形成，
所述第一边距以与所述分割槽正交的方式形成，
所述第一边距和所述第二边距的长度方向与所述分割槽的延伸方向正交，
所述第一层比所述第二层坚固，
所述第二能量小于所述第一能量。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，
所述第一层由包含钼的第一电极构成。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，
所述第二层至少由在所述第一层的上方形成的CIS层、在所述CIS层的上方形成的缓冲层、以及在所述缓冲层的上方形成的第二电极层构成。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，
所述第一边距的宽度为10mm以上，
所述第二边距的宽度比所述第一边距的宽度大0.1mm以上。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，
所述第一除去机构是脉冲激光或喷砂器。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，
所述第二除去机构是脉冲激光或机械划线器。
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