CN102554472A

CN102554472A - 一种用于薄膜太阳能电池的划线方法及其设备

Info

Publication number: CN102554472A
Application number: CN2011103047631A
Authority: CN
Inventors: 赵军; 梅芳
Original assignee: SUNFLUX ENERGY TECHNOLOGY (HANGZHOU) Co Ltd
Current assignee: Top, Zhejiang electronics company limited
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-10-10
Also published as: CN102610691A; CN102544197B; CN102554472B; CN102544197A; CN102593238A

Abstract

本发明涉及一种划线技术，尤其涉及用于薄膜太阳能电池生产的划线方法及其设备。该方法包括三道划线P1、P2和P3，P1划线使用激光对透明导电氧化物膜层进行划线，P2划线使用激光对半导体膜层进行划线，而三道划线P1、P2和P3均在半导体镀膜之后和背电极镀膜之前的时间内进行，P1划线穿越半导体膜层和透明导电氧化物膜层形成第一沟槽；P2划线穿越半导体膜层形成与第一沟槽相平行的第二沟槽；P3划线使用可溶材料在半导体膜层上形成与第二沟槽相平行的可溶线条作为预备层。用于薄膜太阳能电池的划线设备，在同一个机械平台上整合了激光划线装置，绝缘材料填充装置和可溶线条形成装置。本发明生产工艺简单、成本低、能优化电池性能和长期稳定性。

Description

一种用于薄膜太阳能电池的划线方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种激光划线技术, 尤其涉及用于薄膜太阳能电池生产的激光划线方法及其设备。

背景技术

激光划线被广泛应用于薄膜太阳能电池模组的生产. 通过使用激光划线可以在单片基板上形成多个电池并串联形成电池模组. 传统工艺通常采用3次激光划线P1、 P2和P3, 其中P1 用于TCO 的激光划线, 然后进行半导体镀膜, 然后P2 进行半导体膜的激光划线, 然后背电极镀膜, 然后P3 进行背电极激光划线。传统工艺P1、P2 和P3分别需要一台划线设备, 而且P1 划线后需要增加清洗步骤来去除P1 划线形成的粉尘。

第一太阳能公司的专利US6559411B2公开了一种在涂膜基板上激光划线的设备和方法，其中提及采用激光划线P1放在半导体镀膜之后, 但它仍然使用两台划线设备分别作激光划线P1和P2，并在P1和P2之间增加一台设备来填充P1沟槽，生产成本高，基板需二次定位,死区面积大, 有效电池面积小。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种划线定位准确、死区面积小、有效电池面积和转换效率高、成本低的用于薄膜太阳能电池的划线方法。

本发明的目的之二是提供一种划线定位简单准确、成本低的用于薄膜太阳能电池的划线设备。

本发明的第一技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

用于薄膜太阳能电池的划线方法，包括在透明导电氧化物膜层上进行半导体镀膜形成半导体膜层、在所述半导体镀膜上进行背电极镀膜形成背电极膜层以及三道划线P1、P2和P3，P1划线使用激光对所述透明导电氧化物膜层进行划线，P2划线使用激光对所述半导体膜层进行划线，而所述三道划线P1、P2和P3均在所述半导体镀膜之后和所述背电极镀膜之前的时间内进行，所述P1划线穿越所述半导体膜层和所述透明导电氧化物膜层形成第一沟槽；所述P2划线穿越所述半导体膜层形成与所述第一沟槽相平行的第二沟槽；所述P3 划线使用可溶材料在所述半导体膜层上形成与所述第二沟槽相平行的可溶线条作为预备层。

本发明所述三道划线P1、P2和P3均在所述半导体镀膜之后和所述背电极镀膜之前的时间内进行是指三道划线P1、P2和P3可以同时在所述半导体镀膜和所述背电极镀膜之间的时间段内完成；可以依次在该时间段内完成三道划线；也可以先同时完成两道划线P1和P2，再进行P3划线；也可以先完成P1划线，再同时进行P2和P3划线。

本发明的划线方法至少具有以下五个优点：

① 将传统的P1激光划线、清洗、P2激光划线、P3激光划线四段工艺步骤合并为一段工艺步骤，本发明的三道划线P1、P2和P3可同时在所述半导体镀膜之后和所述背电极镀膜之前的这段时间内进行，并通过采用可溶线条形成方法免除传统的P3激光划线，生产方法简单；

② 本发明的三道划线P1、P2和P3在半导体镀膜之后和背电极镀膜之前的时间内在同一台设备上进行, 玻璃基板无需二次定位, 不存在温度不同造成的热膨胀等因素引起的定位精准度问题；

③ 能减少死区面积, 提高有效电池面积和转换效率；

④ 本发明将传统的先进行P1激光划线、再进行半导体镀膜的方法变为先直接在TCO膜层上进行半导体镀膜、再进行P1划线，避免了P1划线后的清洗步骤，从而避免了可能的粉尘和沾污问题, 可提高TCO层和半导体膜层间的界面性能, 优化电池性能和长期稳定性；

⑤ 通过形成可溶线条预备层免除传统的P3激光划线可以避免第三次激光划线残留物造成的漏电，提高电池器件性能。

作为本发明技术方案的一种优选，采用绝缘材料填充所述P1划线后形成的所述第一沟槽。

作为本发明技术方案的进一步优选，在所述背电极镀膜后使用水或溶剂除去所述预备层和沉积在所述预备层上的背电极材料，从而在所述背电极膜层上形成第三沟槽。

本发明使用的可溶材料与所述半导体膜层和所述背电极材料层都不会粘结，使用水或有机溶剂进行浸泡清洗即可将所述可溶线条剥离或去除。

作为本发明技术方案的一种优选，所述相邻沟槽之间的间距为20～50μm。

作为本发明技术方案的进一步优选，所述绝缘材料为绝缘材料墨水，所述填充通过喷墨打印形成。

作为本发明技术方案的进一步优选，所述可溶材料为可溶材料墨水，所述可溶线条通过喷墨打印形成。

本发明的第二技术目的是通过以下技术方案实现的：

用于薄膜太阳能电池的划线方法的划线设备，所述划线设备包括激光划线装置，而所述划线设备还包括可溶线条形成装置，所述激光划线装置包括激光划线机和激光头，所述激光划线装置与所述可溶线条形成装置整合在同一个机械平台上，使用所述激光划线装置形成的第一沟槽、第二沟槽和使用可溶线条形成装置形成的可溶线条预备层相互平行。

传统用于薄膜太阳能电池的激光划线设备至少需要三台激光划线机，而激光划线机是薄膜太阳能电池生产中成本较大的设备。

本发明用于薄膜太阳能电池的划线设备仅使用一台设备即可以进行P1划线和P2划线；同时配备可溶线条形成装置，用于形成P3划线，免除了传统的P3激光划线，实现本发明特殊的三道划线方法，使设备总成本大幅降低。

作为本发明技术方案的一种优选，在所述机械平台上还配备有填充装置，所述填充装置形成的绝缘材料填充线与激光划线形成的第一沟槽完全重叠。

作为本发明技术方案的进一步优选，所述可溶线条形成装置为喷墨式打印头或激光打印头。

作为本发明技术方案的进一步优选，所述填充装置为喷墨式打印头或激光打印头。

附图说明

图1a-图1f是传统用于薄膜太阳能电池的划线方法的示意图;

图2a-图2f是本发明用于薄膜太阳能电池的划线方法的示意图;

图3是本发明用于薄膜太阳能电池的划线设备的示意图；

图4a是传统用于薄膜太阳能电池的划线方法的工艺流程图；

图4b是本发明用于薄膜太阳能电池的划线方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1系列为是传统用于薄膜太阳能电池的激光划线方法的示意图。图1a为带有透明氧化物TCO膜层110的玻璃基板100，受到第一次激光划线P1形成TCO沟槽114（图1b），然后对玻璃基板100进行清洗，接着在划线后的TCO膜层110上镀半导体膜120（图1c），玻璃基板100接受第二次激光划线P2，形成半导体层沟槽124（图1d）；然后继续在划线后的半导体膜层120上镀背电极膜层130（图1e），玻璃基板100接受第三次激光划线P3，形成背电极沟槽即第三沟槽134（图1f），第三沟槽134只需涉及背电极层即可，但传统的第三次激光划线P3会同时穿透背电极膜层130和半导体膜层120，P3划线后基板要经过清洗来去除P3造成的残留粉尘。激光划线114和134间的部分属于死区（距离通常400微米以上），对电流转换没有贡献。

图2系列是本发明用于薄膜太阳能电池的激光划线方法的示意图。图2a为带有透明氧化物TCO膜层110的基板100，在接受任何激光划线之前先镀半导体膜120（图2b），当使用图3所示的激光划线设备时，玻璃基板100同时受到两个激光划线P1和P2，其中激光划线P1发出的激光束穿越TCO膜层110和半导体膜层120形成第一沟槽122，激光划线P2只穿透半导体膜层120形成第二沟槽126，见图2c。绝缘材料填充设备在第一沟槽122中打印填充绝缘材料形成绝缘线条128，可溶线条形成设备在第二沟槽126的另一侧打印形成可溶性材料线条129作为第三沟槽预备层，见图2d.

继续在P1划线、P2划线、绝缘材料填充第一沟槽和打印可溶线条预备层129后的半导体膜层120上镀背电极膜层130，然后使用水或有机溶剂进行清洗以去除可溶线条预备层129和沉积在可溶线条预备层129上的背电极材料，从而在背电极层膜130上形成第三沟槽134。

由于两道激光划线和线条打印在同一设备中完成，不需要严格控制玻璃基板100的温度，也不存在热膨胀引起的定位变化，第一沟槽122与第二沟槽126的距离可以很容易地控制到20微米，第一沟槽122与第三沟槽134之间的距离也可以很容易地控制到40微米，而且不存在三次划线时的温度区别造成的定位问题，所以可以减小死区的面积，与传统的薄膜太阳能电池相比，光电转换效率可至少提高2%～5%。

图3可以更直观地显示本发明的工作原理。半导体镀膜完成后，玻璃基板100与激光装置或填充装置或可溶线条形成装置保持相对运动。例如，玻璃基板100运行，激光装置、填充装置和可溶线条形成装置保持静止，激光头1发射的激光束3在基板100上形成沟槽122；激光头2发射的激光束4在基板100上形成沟槽126；喷墨打印头5使用绝缘材料墨水填充沟槽122形成线条128；喷墨打印头6使用可溶性材料墨水在基板100上形成线条129作为第三沟槽的预备层。四个步骤在同一设备中可以同时进行，也可以依次进行。

从图4a和图4b的对比也可以看出，传统工艺中第一次激光划线P1和后续的玻璃清洗步骤330容易引入粉尘和沾污，污染后续的镀膜层。而本实施例的工艺是将半导体膜层120直接镀在TCO膜层110的新鲜干净表面上，有助于提到界面特性，提高电池模件的性能。另外，通过喷墨打印完成第三沟槽可以避免激光划线残留物造成的漏电，提高电池器件性能。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种用于薄膜太阳能电池的划线方法，包括在透明导电氧化物膜层上进行半导体镀膜形成半导体膜层、在所述半导体镀膜上进行背电极镀膜形成背电极膜层以及三道划线P1、P2和P3，P1划线使用激光对所述透明导电氧化物膜层进行划线，P2划线使用激光对所述半导体膜层进行划线，其特征在于：所述三道划线P1、P2和P3均在所述半导体镀膜之后和所述背电极镀膜之前的时间内进行，所述P1划线穿越所述半导体膜层和所述透明导电氧化物膜层形成第一沟槽；所述P2划线穿越所述半导体膜层形成与所述第一沟槽相平行的第二沟槽；所述P3 划线使用可溶材料在所述半导体膜层上形成与所述第二沟槽相平行的可溶线条作为预备层。

2.根据权利要求1所述的用于薄膜太阳能电池的划线方法，其特征在于还包括：采用绝缘材料填充所述P1划线后形成的所述第一沟槽。

3.根据权利要求1所述的用于薄膜太阳能电池的划线方法，其特征在于：在所述背电极镀膜后使用水或溶剂除去所述预备层和沉积在所述预备层上的背电极材料，从而在所述背电极膜层上形成第三沟槽。

4.根据权利要求2所述的用于薄膜太阳能电池的划线方法，其特征在于：所述绝缘材料为绝缘材料墨水，所述填充通过喷墨打印形成。

5.根据权利要求3所述的用于薄膜太阳能电池的划线方法，其特征在于：所述可溶材料为可溶材料墨水，所述可溶线条通过喷墨打印形成。

6.根据权利要求1所述的用于薄膜太阳能电池的划线方法的划线设备，包括激光划线装置，其特征在于：所述划线设备还包括可溶线条形成装置，所述激光划线装置包括激光划线机和激光头，所述激光划线装置与所述可溶线条形成装置整合在同一个机械平台上，使用所述激光划线装置形成的第一沟槽、第二沟槽和使用可溶线条形成装置形成的可溶线条预备层相互平行。

7.根据权利要求6所述的用于薄膜太阳能电池的划线设备，其特征在于：在所述机械平台上还配备有填充装置，所述填充装置形成的填充线与激光划线形成的第一沟槽完全重叠。

8.根据权利要求6所述的用于薄膜太阳能电池的划线设备，其特征在于：所述可溶线条形成装置为喷墨式打印头或激光打印头。

9.根据权利要求7所述的用于薄膜太阳能电池的划线设备，其特征在于：所述填充装置为喷墨式打印头或激光打印头。