CN103311368A - 微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，包括：在玻璃基板上沉积前电极；对前电极进行P1激光划线；在前电极表面沉积单结或多结薄膜电池的各层系；对各层系进行P2激光划线；在各层系表面形成背电极；对包括背电极和各层系的电池组件进行热退火处理；对背电极和各层系进行P3激光划线。本发明的微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法能够进一步提高P3激光划线工艺的直线性和刻线光滑清晰度。
Description
技术领域
本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法。
背景技术
在硅基薄膜太阳能电池模块的生产过程中，导电薄膜和光伏薄膜被沉积在大面积玻璃基板上，每层薄膜被沉积后均利用激光对膜层进行刻蚀并使各个电池之间自动串联起来形成内集联。这样就能够根据电池宽度设定电池和模块的电流。激光划线质量的好坏直接影响到太阳能电池的质量和生产过程中的良品率。对激光划线的要求，刻划线宽要细，且刻线直线性好、光滑清晰，刻线膜层两侧无粘连短路。
微晶硅的电学和光学特性是介于非晶硅与晶体硅之间，微结构有序性也得到了提高，基本不存在光致衰退效应，微晶硅太阳电池的稳定性也得到了很大的改善。因此，微晶硅被认为是一种非常具有发展前景的光伏材料。此外，微晶硅可以与非晶硅叠加在一起，构成非晶硅微晶硅叠层电池，可将电池光谱响应长波限从目前非晶硅单结太阳电池的0.9μm扩展到1.2μm，能更充分地利用太阳光谱，提高硅薄膜电池的转换效率，有广泛的应用前景。
但是微晶硅薄膜的间接带隙特性使得它的吸收系数比较低，对于太阳电池的应用希望尽可能充分地吸收利用太阳光，这就需要足够厚的本征吸收层(一般要求在1-3μm)。微晶硅单结或微晶硅叠层薄膜太阳电池相对于单结非晶硅太阳电池，总的薄膜厚度增加、硅材料也更为致密，因而它的制备对激光划线工艺提出了更高的要求。由于电池激光刻划的P2和P3是选择切割，既需要切缝边缘处整齐干净又要求前电极TCO保持完好。特别是P3，在沉积金属背反电极后，由于膜厚度总和增加以及金属背电极的高反射，进一步增加了P3激光切割的难度。因此如何确保P3划线具有良好的直线性好、光滑清晰及刻线膜层两侧无粘连短路是一个很重要的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，能够进一步提高P3激光划线工艺的直线性和刻线光滑清晰度。
本发明的微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，包括：
在玻璃基板上沉积前电极；
对前电极进行P1激光划线；
在前电极表面沉积单结或多结薄膜电池的各层系；
对各层系进行P2激光划线；
在各层系表面形成背电极；
对包括背电极和各层系的电池组件进行热退火处理；
对背电极和各层系进行P3激光划线。
可选的，所述热退火处理的温度包括100-250℃的范围。
可选的，所述热退火处理的时间包括20-500分钟的范围。
可选的，所述热退火处理在空气、N2、H2、或Ar的气氛中进行。
可选的，所述背电极为Ag、Al、Cr金属背电极或TCO/Ag、Al、Cr复合背电极。
可选的，所述单结或多结薄膜电池包括微晶单结或微晶叠层薄膜太阳能电池。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的方法在执行激光刻蚀P3划线工艺之前，对完成金属背电极沉积的微晶硅太阳能电池进行热退火处理。经热退火工艺处理之后再进行P3激光划线，其划线具有良好直线性，刻线光滑清晰，划线膜层两侧无粘连并且不损伤导电层。单结或多结微晶硅薄膜太阳电池经过本发明的处理方法，能有效的减少电池中死区的面积，从而增加太阳电池有效面积，减少由激光刻线切缝边缘处的不光滑形成的残留碎屑造成的微短路现象，同时减少漏电流，从而增加电池的光电转换效率。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记未必指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。
图1为微晶硅薄膜太阳能电池结构示意图；
图2为本发明改进前微晶硅薄膜太阳能电池制造方法的流程图；
图3和图4为说明本发明改进前微晶硅薄膜太阳能电池制造方法P3激光划线效果的示意图；
图5为本发明微晶硅薄膜太阳能电池制造方法的流程图；
图6和图7为说明本发明微晶硅薄膜太阳能电池制造方法P3激光划线效果的示意图。
所述示图是说明性的，而非限制性的，在此不能过度限制本发明的保护范围。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
图1为微晶硅薄膜太阳能电池结构示意图，图2为本发明改进前微晶硅薄膜太阳能电池制造方法的流程图，图3和图4为说明本发明改进前微晶硅薄膜太阳能电池制造方法P3激光划线效果的示意图。结合图1和图2所示，首先在玻璃基板100上采用化学气相沉积法制备900nm的SnO2:F薄膜200，作为电池的前电极。接着用1064nm激光对前电极P1划线。随后，在前电极200上采用等离子体增强化学气相法依次沉积单结或多结薄膜电池的各层系，例如依次沉积10nm的非晶硅p1层300、200nm的非晶硅i1层400、20nm的纳米硅n1层500；500沉积过程中采用硅烷、氢气和磷烷作为反应气体，其中磷烷与硅烷的比例为1.2％，晶化率为66％；接着继续沉积20nm的纳米硅p2层600，600沉积过程中采用硅烷、氢气和三甲基硼烷作为反应气体，三甲基硼烷与硅烷的比率为0.8％，晶化率为58％；在6上继续沉积2000nm的纳米硅i2层700以及30nm的纳米硅n2层800。接着用532nm的激光对整个硅层进行P2划线。P2划线完成后在800上溅射60nm的ZnO:Al和100nm的Ag复合薄膜900，900作为电池的背电极层。然后用532nm的激光对背电极900和硅层进行P3划线，再后采用1064nm激光进行扫边，完成电池芯片。
由于金属背电极900的高反射性，改进前的激光划线处理工艺在激光划线之后经常会出现激光刻线切缝边缘处的不光滑的现象，如图3和图4所示，切缝处的900会出现翘起和卷边910的现象，形成的残留碎屑会造成微短路，从而影响电池板的性能，经过后序处理电池的转换效率仅为9.2％。
本发明的方法在执行激光刻蚀P3划线工艺之前，对完成金属背电极沉积的微晶硅太阳能电池进行热退火处理。图5为本发明微晶硅薄膜太阳能电池制造方法的流程图，如图5所示，本发明的微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，首先在玻璃基板上沉积前电极；然后对前电极进行P1激光划线；在前电极表面沉积单结或多结薄膜电池的各层系；对各层系进行P2激光划线；在各层系表面形成背电极；对包括背电极和各层系的电池组件进行热退火处理；对背电极和各层系进行P3激光划线。热退火处理的温度包括100-250℃的范围，热退火处理的时间包括20-500分钟的范围，热退火处理在空气、N2、H2、或Ar的气氛中进行。背电极为Ag、Al、Cr金属背电极或TCO/Ag、Al、Cr复合背电极。所述单结或多结薄膜电池包括微晶单结或微晶叠层薄膜太阳能电池。
下面结合具体实施例对本发明的方法做详细说明，首先在玻璃基板100上采用化学气相沉积法制备900nm的SnO2:F薄膜200作为电池的前电极。并用1064nm激光对前电极200进行P1划线。在200上采用等离子体增强化学气相沉积法依次沉积10nm的非晶硅p1层300、200nm的非晶硅i1层400、20nm的纳米硅n1层500；纳米硅n1层500沉积过程中采用硅烷、氢气和磷烷作为反应气体，其中磷烷与硅烷的比例为1.2％，晶化率为66％；接着继续沉积20nm的纳米硅p2层600，600沉积过程中采用硅烷、氢气和三甲基硼烷作为反应气体，三甲基硼烷与硅烷的比率为0.8％，晶化率为58％；在600上继续沉积2000nm的纳米硅i2层700以及30nm的纳米硅n2层800。随后用532nm的激光对整个硅层进行P2划线。P2划线完成后在纳米硅n2层800上溅射60nm的ZnO:Al和100nm的Ag复合薄膜900作为电池的背电极层。然后，将未进行P3划线的电池放入150℃的烘箱里，热退火100分钟，冷却到室温后，然后用532nm的激光对硅层和背电极进行P3划线，再后采用1064nm激光进行扫边，完成电池芯片。
由于退火这种金属热处理工艺能够降低金属硬度，改善切削加工性，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，细化晶粒，调整组织和消除组织缺陷等特点，金属背电极在经过热退火处理后，能够改善与硅层的结合性能，其本身的切削加工性和尺寸稳定性得到提高。图6和图7为说明本发明微晶硅薄膜太阳能电池制造方法P3激光划线效果的示意图。如图所示，退火后进行P3划线激光划线能够使划线具有良好直线性，刻线光滑清晰，划线切缝920两侧膜层无粘连并且不损伤导电层。本发明的方法经过后序处理后，电池的转换效率为12.1％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种微晶硅薄膜太阳能电池的制造方法，包括：
在玻璃基板上沉积前电极；
对前电极进行P1激光划线；
在前电极表面沉积单结或多结薄膜电池的各层系；
对各层系进行P2激光划线；
在各层系表面形成背电极；
对包括背电极和各层系的电池组件进行热退火处理；
对背电极和各层系进行P3激光划线。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述热退火处理的温度包括100-250℃的范围。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述热退火处理的时间包括20-500分钟的范围。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述热退火处理在空气、N2、H2、或Ar的气氛中进行。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述背电极为Ag、Al、Cr金属背电极或TCO/Ag、Al、Cr复合背电极。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述单结或多结薄膜电池包括微晶单结或微晶叠层薄膜太阳能电池。
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