CN103646984B - 多色透光薄膜太阳能电池组件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种多色透光薄膜太阳能电池组件及其制备方法。该电池组件在垂直方向上从下至上依次为前板透光衬底层（a）、第一层透明导电氧化物层（b）、薄膜光电转化层（c）、第二层透明导电氧化物层（d）、封装层（e）、和背板透光衬底层（f）。该薄膜太阳能电池组件可利用不同的电池结构制备出不同颜色的透明和半透明的电池组件；也可以由彩色的PVB（中文全称聚乙烯醇缩丁醛）来实现多色的效果。其中透光主要是采用多条P2重叠平行划刻实现，这样死区宽度也就包含了透光区域。此种的多色透光薄膜太阳能电池能够实现转化效率更高，更美观的效果。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具有涉及一种硅基薄膜太阳能电池组件以及透光和半透光组件的结构及其制造方法。
背景技术
目前市面上透光薄膜太阳能电池组件大多采用绿激光或红外激光进行横向划刻(即垂直于P1\P2\P3划线方向)，去除硅层和背电极层来达到透光目的。但该种制造方法样式单一，且多次划刻破坏电池结构，同时造成短路等影响，导致电池功率损失远大于蚀刻面积。存在多种弊端。所述P1为激光第一次划刻，P2为激光第二次划刻，P3为激光第三次划刻。
传统透光电池前段制造工艺：预清洗—透明氧化前电极—第一次激光划刻—高级清洗—PECVD—第二次激光划刻—透明氧化背电极—第三次激光划刻—第四次激光划刻—完成。传统透光线垂直于P1\P2\P3划线方向划刻，容易在与P1/P2/P3交错的地方形成电池短路，影响组件的光学性能，降低功率。第四次划刻线与P1/P2/P3交错的地方容易形成电池短路。从而影响组件的性能表现。
传统P1\P2\P3划线只是为了将电池组件分割成一个个的小电池区域，没有考虑到电池的有效发电区域和死区，传统的P1\P2\P3划线往往不区分有效区和死区进行划刻，容易破坏电池结构，造成电池效率降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有的传统技术问题，提出一种新型的透光太阳能电池组件及其制备方法。该薄膜太阳能电池组件可利用不同的电池结构(薄膜光电转化层)制备出不同颜色的透明和半透明的电池组件；也可以由彩色的PVB(中文全称聚乙烯醇缩丁醛)来实现多色的效果。其中透光主要是采用多条P2重叠平行划刻的P2刻蚀区来实现。该方法可制备出转化效率更高，更美观的多色透光型太阳能电池。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
本发明的技术方案之一：
一种多色透光薄膜太阳能电池组件，该电池组件在水平方向上包括多个有效区和位于任意相邻两个有效区之间的死区；该电池组件在垂直方向上从下至上依次为前板透光衬底层、第一层透明导电氧化物层、薄膜光电转化层、第二层透明导电氧化物层、封装层、和背板透光衬底层；在第一层透明导电氧化物层上有P1刻蚀区、在薄膜光电转化层上有P2刻蚀区、在薄膜光电转化层和第二层透明导电氧化物层上有P3刻蚀区，且P2刻蚀区位于P1刻蚀区和P3刻蚀区之间；其特征是，所述P1刻蚀区、P2刻蚀区和P3刻蚀区均位于所述死区的区域内，且多个P2刻蚀区在水平方向上的总宽度是所述电池组件在水平方向上的宽度与所述电池组件的透光度之积。
所述P2刻蚀区与P1刻蚀区和P3刻蚀区之间的间距分别优选为50μm-150μm。
所述封装层优选为聚乙烯醇缩丁醛层。
所述薄膜光电转化层选自非晶硅单结薄膜电池层，非晶硅/非晶硅双结薄膜电池层，非晶硅/非晶锗化硅双结薄膜电池层，非晶硅/微晶硅双结薄膜电池层、非晶硅/非晶锗化硅/微晶硅三结薄膜电池层，铜铟镓硒电池层、碲化镉电池层中的任意一种，所述“/”表示两层之间的界面。
所述前板透光衬底层(a)和背板透光衬底层(f)均优选为钢化玻璃层。
本发明的技术方案之二：
所述多色透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，包括以下步骤：
(1)在前板透光衬底层上沉积第一层透明导电氧化物层；
(2)利用激光划线技术对第一层透明导电氧化物层用P1进行刻蚀，在死区区域内，P1刻蚀掉部分透明导电氧化物露出前板透光衬底层，得到P1刻蚀区；
(3)在第一层透明导电氧化物层上沉积薄膜光电转化层，所述薄膜光电转化层覆盖在未被刻蚀的第一层透明导电氧化物层上，并填充于P1刻蚀区内；
(4)利用激光划线技术对薄膜光电转化层用P2平行于P1进行刻蚀，在死区区域内，P2刻蚀掉部分光电转换层露出第一层透明导电氧化物，得到平行于P1刻蚀区的P2刻蚀区，P2刻蚀区在水平方向上的总宽度是所述电池组件在水平方向上的宽度与所述电池组件的透光度之积；
(5)在薄膜光电转化层上沉积第二层透明导电氧化物层，第二层透明导电氧化物覆盖在未被刻蚀掉的光电转换层上，并填充于P2刻蚀区内；
(6)利用激光划线技术，在死区区域内，将光电转换层刻蚀形成平行于P1和P2的P3刻蚀区，P3刻蚀掉部分光电转换层材料和第二层透明导电氧化物露出第一层透明导电氧化物，得到P3刻蚀区内；
(7)采用封装材料封装，然后覆盖背板透光衬底层。
优选方案：所述P1的光斑大小是20um-25um，波长为355nm的紫色激光。所述P2的光斑大小是25um-30um，波长为532nm的绿色激光。所述P3的光斑大小是35um-45um，波长为532nm的绿色激光。
与现有技术相比，本发明的优势是：
1、本申请的多色透光薄膜太阳能电池组件通过P2刻蚀区，增加P2刻蚀区的宽度来提高透光率。
2、本申请的多色透光薄膜太阳能电池组件通过改变封装层的材料或者是薄膜光电转化层的材料来实现多色或者彩色，电池更美观。
3、本申请的P1\P2\P3划线全部在电池死区内进行，不破坏电池结构，有效利用了有效区，电池效率高。
附图说明
图1是整个多色透光薄膜太阳能电池组件的俯视平面图，图中I是非透明区域，II是透明区域；
图2描述的是图1所述多色透光薄膜太阳能电池组件的局部剖面图，P2区域为透光区域，向上的箭头代表光透过的方向；
图3描述的激光划刻线示意图，P1与P2，P3与P2的位置(间距)受设备精确度限制，一般情况下为50-150um。
图4是本发明多色透光薄膜太阳能电池组件的制备工艺流程图。
图5是透光薄膜太阳能电池组件的电性能图。
其中a为前板透光衬底层，b为第一层透明导电氧化物层、c为薄膜光电转化层，d为第二层透明导电氧化物层，e为封装层，f为背板透光衬底层，1为P1刻蚀区，2为P2刻蚀区，3为P3刻蚀区，P1为激光第一次划刻，P2为激光第二次划刻，P3为激光第三次划刻，h为有效区，g为死区。
具体实施方式
下面根据表示本发明实施方式的附图具体描述本发明的实施例。
图1是整个电池组件的俯视平面图。由图1可以看出此组件包括多个电池单元，每个电池单元都有透光区域II，此透光区域平行于P1/P2/P3划线，且此透光区域是由多条P2重叠划线实现的。
下面结合图3对此透光区域作进一步描述，图3为透光电池组件的局部剖面示意图，图3中多条P2重叠划刻，形成一定宽度的透光区域，此区域的宽度根据透光率确定，从而相应适度改变P1、P3的位置。结合图3对单元电池结构做进一步描述。参见图3，在透明衬底a(例如钢化玻璃)上沉积第一层透明导电氧化物b，此透明导电电极为掺硼氧化锌、氧化锡等，利用激光划线(LSS)技术将第一层透明导电氧化层形成第一道平行沟槽P1，P1刻蚀掉部分导电氧化层，将薄膜光电转换层沉积c在划刻P1的第一层透明导电层b上，利用激光划线(LSS)技术将光电转换层刻蚀形成平行于P1的第二道平行沟槽P2，第二层透明导电层沉d积在划刻P2的光电转换层c上，所述光电转换层c可以是非晶硅单结电池、非晶硅/非晶硅双结电池、非晶硅/非晶锗化硅双结电池、非晶硅/微晶硅双结电池、非晶硅/非晶锗化硅/微晶硅三结电池、铜铟镓硒、碲化镉等，可以通过选择不同的电池结构实现不同的颜色，例如非晶硅单结电池偏浅棕红色，非晶硅/非晶硅双结电池偏深棕色等。利用激光划线(LSS)技术将光电转换层和第二层透明导电层刻蚀形成平行于P1和P2的第三道平行沟槽P3。在本实施例中，无需沿与P1/P2/P3垂直的方向刻制透光线，代替的做法是增加P2的划刻条数，使之同时起透光线的作用，这些P2需重叠划刻，划刻条数即划刻宽度需根据透光率而设定。例如假设薄膜电池单元宽度为10毫米，所需透光度为15％，则可以将P2的宽度设定为1.5毫米(计算方法：所需宽度＝薄膜电池单元宽度×透光度，此处计算P2划刻条数的时候需考虑到P2光斑的重叠率)。
后段封装组合过程中，可以用彩色PVB(中文全称聚乙烯醇缩丁醛)替代正常组件的EVA(中文全称醋酸乙烯酯共聚物)，从而实现透明薄膜太阳能电池多色的效果。
下面结合图4(制备工艺流程图)对此多色透光薄膜电池组件的制造方法做进一步说明。
第一步：提供前板透明玻璃衬底a，由于BIPV组件需要具备较强的力学性能，所以可以选用钢化玻璃。
第二步：在前板透明衬底上沉积第一层透明导电氧化物b(TCO)，可以为掺硼氧化锌、氧化锡等。
第三步：利用激光划线(LSS)技术将第一层透明导电氧化层形成第一道平行沟槽P1，P1刻蚀掉小部分透明导电氧化物露出前板玻璃衬底,P1的光斑大小是20um-25um左右，可利用波长为355nm的紫光刻蚀掉P1沟槽对应的导电层。
第四步：在第一层透明导电层b上沉积光电转换层c，所述光电转换层c可以是非晶硅单结电池、非晶硅/非晶硅双结电池、非晶硅/非晶锗化硅双结电池、非晶硅/微晶硅双结电池、非晶硅/非晶锗化硅/微晶硅三结电池、铜铟镓硒、碲化镉等，所述光电转换层c覆盖在未被刻蚀掉的第一层透明导电氧化物b上，并填充在第一道平行沟槽P1内。这里需要特别说明的是利用不同的电池结构可制备不同颜色的透明和半透明的电池组件。
第五步：利用激光划线(LSS)技术将光电转换层刻蚀形成平行于P1的第二道平行沟槽P2，P2刻蚀掉小部分光电转换层材料露出第一层透明导电氧化物b，P2的光斑大小是25um-30um左右，可利用波长为532nm的绿光刻蚀掉P2沟槽对应的光电转换层c。这里的P2除了起到连接前后电极的作用外，还起到透光的作用，划刻宽度的大小根据透光率决定，且P2需要一定的重叠率，重叠率可以在5-10um的范围之内。非晶硅单结电池、非晶硅/非晶硅双结电池、非晶硅/非晶锗化硅双结电池、非晶硅/微晶硅双结电池、非晶硅/非晶锗化硅/微晶硅三结电池、铜铟镓硒、碲化镉等。当透光率从10％-50％的调整时，透光薄膜太阳能电池组件的功率可从115W-65W之间变化。
第六步：在光电转换层上c沉积第二层透明导电氧化物d(TCO)，可以为掺硼氧化锌、氧化锡等。所述第二层透明导电氧化物d覆盖在未被刻蚀掉的光电转换层c上，并填充在第二道平行沟槽P2内。
第七步：利用激光划线(LSS)技术将光电转换层刻蚀形成平行于P1/P2的第三道平行沟槽P3，P3刻蚀掉小部分光电转换层c材料和第二层透明导电氧化物d露出第一层透明导电氧化物b，P3的光斑大小是35um-45um左右，可利用波长为532nm的绿光刻蚀掉P3沟槽对应的光电转换层c及第二层透明导电氧化物d。
第八步：后段封装组合，这里需要提出的是背板透明衬底f同样需要钢化玻璃，用彩色PVB(中文全称聚乙烯醇缩丁醛)替代正常组件的EVA(中文全称醋酸乙烯酯共聚物)，从而实现透明薄膜太阳能电池多色的效果。
最后得到所述多色透光薄膜太阳能电池组件的电池效率见图5，可知本申请的电池组件转化效率更高。
Claims (4)
1.一种多色透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，包括以下步骤：
（1）在前板透光衬底层上沉积第一层透明导电氧化物层；
其特征是：
（2）利用激光划线技术对第一层透明导电氧化物层用P1进行刻蚀，在死区区域内，P1刻蚀掉部分透明导电氧化物露出前板透光衬底层，得到P1刻蚀区；
（3）在第一层透明导电氧化物层上沉积薄膜光电转化层，所述薄膜光电转化层覆盖在未被刻蚀的第一层透明导电氧化物层上，并填充于P1刻蚀区内；
（4）利用激光划线技术对薄膜光电转化层用P2平行于P1进行刻蚀，在死区区域内，P2刻蚀掉部分薄膜光电转化层材料露出第一层透明导电氧化物，得到平行于P1刻蚀区的P2刻蚀区，P2刻蚀区在水平方向上的总宽度是所述电池组件在水平方向上的宽度与所述电池组件的透光度之积；
（5）在薄膜光电转化层上沉积第二层透明导电氧化物层，第二层透明导电氧化物覆盖在未被刻蚀掉的薄膜光电转化层上，并填充于P2刻蚀区内；
（6）利用激光划线技术，在死区区域内，将薄膜光电转化层刻蚀形成平行于P1和P2的P3刻蚀区，P3刻蚀掉部分薄膜光电转化层材料和第二层透明导电氧化物露出第一层透明导电氧化物，得到P3刻蚀区内；
（7）采用封装材料封装，然后覆盖背板透光衬底层。
2.根据权利要求1所述多色透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征是，P1的光斑大小是20um-25um，波长为355nm的紫色激光。
3.根据权利要求1所述多色透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征是，所述P2的光斑大小是25um-30um，波长为532nm的绿色激光。
4.根据权利要求1所述多色透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征是，所述P3的光斑大小是35um-45um，波长为532nm的绿色激光。
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