CN103887368B - 太阳能电池集成内联组件及制作方法、太阳能电池 - Google Patents

太阳能电池集成内联组件及制作方法、太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件及制作方法、薄膜太阳能电池；该制作方法通过丝网印刷油墨制作掩膜和对应的刻蚀工艺形成单元电池的刻槽，从而获得多个单元电池内部串联的集成组件。本发明采用丝网印刷与干法/湿法刻蚀相结合的制备方法，能够提高刻槽的精度，减小“死区”区域面积，使得薄膜太阳能电池的功能区域增大，从而提高了薄膜太阳能电池组件的效率。

Description

太阳能电池集成内联组件及制作方法、太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种薄膜太阳能电池，特别涉及一种柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件及制作方法、薄膜太阳能电池。
背景技术
薄膜太阳能电池按照衬底可分为硬性衬底（如玻璃衬底）和柔性衬底（如高温塑料、不锈钢带）两大类。柔性衬底薄膜太阳能电池由于重量轻、可卷曲的特性，极大扩展了太阳能电池的应用空间，有望应用到柔性显示器件中。集成内联是玻璃衬底薄膜太阳能电池上普遍采用的一种方式，集成内联在薄膜太阳能电池沉积的过程中实现，不需要后续处理，免去组件拼接的复杂性，提高组件的可靠性。目前，玻璃衬底硅基薄膜太阳能电池集成内联技术比较成熟，已用于大规模工业生产。现有的柔性衬底上直接形成薄膜太阳能电池的内联集成的制造过程中，采用的激光等刻蚀方法形成的各层薄膜的刻槽精度低，导致薄膜太阳能电池不能充分地实现发电功能。
为了解决以上问题，本发明做了有益改进。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的是克服现有柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件中的柔性衬底上刻槽精度不足，以及其导致的太阳能电池发电效率低的技术问题。
（二）技术方案
本发明是通过以下技术方案实现的：一种柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法，包括以下步骤：
S1.在柔性衬底上形成透明导电氧化物层作为前电极；
S2.采用丝网印刷方法在透明导电氧化物层表面形成油墨层作为掩膜，通过采用湿法刻蚀方法对所述透明导电氧化物层进行刻蚀，使得透明导电氧化层上形成第一刻槽，然后去除油墨层；
S3.在所述透明导电氧化层上形成PIN硅基薄膜层；
S4.采用丝网印刷方法在所述PIN硅基薄膜层的表面形成油墨层作为掩膜，通过采用干法刻蚀方法对所述PIN硅基薄膜层进行刻蚀，使所述PIN硅基薄膜层上形成第二刻槽和预刻槽，然后去除油墨层；
S5.在所述PIN硅基薄膜层的表面形成金属层作为背电极，所述金属层填充至所述第二刻槽和所述预刻槽内；
S6.采用丝网印刷方法在所述金属层表面除去对应所述预刻槽位置均形成油墨层作为掩膜，通过采用湿法刻蚀方法对所述金属层进行刻蚀，形成贯穿所述背电极层和所述预刻槽的第三刻槽，然后去除油墨层；
S7.分别引出电池的正极引线、负极引线和汇流线，并进行组装。
其中，所述步骤S1中，还包括以下步骤：
预先将设有氮化硅薄膜的硼硅玻璃作为柔性衬底的支撑体。
进一步，所述PIN硅基薄膜层为单结叠层结构、双结叠层结构或三结叠层结构。
其中，所述步骤S5中，所述金属层为依次沉积的Mo、Al和Mo三层金属薄膜。
其中，步骤S1中，所述透明导电氧化物层采用氧化铟锡材料制成。
进一步，所述步骤S2、S4和S6中，“去除油墨层”的步骤具体采用的方法为：采用有机溶剂浸泡所述油墨层，从而去除所述油墨层。
其中，所述有机溶剂为异丙醇溶剂。
本发明还提供一种柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件，利用如上所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法制成。
本发明还提供一种薄膜太阳能电池，包括如上所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件。
（三）有益效果
与现有技术和产品相比，本发明有如下优点：
本发明能够提高第一、第二和第三刻槽的尺寸精度，减小“死区”区域面积，使薄膜太阳能电池的功能区域增大，提高了薄膜太阳能电池的发电效率。
附图说明
图1是本发明的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件的结构剖视图；
图2是本发明提供的前电极刻蚀步骤的器件示意图；
图3是本发明提供的PIN硅基薄膜刻蚀步骤的器件示意图
图4是本发明提供的背电极刻蚀步骤的器件示意图；
图5是本发明提供的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法步骤方框示意图。
附图中，各标号所代表的组件列表如下：
1-柔性衬底；2-前电极；3-PIN硅基薄膜；4-背电极；I-死区；P1-第一刻槽；P2-第二刻槽；P3’-预刻槽；P3-第三刻槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
如图5所示，本发明提供一种柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法，包括以下步骤：
S1.在柔性衬底上形成透明导电氧化物层作为前电极；
其中，可预先在硼硅玻璃表面沉积一层氮化硅膜，并将其刻蚀成一定的图形，起到排气的支架作用，将沉积有氮化硅膜的薄玻璃作为柔性衬底的支撑体；
具体地，透明导电氧化物层优选采用氧化铟锡ITO材料制成。
S2.如图2所示，采用丝网印刷方法在透明导电氧化物层（前电极2）表面形成油墨层作为掩膜，再对所述透明导电氧化物层进行刻蚀，形成第一刻槽P1，然后去除油墨层；
具体地，所述油墨层采用耐酸碱的油墨形成，且采用湿法刻蚀方法进行刻蚀。采用耐酸碱的油墨能够确保在湿法刻蚀过程中不受腐蚀。
进一步，去除油墨层的方法是：采用有机溶剂浸泡所述油墨层，从而去除所述油墨层。有机溶剂优选采用异丙醇溶剂。
S3.在所述透明导电氧化物层上形成PIN硅基薄膜层；所述PIN硅基薄膜材料填充所述第一刻槽P1内。
具体地，采用PECVD设备，利用硅基薄膜太阳能电池的制备工艺分层沉积形成PIN硅基薄膜层。所述PIN硅基薄膜层可为单结叠层结构、双结叠层结构或三结叠层结构。具体地，PIN硅基薄膜层可包括依次沉积的硼掺杂P型硅基薄膜、I型硅基薄膜和磷掺杂N型硅基薄膜。
S4.如图3所示，采用丝网印刷方法在所述PIN硅基薄膜层3的表面形成油墨层作为掩膜，通过采用干法刻蚀方法对所述PIN硅基薄膜层3进行刻蚀，形成第二刻槽P2和预刻槽P3’，然后去除油墨层；
“去除油墨层”的方法为：采用异丙醇溶剂浸泡所述油墨层，从而去除所述油墨层。
S5.在所述PIN硅基薄膜层的表面形成金属层作为背电极，所述金属层填充至所述第二刻槽和所述预刻槽内；
其中，所述金属层背电极为依次沉积的Mo、Al和Mo三层金属薄膜。
S6.如图4所示，采用丝网印刷方法在所述金属层（背电极4）表面除对应所述预刻槽P3’的位置均形成油墨层作为掩膜，再对所述金属层刻蚀，形成贯穿所述背电极层和所述预刻槽P3’的第三刻槽P3，然后去除油墨层；
在刻蚀中，刻蚀工艺将贯穿所述背电极层和预刻槽，形成第三刻槽P3。
S7.分别引出电池的正极引线、负极引线和汇流线，并进行组装，完成集成内联组件的制备。
如图1所示，采用上述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法，在柔性衬底1上依次形成前电极2、PIN硅基薄膜层3和背电极4，完成硅基薄膜太阳能电池串联组件的制备。单元电池的串联分别通过三次丝网印刷油墨作为掩膜和对应的三次刻蚀工艺获得。采用丝网印刷与干法/湿法刻蚀相结合的方法，能够提高刻槽的精度。如图1所示，在死区Ι包括从第一刻槽P1至第三刻槽P3的区域。在该区域内，太阳能电池不具有发电的性能。其中，第一、第二和第三刻槽的精度提高，能够减小死区Ι区域面积，使得薄膜太阳能电池的功能区域增大，提高了薄膜太阳能电池的性能。
本发明还提供一种柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件，利用如上所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法制成。
本发明还提供一种薄膜太阳能电池，包括如上所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件。
实施例一
将聚酰亚胺等材料制成的柔性衬底覆膜到玻璃支撑体上，然后进行超声波清洗。采用高压氮气将清洗好的聚酰亚胺衬底吹干之后，放入磁控溅射设备中沉积氧化铟锡薄膜作为太阳能电池的前电极。氧化铟锡薄膜沉积完毕，取出后再放入氮气保护的退火炉中进行低温退火处理。采用丝网印刷方法将耐酸碱的油墨涂覆到所述退火处理之后的氧化铟锡层表面，覆盖需要保留的区域，通过湿法刻蚀工艺去除未被油墨覆盖的区域，在所述氧化铟锡薄膜层形成第一刻槽P1，之后使用异丙醇溶剂去除油墨层。P1槽宽度在20～30μm。
然后放入PECVD设备中沉积非晶硅基薄膜作为太阳能电池的吸收层。将非晶硅基薄膜沉积在所述氧化铟锡层的表面，并填充第一刻槽P1。在PECVD设备的三个不同腔室内依次沉积硼掺杂P型非晶硅薄膜、I型非晶硅薄膜和磷掺杂N型非晶硅薄膜。非晶硅薄膜沉积完毕后，冷却至室温，从PECVD设备中取出。采用丝网印刷的方法在所述PIN非晶硅薄膜层的表面覆盖油墨作为掩膜，通过采用反应等离子体干刻的方法去除未被油墨覆盖的区域，在所述PIN非晶硅薄膜层形成第二刻槽P2和预刻槽P3’，之后使用异丙醇溶剂去除油墨层。第二刻槽P2宽度和预刻槽P3’的宽度均在20～30μm，第二刻槽P2和第一刻槽P1的间距与预刻槽P3’和第二刻槽P2的间距均在30～40μm。
然后放入磁控溅射设备中沉积金属薄膜作为太阳能电池的背电极。将金属薄膜沉积在所述非晶硅基薄膜表面，并填充第二刻槽P2和预刻槽P3’。在磁控溅射设备的不同腔室内依次沉积Mo/Al/Mo三层金属薄膜层。再次采用丝网印刷方法在所述背电极表面除对应所述预刻槽P3’的位置均覆盖油墨作为掩膜，通过采用湿法刻蚀的工艺去除未被油墨覆盖处的金属层包括填充至预刻槽P3’的金属层，形成第三刻槽P3，并确保刻蚀贯穿所述背电极层和预刻槽P3’内。之后使用异丙醇溶剂去除油墨层。第三刻槽P3宽度在20～30μm，第三刻槽P3和第二刻槽P2的间距在30～40μm。第一刻槽P1、第二刻槽P2、第三刻槽P3相互平行，且依次右移（或左移）。第一刻槽P1到第三刻槽P3之间构成的“死区”宽度约为120～170μm。
最后，使用导电铜带作为正极引线和负极引线、必要时的汇流线。将所述导电铜带粘贴或焊接在所述金属背电极上。然后进行封装，完成太阳能电池集成内联组件的制备。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在柔性衬底上形成透明导电氧化物层作为前电极；
S2.采用丝网印刷方法在透明导电氧化物层表面形成油墨层作为掩膜，通过采用湿法刻蚀方法对所述透明导电氧化物层进行刻蚀，使得透明导电氧化层上形成第一刻槽，然后去除油墨层；
S3.在所述透明导电氧化层上形成PIN硅基薄膜层；
S4.采用丝网印刷方法在所述PIN硅基薄膜层的表面形成油墨层作为掩膜，通过采用干法刻蚀方法对所述PIN硅基薄膜层进行刻蚀，使所述PIN硅基薄膜层上形成第二刻槽和预刻槽，然后去除油墨层；
S5.在所述PIN硅基薄膜层的表面形成金属层作为背电极，所述金属层填充至所述第二刻槽和所述预刻槽内；
S6.采用丝网印刷方法在所述金属层表面除去对应所述预刻槽位置均形成油墨层作为掩膜，通过采用湿法刻蚀方法对所述金属层进行刻蚀，形成贯穿所述背电极层和所述预刻槽的第三刻槽，然后去除油墨层；
S7.分别引出电池的正极引线、负极引线和汇流线，并进行组装。
2.根据权利要求1所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法，其特征在于，所述步骤S1中，还包括以下步骤：
预先将设有氮化硅薄膜的硼硅玻璃作为柔性衬底的支撑体。
3.根据权利要求1所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法，其特征在于，所述PIN硅基薄膜层为单结叠层结构、双结叠层结构或三结叠层结构。
4.根据权利要求1所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述金属层为依次沉积的Mo、Al和Mo三层金属薄膜。
5.根据权利要求1所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法，其特征在于，步骤S1中，所述透明导电氧化物层采用氧化铟锡材料制成。
6.根据权利要求1所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法，其特征在于，所述步骤S2、S4和S6中，“去除油墨层”的步骤具体采用的方法为：采用有机溶剂浸泡所述油墨层，从而去除所述油墨层。
7.根据权利要求6所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法，其特征在于，所述有机溶剂为异丙醇溶剂。
8.一种柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件，其特征在于，利用如权利要求1～7任一项所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件制作方法制成。
9.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的柔性硅基薄膜太阳能电池集成内联组件。
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