CN103915529A - 微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法 - Google Patents

微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法；所述方法包括如下步骤：对导电玻璃基板上TCO膜层激光刻划，制造子电池；在TCO膜层上制备PIN电池膜层；激光刻划PIN电池膜层；在PIN电池膜层上进行PVD顺次沉积ZnO、铝、铜镍，得镀膜层；激光刻划镀膜层后粘覆PET保护膜；在PET保护膜层激光打标并撕去打标区域的PET保护膜，在打标区域加锡引出正负极焊点，并通过切割和测试，得所述微型非晶硅薄膜太阳能电池片。本发明通过对器件结构和生产工艺的改进，使制得的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的转换效率为7％～8％，较目前市面上普遍的6％～7％，提高了1％左右，且更适合应用于太阳能灯具、充电器等产品。

Description

微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法
技术领域
本发明属于太阳能应用技术领域，具体涉及一种微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法。
背景技术
由于近年来出现的能源危机和人们对环境保护的日益重视，各国纷纷实施、推广风能、太阳能、水能等绿色能源，其中太阳能作为人类取之不尽、用之不竭的能源而备受关注，一些国家对太阳能发电实施政府支持和补贴，从而推动太阳能发电技术的大规模开发和应用。非晶硅薄膜太阳能电池以其诸多优势，在太阳能应用领域受到了人们越来越多的关注。
大面积非晶硅薄膜太阳能片电池具有如下优点：1)低成本：需要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷，该气体化学工业可大量供应，且十分便宜；2)能量返回期短：转换效率为6％的非晶硅太阳能电池，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电后返回的时间约为1.5～2年，这是晶硅太阳能电池无法比拟的；3)适于大面积自动化生产；4)高温性好；5)弱光响应好，充电效率高。而在大面积非晶硅薄膜太阳能电池产业化生产后，可以裁切成各种规格的微型非晶硅薄膜太阳能电池片，并广泛应用于太阳能灯具、充电器、户外背包等产品。
然而，在国际金融危机和欧美对中国光伏产品双反的严峻形势下，再由于非晶硅薄膜太阳能电池片相对于晶硅太阳能电池片具有转换效率低、衰减程度高的缺点，阻碍了非晶硅薄膜太阳能电池片的大规模推广应用。因此，生产转换效率较高、衰减程度较低、成本更低廉，且又适合多方面应用的非晶硅薄膜太阳能电池片成为技术关键，同时也是目前研究的热点。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法。太阳能电池效率受材料、器件结构以及生产工艺的影响，包括电池的光损失、材料的有限迁移率、复合损失、串联电阻和旁路电阻损失等。对于一定的材料，电池结构优化与工艺的改进对提高效率起到重要作用。本发明正是通过对器件结构和生产工艺的改进，使得制得的非晶硅薄膜太阳能电池片的效率为7％～8％，较目前市面上普遍的非晶硅薄膜太阳能电池效率6％～7％，提高了1％左右；并可以通过切割得到各种规格的微型非晶硅薄膜太阳能电池片，广泛应用于太阳能灯具、充电器、户外背包等产品。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，所述方法包括如下步骤：
A、对导电玻璃基板上的TCO膜层激光刻划，制造子电池；
B、在TCO膜层上制备PIN电池膜层；
C、激光刻划PIN电池膜层；
D、在PIN电池膜层上进行PVD顺次沉积ZnO、铝、铜镍，得镀膜层；
E、激光刻划镀膜层后粘覆PET保护膜；
F、在PET保护膜层激光打标并撕去打标区域的PET保护膜，在打标区域加锡引出正负极焊点，并通过切割和测试，得到各种规格的所述微型非晶硅薄膜太阳能电池片。
本发明采用激光划刻TCO膜层、PIN电池膜层、镀膜层，形成电池片，各电池片间相互串联，其单个电池片的间距和有效发电区域内的输出电压和输出电流可调整。实际生产中，根据预设的规格电脑编程设计出相应的激光刻划线间距，可以通过切割机在大面积非晶硅薄膜太阳能电池片的范围内切割出与激光刻划线距相对应规格的微型非晶硅薄膜太阳能电池片。
优选地，所述导电玻璃基板是采用在线CVD在玻璃基本上沉积参杂F的SnO2层，其厚度在800～1000nm。该玻璃基板的厚度为3.2mm。
优选地，所述PIN电池层为通过PE-CVD法制备得到的单层PIN，制备方法具体如下：
制备P层，使用B(CH3)3、SiH4、CH4、Ar、H2气体，沉积温度178℃～182℃，功率密度15～19mW/cm2，氢稀释比R为23～35，硅烷与甲烷流量比为10∶1～1.35，沉积压力为0.8Torr，膜层厚度15～20nm；
制备I层，使用SiH4、Ar、H2气体，其中H2/SiH4比之R为19～21，沉积温度178～182℃，功率密度18～21mW/cm2，沉积压力为0.48Torr，膜层厚度200～400nm；
制备N层，使用PH3、SiH4、Ar、H2气体，其中H2/SiH4比之R为21～32，沉积温度178℃～182℃，功率密度15～19mW/cm2，沉积压力为0.8Torr，膜层厚度20～25nm。
优选地，步骤D中，所述PVD沉积时，本底真空度(指未充氩气的真空度)需小于等于2.5*10-6Torr，溅射真空度(指正常生产的真空度)需小于等于2*10-3Torr。
优选地，所述步骤D得到的镀膜层需要满足的焊接性能如下：
a、300度恒温烙铁左右滑动15mm3次镀层不能被熔化，不能看到铝层(白色)
b、使用普通烙铁在370±20度情况下模拟小片打标孔连续焊接5次不能看到铝层；
c、单个点点焊3次后用细导线焊接并用拉力计拉，要求达到30N以上。
优选地，所述步骤D得到的由玻璃基板、TCO膜、PIN电池膜层、镀膜层依次组成的电池小片的方阻阻值在0.5～0.8欧姆，长边短边米电阻在3～4欧姆，方可进行步骤E的操作。
优选地，步骤F中，所述切割具体为：根据预设的规格电脑编程设计出相应的激光刻划线间距，通过切割机在大面积非晶硅薄膜太阳能电池片的范围内切割出与激光刻划线距相对应规格的微型非晶硅薄膜太阳能电池片。
优选地，步骤F中，所述测试具体为依次进行强光电压、强光电流、弱光电压测试；所述强光电压要求在2～2.5万光强条件下测试，所述强光电流要求在4.8～5.2万光强条件下测试，所述弱光电压要求在95～105光强条件测试。
优选地，步骤F中，所述加锡时，单个点焊接速度小于0.8秒时，烙铁温度范围为400～440度，单个点焊接速度大于等于0.8秒小于1.0秒时，烙铁温度范围为360～400度。
优选地，所述加锡的同时或加锡后的焊点可以焊上电源线，用于连接至应用产品的电路板上。
优选地，步骤F中，所述测试操作后还包括掰片、外检、翻片、外装以及入库工序。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明通过对器件结构和生产工艺的改进，使得制得的非晶硅薄膜太阳能电池片的效率为7％～8％，较目前市面上普遍的非晶硅薄膜太阳能电池片效率6％～7％，提高了1％左右；并可以通过切割得到各种规格的微型非晶硅薄膜太阳能电池片，广泛应用于太阳能灯具、充电器、户外背包等产品。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产流程示意图；
图2为生产过程中切割线与激光刻划线的关系示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例涉及一种微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
A、对导电玻璃基板磨边、一次清洗，根据生产线预定的线距，对其上TCO膜层进行一次激光刻划，将整板分为若干块，作为若干个单体电池的电极。
B、二次清洗后，预热，在TCO膜层上通过PECVD法制备单层PIN电池膜层；具体如下：
制备P层，使用B(CH3)3、SiH4、CH4、H2气体，沉积温度178℃～182℃，功率密度15～19mW/cm2，氢稀释比R为23～35，硅烷与甲烷流量比为10∶1～1.35，沉积压力为0.8Torr，膜层厚度15～20nm；
制备I层，使用SiH4、H2气体，其中H2/SiH4比之R为19～21，沉积温度178℃～182℃，功率密度18～21mW/cm2，沉积压力为0.48TOrr，膜层厚度200～400nm；
制备N层，使用PH3、SiH4、H2气体，其中H2/SiH4比之R为21～32，沉积温度178℃～182℃，功率密度15～19mW/cm2，沉积压力为0.8Torr，膜层厚度20～25nm。
C、冷却后，根据生产预定的线宽以及与一次激光切割线的线间距，二次激光刻划PIN电池膜层，目的是让背电极通过与前电极(TCO膜)相联接，实现整板由若干个单体电池内部串联而成。
D、在PIN电池膜层上进行PVD顺次沉积ZnO、铝、铜镍，形成背电极；PVD沉积工艺中，本底真空度(指未充氩气的真空度)需小于等于2.5*10-6Torr，溅射真空度(指正常生产的真空度)需小于等于2*10-3Torr；得到的镀膜层需要满足的焊接性能如下：
a、300度恒温烙铁左右滑动15mm3次镀层不能被熔化，不能看到铝层(白色)
b、使用普通烙铁在370±20度情况下模拟小片打标孔连续焊接5次不能看到铝层；
c、单个点点焊3次后用细导线焊接并用拉力计拉，要求达到30N以上。
该步骤中，在沉积铝之前沉积一层ZnO，其目的在于提高本实施例的太阳能电池片的效率；沉积铜镍的目的在于提高可焊接性能，做到即便导线被拉断焊点都不会脱落，从而极大地提高本发明的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的性能稳定性和可靠性。
步骤D得到的由玻璃基板、TCO膜、PIN电池膜层、镀膜层依次组成的电池小片的方阻阻值在0.5～0.8欧姆，长边短边米电阻在3～4欧姆，方可进行步骤E的操作；
E、根据预定的线宽以及与二次激光切割线的线间距，三次激光、四次激光刻划镀膜层形成相互独立的部分，目的是将整个镀膜层分成若干个单体电池的背电极，并实现若干个独立的小片子电池；三次清洗；粘覆进口PET保护膜；该PET保护膜耐高低温(-45℃～250℃)，不变形，不脱落。
F、在玻璃表面打磨处理划伤，激光打标并撕去打标区域的PET保护膜，在打标区域加锡引出正负极焊点；该焊点不用借助任何助焊剂可以直接使用普通烙铁反复焊接，方便操作。
本发明采用激光划刻TCO膜层、PIN电池膜层、镀膜层，形成电池片，各电池片间相互串联，其单个电池片的间距和有效发电区域内的输出电压和输出电流可调整。
激光打标具体操作如下：
1、检查激光镜头上镜头盖是否拿开，是否有异物，如有应及时拿开或清理；
2、检查激光机的电、气供应源是否正常，如无误、打开激光机总电源盒空气开关；
3、激光控制电脑、再打开激光控制电脑中的软件，让工作台复位启动；
4、待激光机开启后15分钟请勿对设备进行操作，15分钟后，在控制软件上编制各种图形；
5、打标前按下激光操作台上的FAN按钮，让洗尘风机启动；
6、搬一片该规格的芯片放在工作台上，并定位好后，按下吸气按钮；
7、启动打标设备，开始在电池片上打相应的图标，待打4-5个电池后，测量打标尺寸与效果，与标准对比是否相同，如果不同，需调整相关参数；
8、一切调整好后，再小心搬另外片在工作台，按照打标流程：芯片定位-启动打标-打标结束-搬下电池芯片工序进行操作；
加锡具体操作要求如下：
1、每2个小时检查烙铁温度一次，烙铁温度要求如下：
单个点焊接速度大于等于0.8秒：烙铁温度范围：360-400度；
单个点焊接速度小于0.8秒：烙铁温度范围：400-440度；
2、跟踪镀膜可焊性(每个点0.8秒的速度)温度范围：390-410度；
3、焊点需要饱满；不能有未填充满或焊孔不良。
G、切割形成小片，经过测试合格后进行掰片，外检、翻片、包装、入库等后续操作。
所述切割具体为：根据预设的规格电脑编程设计出相应的激光刻划线间距，通过切割机在大面积非晶硅薄膜太阳能电池片的范围内切割出与激光刻划线距相对应规格的微型非晶硅薄膜太阳能电池片。其中，切割线与激光刻划线的关系为：以30*30规格为例，第一道至第三道激光之间约0.2mm，且不能相交，第四道激光按设计绝缘宽度(假设绝缘宽度为1mm)进行横向和竖向划刻，形成方框，如图2中所示，切割线偏移第四道激光线1mm左右的位置进行切割；从而实现在大面积非晶硅薄膜太阳能电池片的范围内切割出与激光刻划线距相适应规格的微型非晶硅薄膜太阳能电池片。
切割时具体操作要求如下：
1、按生产订单以及图纸，确认产品规格以及绝缘线宽度；
2、用钢尺量产品的外形尺寸以及绝缘线宽度与订单以及图纸是否一致；
3、确认规格型号正确后，将膜面向上负极边朝下靠紧档板，开启吸风将电池板固定在切割机操作台上；
4、量产品原点至X轴和Y轴第一条绝缘线的距离，并输入机台电脑程序中，开启自动或手动切割机旋钮，玻璃切割机开始切片，切至第一条线约10mm时暂停，看切割线是否在相邻产品绝缘线以内且偏离中心正负0.3mm，若是则可继续切割，若不是则需要通过调整直至符合上面所诉要求方可切割；
5、切割完毕后操作台由吸气改为吹气，将电池板移出操作台开始掰片；
6、按同一要求负极方向摆放在操作台上，转下道测试工序继续加工。
掰片之前需进行测试，测试时需进行强光电压、强光电流、弱光电压测试。强光电压要求在2至2.5万光强条件下测试，强光电流要求在4.8-5.2万光强条件下测试，弱光电压要求在95-105光强条件测试，所有测试值按电性能测试表测试。
掰片时具体操作要求如下：
1、第一道掰片工序将上道工序测试好的条状产品掰成2-4小片连在一起的产品；
2、第二道掰片工序将上道掰片工序掰好的产品掰成单个电池产品，并将电池玻璃面向上放置，且将用记号笔做过记号的产品取出来放在塑料盒里待修复；
3、对掰好的产品进行检查，看是否有崩边缺角斜边等不良现象。
4、对合格的产品进行后道翻片工序，即将一片翻过来叠在另一片上。
包装时具体操作要求如下：
1、选择对应尺寸的吸塑盒，将产品面对面两片重叠后放置在吸塑盒的单个格子里；
2、单个吸塑盒放满时再拿其他吸塑盒继续放置，约20层时需到电子称上称一下重量，以免少层或少数；
3、待纸箱装满后用封装胶带封口，箱外要标注内装数量、规格和重量；即可。
本实施例中，导电玻璃基板可选用市购的导电玻璃基板；优选在线CVD在玻璃基本上沉积参杂F的SnO2层，其厚度在800～1000nm。所述玻璃基板的厚度为3.2mm。
本发明经过无数次的试验偶尔发现，在玻璃基板上在线CVD在玻璃基本上沉积参杂F的SnQ2层，在有效地提高薄膜的电导率，改善薄膜特性的同时，玻璃基板的抗压强度可提高至与5mm的玻璃基板相当；同时其光透射率远高于5mm的玻璃基板，从而实现了强度与效率的平衡。
本实施例中，由于本征I层是电池的核心部分，是光生载流子的产生与收集区；该区的厚度将直接影响电池的性能参数。在材料的光吸收系数和缺陷密度一定的条件下，合适的I层厚度是提高电池效率的关键。从另一方面来说，为了阻止S-W效应，一方面要减少a-Si∶H材料中的Si-H键和0、N等杂质污染，另一方面要适当减少i层厚度，增强内建电场，从而减少光生载流子的复合，抑制电池特性的光致衰退效应。本发明通过对上述几种因素的综合考量，结合大量的试验研究，确定I层厚度为200～400nm。同时，Ar稀释可以起到氢稀释的功效，从而可以降低硅薄膜电池的衰退影响；而合适的沉积工艺也可减少本征非晶硅膜层中的氢含量和缺陷态密度，使其形成稳定的Si-Si键和Si-H键网络结构，进一步降低了光衰减效应。本发明结合大量的试验研究，确定出PECVD沉积工艺以及参数，从而使得本发明的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的效率可达7％～8％。
按本实施例的工艺制得外形尺寸为30mm×30mm×3.2mm的QS30*30-3S的非晶硅太阳能电池，在卤素灯光源，光强100LUX情况下测得其弱光性能Voc≥0.3V，3万LUX情况下强光性能Voc≥2.1V，在正常使用条件下，3个月内衰减≤20％。按本实施例的工艺制得外形尺寸为47mm×24mm×3.2mm的QS47*24-9D的非晶硅太阳能电池，在卤素灯光源，光强i00LUX情况下测得其弱光性能Voc≥1.8V，3万LUX情况下强光性能Voc≥12.6V，在正常使用条件下，3个月内衰减≤20％。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、对导电玻璃基板上的TCO膜层激光刻划，制造子电池；
B、在TCO膜层上制备PIN电池膜层；
C、激光刻划PIN电池膜层；
D、在PIN电池膜层上进行PVD顺次沉积ZnO、铝、铜镍，得镀膜层；
E、激光刻划镀膜层后粘覆PET保护膜；
F、在PET保护膜层激光打标并撕去打标区域的PET保护膜，在打标区域加锡引出正负极焊点，经切割和测试，即得所述微型非晶硅薄膜太阳能电池片。
2.根据权利要求1所述的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，其特征在于，所述导电玻璃基板是采用在线CVD在玻璃基本上沉积参杂F的Sn02层，其厚度在800～1000nm。
3.根据权利要求1所述的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，其特征在于，所述PIN电池层为通过PE-CVD法制备得到的单层PIN，制备方法具体如下：
制备P层，使用B(CH3)3、SiH4、CH4、H2气体，沉积温度178℃～182℃，功率密度15～19mW/cm2，氢稀释比R为23～35，硅烷与甲烷流量比为10∶1～1.35，沉积压力为0.8Torr，膜层厚度15～20nm；
制备I层，使用SiH4、H2气体，其中H2/SiH4比之R为19～21，沉积温度178℃～182℃，功率密度18～21mW/cm2，沉积压力为0.48Torr，膜层厚度200～400nm；
制备N层，使用PH3、SiH4、H2气体，其中H2/SiH4比之R为21～32，沉积温度178℃～182℃，功率密度15～19mW/cm2，沉积压力为0.8Torr，膜层厚度20～25nm。
4.根据权利要求1所述的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，其特征在于，步骤D中，所述PVD沉积时，本底真空度小于等于2.5*10-6Torr，溅射真空度小于等于2*10-3Torr。
5.根据权利要求1所述的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，其特征在于，所述步骤D得到的镀膜层需要满足的焊接性能如下：
a、300度恒温烙铁左右滑动15mm3次，镀层不能被熔化，不能看到白色铝层；
b、使用普通烙铁在370±20度情况下模拟小片打标孔连续焊接5次不能看到白色铝层；
c、单个点点焊3次后用细导线焊接并用拉力计拉，要求达到30N以上。
6.根据权利要求1所述的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，其特征在于，所述步骤D得到的由玻璃基板、TCO膜、PIN电池膜层、镀膜层依次组成的电池小片的方阻阻值在0.5～0.8欧姆，长边短边米电阻在3～4欧姆，方可进行步骤E的操作。
7.根据权利要求1所述的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，其特征在于，步骤F中，所述切割具体为：根据预设的规格电脑编程设计出相应的激光刻划线间距，通过切割机在大面积非晶硅薄膜太阳能电池片的范围内切割出与激光刻划线距相适应规格的微型非晶硅薄膜太阳能电池片。
8.根据权利要求1所述的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，其特征在于，步骤F中，所述测试具体为依次进行强光电压、强光电流、弱光电压测试；所述强光电压要求在2～2.5万光强条件下测试，所述强光电流要求在4.8～5.2万光强条件下测试，所述弱光电压要求在95～105光强条件测试。
9.根据权利要求1所述的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，其特征在于，步骤F中，所述加锡时，单个点焊接速度小于0.8秒时，烙铁温度范围为400～440度，单个点焊接速度大于等于0.8秒小于1.0秒时，烙铁温度范围为360～400度。
10.根据权利要求1所述的微型非晶硅薄膜太阳能电池片的生产方法，其特征在于，步骤F中，所述测试操作后还包括掰片、外检、翻片、外装以及入库工序。
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