CN104218105A - 柔性cigs太阳能电池及其内联方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于薄膜太阳能电池加工领域,提供了一种柔性CIGS太阳能电池及其内联方法,所述电池包括衬底基板,所述衬底基板上依次镀有背电极层、吸收层、缓冲层、本征氧化锌层、透明导电膜掺铝氧化锌层;各膜层之间设有的P11沟道、P21沟道、P31沟道;P21沟道中设置有汇流带,所述汇流带引出于所述透明导电膜掺铝氧化锌层的表面,且至少与所述背电极层和透明导电膜掺铝氧化锌层电导通。本发明通过汇流带与所述背电极层电连接,电流最终流向所述背电极层,将所述子电池串联,其加工的内联方法是先在所述衬底基板上镀完所有的膜层,然后再进行激光刻划,无需多次工序的转换,操作简单。

Description

柔性CIGS太阳能电池及其内联方法
技术领域
本发明属于非晶硅薄膜太阳能电池加工领域,尤其涉及薄膜太阳能电池中的柔性CIGS太阳能电池及其内联方法。
背景技术
柔性CIGS太阳电池是在玻璃或其它廉价衬底上沉积6层以上化合物半导体和金属薄膜料,薄膜总厚度约3~4微米。现有技术中柔性CIGS太阳能电池加工工艺中存在内联的连接方式,所述内联方式的对应的结构如图1所示,所述电池包括衬底基板11、背电极层(MO层)12、吸收层(CIGS层)13、缓冲层(CdS层)和本征氧化锌层(ZnO层)、透明导电膜掺铝氧化锌AZO层14。
所述内联方式是通过在所述衬底基板11上的膜层之间刻划P1(图1a)、P2(图1b)、P3(图1c)沟道(其中CdS和ZnO层图未示),当太阳光透过AZO照射到CIGS上时,CIGS(相当于半导体,PN结)处的内建电场使产生的非平衡载流子向空间电荷区两端漂移,产生光生电势并产生电流;由于PN结本身的属性,电流不能逆向传输,所以只能流到AZO层,而AZO层与MO层相连(且由于P3的刻划,短路),并且MO的电阻比AZO低,故电流经AZO层再流入到Mo层,这样所有的子电池就通过MO层连接,形成串联。
内联的标准流程为溅射背电极层(MO层)12、激光刻划MO层、形成吸收层(CIGS层)13、形成缓冲层(CdS层)和本征氧化锌层(ZnO层)、刻划CIGS+CdS+ZnO层、溅射透明导电膜掺铝氧化锌AZO层14、刻划CIGS+CdS+ZnO+AZO层、清边、封装及测试。
此内联工艺采用镀一次膜,则刻划一次的方式,镀膜与刻划转换次数多,操作复杂,且所花时间长,同时由于CIGS电池三种叠层(三层包括:MO层、CIGS吸收层及AZO导电层;由于行业习惯,经常在描述中省略CdS+ZnO层)的材料属性(光谱吸收曲线)不一样,所以,往往需要两种不同种类的激光进行刻划,如纳秒绿光或红外激光激光设备刻膜层(P1),用皮秒绿光激光器来进行刻划CIGS层(P2)和CIGS+AZO层(P2+P3),这样,CIGS太阳能电池刻划就会用多种激光器来进行,花费成本高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种柔性CIGS太阳能电池,以解决现有电池内联工艺复杂的问题。
本发明实施例是这样实现的,一种柔性CIGS太阳能电池,所述柔性CIGS太阳能电池包括:
衬底基板;
所述存底基板上依次镀有背电极层、吸收层、缓冲层、本征氧化锌层、透明导电膜掺铝氧化锌层;
P11沟道,所述P11沟道穿透所述背电极层、吸收层、缓冲层、本征氧化锌层和透明导电膜掺铝氧化锌层;
P21沟道,所述P21沟道穿透所述透明导电膜掺铝氧化锌层、本征氧化锌层、缓冲层和吸收层;
P31沟道,所述P31沟道穿透所述透明导电膜掺铝氧化锌层;
汇流带,所述汇流带设置于所述P21沟道中,并引出于所述透明导电膜掺铝氧化锌层的表面,所述汇流带至少与所述背电极层和透明导电膜掺铝氧化锌层电导通。
进一步地,所述衬底基板材料为聚酰亚胺。
本发明实施例还提供一种柔性CIGS太阳能电池的内联方法,所述内联方法包括:
在衬底基板上依次形成背电极层、吸收层、缓冲层、本征氧化锌层、透明导电膜掺铝氧化锌层;
激光刻划并穿透上述所有膜层,形成P11沟道;
激光刻划并穿透透明导电膜掺铝氧化锌层、本征氧化锌层、缓冲层、吸收层,形成P21沟道;
激光刻划并穿透透明导电膜掺铝氧化锌层,形成P31沟道;
在P21沟道中设置汇流带并引出于所述透明导电膜掺铝氧化锌层的表面,所述汇流带至少与所述背电极层和透明导电膜掺铝氧化锌层电导通。
进一步地,在激光刻划步骤之前,需要对衬底上依次形成背电极层、吸收层、缓冲层、本征氧化锌层、透明导电膜掺铝氧化锌层的待刻划的柔性CIGS太阳能电池进行张紧。
进一步地,在所述张紧步骤之后需要对所述待刻划的柔性CIGS太阳能电池纠偏。
进一步地,所述激光为短脉宽激光。
进一步地,所述激光的脉宽为10皮秒-1纳秒。
进一步地,在设置所述汇流带步骤后还包括封装步骤。
进一步地,所述衬底基板材料为聚酰亚胺。
本发明提供了一种柔性CIGS太阳能电池及其内联方法,所述柔性CIGS太阳能电池通过汇流带与所述背电极层电连接,电流最终流向所述背电极层,将所述子电池串联,其加工的内联方法是先在所述衬底基板上镀完所有的膜层,然后再进行激光刻划,无需多次工序的转换,操作简单;同时采用短脉宽激光进行刻划,满足所有膜层的刻划要求,无需多台激光器的,节约成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本现有内联方法所提供的工艺步骤及对应的结构图;
图2是本发明实施例提供的内联方法对应的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图2所示,本发明实施例提供一种柔性CIGS太阳能电池10,其包括衬底基板11;所述衬底基板上依次镀有背电极层12、吸收层13、缓冲层(图未示)、本征氧化锌层(图未示)、透明导电膜掺铝氧化锌层14;
P11沟道,所述P11沟道穿透所述背电极层12、吸收层13、缓冲层、本征氧化锌层和透明导电膜掺铝氧化锌层;
P21沟道,所述P21沟道穿透所述透明导电膜掺铝氧化锌层14、本征氧化锌层、缓冲层和吸收层;
P31沟道,所述P31沟道穿透所述透明导电膜掺铝氧化锌层14;
汇流带15,所述汇流带15设置于所述P21沟道中,并引出于所述透明导电膜掺铝氧化锌层14的表面,且所述汇流带15至少与所述背电极层12和透明导电膜掺铝氧化锌层14电导通。
进一步地,所述衬底基板11的材料为聚酰亚胺。
上述内联结构的柔性CIGS太阳能电池10,当太阳光透过AZO层照射到CIGS吸收层上时,CIGS(相当于半导体,PN结)处的内建电场使产生的非平衡载流子向空间电荷区两端漂移,产生光生电势并产生电流16;由于PN结本身的属性,电流16不能逆向传输,所以只能流到AZO层,然后由于所述AZO层与所述汇流带导通,所述电流16由AZO层流向汇流带;而由于P31沟道的刻划,已形成短路,故电流只能通过所述汇流带再流经MO层(MO的电阻比AZO低,所以电流不会从汇流带再次流入到AZO层),从而导出电流,这样所有的子电池就通过MO层连接,形成串联(即电流方向为:CIGS层—AZO层—汇流带—MO层)。
本发明实施例还提供一种柔性CIGS太阳能电池10的内联方法,所述内联方法包括:
步骤S11:在衬底基板11上依次形成背电极层12、吸收层13、缓冲层(图未示)、本征氧化锌层(图未示)、透明导电膜掺铝氧化锌层14;
本实施例中的柔性CIGS太阳能电池不改变现有技术中柔性CIGS太阳能电池的膜层的叠置结构,仍采用现有技术中的背电极层(MO层)、吸收层(CIGS层)、缓冲层(CdS层)和本征氧化锌层(ZnO层)、透明导电膜掺铝氧化锌AZO。
在其他实施例中,所述衬底基板11的材料为聚酰亚胺(PI)。
在其他实施例中,当在所述衬底基板11上镀完所有膜层后,还存在对其张紧的步骤,由于柔性电池的厚底小,且为了方便加工,所述电池是在一大块材料上加工,然后分割成多个小的电池,所以,为了保证平整度,需要对独有膜层的衬底基板进行张紧,以便于后续步骤的加工。
步骤S21:激光刻划,形成P11沟道、P21沟道、P31沟道;
具体的,在本实施例中,激光刻划并穿透上述镀在衬底基板11上的所有膜层,形成P11沟道;
激光刻划并穿透透明导电膜掺铝氧化锌层、本征氧化锌层、缓冲层、吸收层,形成P21沟道;
激光刻划并穿透透明导电膜掺铝氧化锌层,形成P31沟道;
所述激光采用短脉宽激光,所述脉宽优选10皮秒-1纳秒。
进一步地,所述激光为绿激光。
当然,在其他实施例中,所述P11沟道、P21沟道、P31沟道的刻划顺序可变,也可以采用多束激光同时刻划3个沟道。
在其他实施例中,为了保证激光刻划的直线度,在对电池进行刻划前需要对所述电池的位置进行调整,具体的,所述电池可以设置在具有多维运动结构的工作台上。
在其他实施例中,为了保证刻划的精度,还设置有视觉系统,用以对P11的位置跟踪抓拍,以保证后续P21、P31的刻划位置的精度。
步骤S31:在P21沟道中设置汇流带15并引出于所述透明导电膜掺铝氧化锌层14的表面,所述汇流带15至少与所述背电极层12和透明导电膜掺铝氧化锌层14电连接。
所述汇流带15采用导电材料制成,具体的,本实施例中,所述汇流带14采用丝印的方式与所述背电极层12和透明导电膜掺铝氧化锌层14电连接。
在其他实施例中,也可以在步骤S21中刻划完P21沟道后就直接丝印所述汇流带。
步骤S41:对所述柔性CIGS太阳能电池进行封装;
本实施例中的封装方式与现有技术对电池的封装方式相似,此不在赘述。
步骤S51:测试;
检验所述电池是否导通,从而判断所述3个沟道是否存在刻划不连续;
检测电流大小,用以判断刻划的沟道直线度。
以及检测电池外观等等。
上述内联方法先统一镀完所有的膜层,然后再进行激光刻划,无需多次工序的转换,操作简单;同时采用短脉宽激光进行刻划,满足所有膜层的刻划要求,无需多台激光器的,节约成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型,而且性能或用途相同,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种柔性CIGS太阳能电池,其特征在于,所述柔性CIGS太阳能电池包括:
衬底基板,所述衬底基板上依次镀有背电极层、吸收层、缓冲层、本征氧化锌层、透明导电膜掺铝氧化锌层;
P11沟道,所述P11沟道穿透所述背电极层、吸收层、缓冲层、本征氧化锌层和透明导电膜掺铝氧化锌层;
P21沟道,所述P21沟道穿透所述透明导电膜掺铝氧化锌层、本征氧化锌层、缓冲层和吸收层;P31沟道,所述P31沟道穿透所述透明导电膜掺铝氧化锌层;
汇流带,所述汇流带设置于所述P21沟道中,并引出于所述透明导电膜掺铝氧化锌层的表面,且至少与所述背电极层和透明导电膜掺铝氧化锌层电导通。
2.如权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电,其特征在于,所述衬底基板材料为聚酰亚胺。
3.一种柔性CIGS太阳能电池的内联方法,其特征在于,所述内联方法包括:
在衬底基板上依次形成背电极层、吸收层、缓冲层、本征氧化锌层、透明导电膜掺铝氧化锌层;
激光刻划并穿透上述所有膜层,形成P11沟道;
激光刻划并穿透透明导电膜掺铝氧化锌层、本征氧化锌层、缓冲层、吸收层,形成P21沟道;
激光刻划并穿透透明导电膜掺铝氧化锌层,形成P31沟道;
在P21沟道中设置汇流带并引出于所述透明导电膜掺铝氧化锌层的表面,所述汇流带至少与所述背电极层和透明导电膜掺铝氧化锌层电导通。
4.如权利要求3所述的内联方法,其特征在于,在激光刻划步骤之前,需要对衬底基板上依次形成有背电极层、吸收层、缓冲层、本征氧化锌层、透明导电膜掺铝氧化锌层的待刻划的柔性CIGS太阳能电池进行张紧。
5.如权利要求4所述的内联方法,其特征在于,在所述张紧步骤之后需要对所述待刻划的柔性CIGS太阳能电池纠偏。
6.如权利要求3所述的内联方法,其特征在于,所述激光为短脉宽激光。
7.如权利要求6所述的内联方法,其特征在于,所述激光的脉宽为10皮秒-1纳秒。
8.如权利要求3所述的内联方法,其特征在于,在设置所述汇流带步骤后还包括封装步骤。
9.如权利要求3所述的内联方法,其特征在于,所述衬底基板材料为聚酰亚胺。
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