CN104701397B - 一种硅基薄膜太阳能电池结构及加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅基薄膜太阳能电池结构，其特征在于沿基板长度方向由分割线均匀分成至少两个外部并联的子电池，沿基板宽度方向由设置在透明导电前电极层设有刻划P1，沉积硅基薄膜层设有刻划P2，溅射背电极层设有刻划P3，刻划P1、P2、P3依次设置，本发明的关键在于根据PECVD设备沉积膜层的实际情况，按照最佳节宽度公式制作刻划P1、刻划P2和刻划P3，优化了最佳电池条宽度，长度方向分割电池，通过简单的方法将它们相并联，将大面积沉积硅基薄膜层厚度的不均匀性，以及短路点对电池性能的影响降到最低，使硅基薄膜电池在合适输出电压下，同时有最佳的输出电流，通过简单有效的方法充分发挥了大面硅基薄膜电池本身的潜能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地说是一种能改善太阳能电池性能的硅基薄膜太阳能电池结构及加工工艺。
背景技术
众所周知，太阳能光伏组件应用于生活领域逐渐增多，例如独立发电系统、太阳能路灯、并网发电、光伏建筑一体化等。目前市场成熟主流的技术以单晶硅和多晶硅太阳电池为主，但是由于硅材料的日渐短缺以及生产晶体硅过程中存在的破坏环境问题，非晶硅薄膜太阳电池具有耗材少、环境友好、成本下降空间较大、成本低、弱光响应好、高温性能好，相同装机容量下发电量高等优点，所以非晶硅薄膜太阳电池越来越受到人们的关注。目前，硅基薄膜太阳能电池主要问题是如何提高转化效率和降低光致衰退效应。现有技术中大都从改善膜层质量、优化工艺配方和沉积条件、及制备陷光结构等方式提高硅基薄膜太阳能电池的转化效率，但是，大面积制备硅薄膜主要存在的问题是：1、薄膜厚度不均匀；2、薄膜内部存在缺陷。对与硅基薄膜太阳能电池来说，这两方面的问题导致整个面的电流密度不均匀、存在短路等问题。因此，如何将电流密度不均匀和短路问题对电池造成的影响降到最低至关重要。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种通过化整为零，对薄膜太阳能电池进行纵横方向的合理分割，充分挖掘电池自身性能，将薄膜不均匀性和内部缺陷对电池的影响降到最低，使硅基薄膜电池在合适的输出电压下，同时有最佳输出电流的硅基薄膜太阳能电池结构。
本发明可以通过如下措施达到：
一种硅基薄膜太阳能电池结构，包括基板，基板a上设有由透明导电前电极层b、沉积硅基薄膜层c和溅射背电极层d构成的电池板和焊接电极，其特征在于沿基板长度方向由分割线P均匀分成至少两个外部并联的子电池，分割线P由功率约为1W的532nm的脉冲式激光器刻划，532nm的激光器可以透过透明导电前电极，将硅基薄膜层和背电极刻划断，划线宽度至少30um，分割线P在长度方向将电池均匀的分成至少两个子电池；沿基板宽度方向由设置在透明导电前电极层b设有刻划P1，刻划P1由功率约为500mW的1064nm红外脉冲激光器刻划，刻划P1线的宽度约为30um，刻划P1将透明导电前电极完全刻断，横跨刻划P1线的绝缘电阻≥5MΩ；刻划P1线划分了子电池的一个边界；硅基薄膜层c设有刻划P2，刻划P2偏离P1约100um，刻划P2由功率约为500mW的532nm的脉冲式激光器刻划，刻划P2的宽度约为30um；横跨刻划P2线的绝缘电阻≥5MΩ，溅射背电极层d设有刻划P3，刻划P3偏离P2约100um，刻划P3由功率约为500mW的532nm的脉冲式激光器刻划，刻划P3的宽度约为30um，横跨刻划P3线的绝缘电阻≥5MΩ刻划，P3划分了子电池的另一个边界，刻划P3将电池在宽度方向上划分为多个内部串联的子电池。
本发明所述沿基板宽度方向的子电池的宽度由下列公式计算：
其中的Jmpp为最佳功率点的电流密度、Vmpp 为最佳功率点的电压、PLS 为是指太阳能电池标准测试条件的辐射光强度的功率密度、Wa为子电池的有效宽度，Wd 为死区宽度、Rtco为透明导电前电极的方块电阻。
本发明所述的分割线P将硅基薄膜层和背电极刻划断，以实现通过电极连接在沿基板长度方向形成并联。
一种硅基薄膜太阳能电池加工工艺，包括以下步骤：
步骤一、首先测量透明导电前电极的方块电阻Rtco，测尽量多的点，取他们的平均值Rtco，
步骤二、根据计算，得出最佳功率点的电流密度（Jmpp）、电压（Vmpp）、死区宽度（Wd）按照公式（1）计算出最佳电池宽度W（W=Wa+Wb），在透明导电前电极层刻划P1，确定宽度方向子电池的尺寸，刻划P1由功率约为500mW的1064nm红外脉冲激光器刻划，刻划P1线的宽度为20-40um，刻划P1将透明导电前电极完全刻断，横跨刻划P1线的绝缘电阻≥5MΩ；刻划P1线划分了子电池的一个边界；
步骤二、采用沉积硅基薄膜得电池的P层、I层及N层；
步骤三、偏离刻划P1至少100um平行刻划P2线，刻划P2由功率约为500mW的532nm的脉冲式激光器刻划，刻划P2的宽度为20-40um；横跨刻划P2线的绝缘电阻≥5MΩ；
步骤四、采用溅射法溅射背电极，偏离刻划P2至少100um平行地刻划P3线，刻划P3由功率约为500mW的532nm的脉冲式激光器刻划，刻划P3的宽度约为30um，横跨刻划P3线的绝缘电阻≥5MΩ，刻划P3划分了子电池的另一个边界，刻划P3将电池在宽度方向上划分为多个内部串联的子电池；
步骤五、根据沉积硅基薄膜层的质量，确定在沿其板长度方向子电池的个数，制作分割线P，分割线P由功率约为1W的532nm的脉冲式激光器刻划，532nm的激光器可以透过透明导电前电极，将硅基薄膜层和背电极刻划断，划线宽度至少 30um，分割线P在长度方向将电池均匀的分成至少两个子电池；
步骤六、沿电池基板长度方向两端焊接电极，电极不仅起引出电流、电压的作用，还起到沿电池基板长度方向的子电池相并联。
本发明的关键在于根据PECVD设备沉积膜层的实际情况，按照最佳节宽度公式刻划P1、刻划P2和刻划P3，优化了最佳电池条宽度，在长度方向上分割电池，通过简单的方法将它们相并联，将大面积沉积硅基薄膜层厚度的不均匀性，以及短路点对电池的性能的影响降到最低，使硅基薄膜电池在合适的输出电压下，同时有最佳的输出电流，通过简单有效的方法充分发挥了大面硅基薄膜电池本身的潜能。
附图说明
图1本发明的一种平面结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图所示，一种硅基薄膜太阳能电池结构，包括基板，基板a上设有由透明导电前电极层b、沉积硅基薄膜层c和溅射背电极层d构成的电池板和焊接电极，其特征在于沿基板长度方向由分割线P均匀分成至少两个外部并联的子电池，分割线P由功率约为1W的532nm的脉冲式激光器刻划，532nm的激光器可以透过透明导电前电极，将硅基薄膜层和背电极刻划断，划线宽度至少30um，分割线P在长度方向将电池均匀的分成至少两个子电池；沿基板宽度方向由设置在透明导电前电极层b设有刻划P1，刻划P1由功率约为500mW的1064nm红外脉冲激光器刻划，刻划P1线的宽度约为30um，刻划P1将透明导电前电极完全刻断，横跨刻划P1线的绝缘电阻≥5MΩ；刻划P1线划分了子电池的一个边界；硅基薄膜层c设有刻划P2，刻划P2偏离P1约100um，刻划P2由功率约为500mW的532nm的脉冲式激光器刻划，刻划P2的宽度约为30um；横跨刻划P2线的绝缘电阻≥5MΩ，溅射背电极层d设有刻划P3，刻划P3偏离P2约100um，刻划P3由功率约为500mW的532nm的脉冲式激光器刻划，刻划P3的宽度约为30um，横跨刻划P3线的绝缘电阻≥5MΩ，刻划P3划分了子电池的另一个边界，刻划P3将电池在宽度方向上划分为多个内部串联的子电池。
本发明所述沿基板宽度方向的子电池的宽度由下列公式计算：
其中的Jmpp为最佳功率点的电流密度、Vmpp 为最佳功率点的电压、PLS 为是指太阳能电池标准测试条件的辐射光强度的功率密度、Wa为子电池的有效宽度，Wd 为死区宽度、Rtco为透明导电前电极的方块电阻。
本发明所述的分割线P将硅基薄膜层和背电极刻划断，以实现通过电极连接在沿基板长度方向形成并联。
一种硅基薄膜太阳能电池加工工艺，包括以下步骤：
步骤一、首先测量透明导电前电极的方块电阻Rtco，测尽量多的点，取他们的平均值Rtco，
步骤二、根据计算，得出最佳功率点的电流密度（Jmpp）、电压（Vmpp）、死区宽度（Wd）按照公式（1）计算出最佳电池宽度W（W=Wa+Wb），在透明导电前电极层刻划P1，确定宽度方向子电池的尺寸，刻划P1由功率约为500mW的1064nm红外脉冲激光器刻划，刻划P1线的宽度为20-40um，刻划P1将透明导电前电极完全刻断，横跨刻划P1线的绝缘电阻≥5MΩ；刻划P1线划分了子电池的一个边界；
步骤二、采用沉积硅基薄膜得电池的P层、I层及N层；
步骤三、偏离刻划P1至少100um平行刻划P2线，刻划P2由功率约为500mW的532nm的脉冲式激光器刻划，刻划P2的宽度为20-40um；横跨刻划P2线的绝缘电阻≥5MΩ；
步骤四、采用溅射法溅射背电极，偏离刻划P2至少100um平行地刻划P3线，刻划P3由功率约为500mW的532nm的脉冲式激光器刻划，刻划P3的宽度约为30um，横跨刻划P3线的绝缘电阻≥5MΩ，刻划P3划分了子电池的另一个边界，刻划P3将电池在宽度方向上划分为多个内部串联的子电池；
步骤五、根据沉积硅基薄膜层的质量，确定在沿其板长度方向子电池的个数，制作分割线P，分割线P由功率约为1W的532nm的脉冲式激光器刻划，532nm的激光器可以透过透明导电前电极，将硅基薄膜层和背电极刻划断，划线宽度至少 30um，分割线P在长度方向将电池均匀的分成至少两个子电池；
步骤六、沿电池基板长度方向两端焊接电极，电极不仅起引出电流、电压的作用，还起到沿电池基板长度方向的子电池相并联。
本发明的关键在于根据PECVD设备沉积膜层的实际情况，按照最佳节宽度公式刻划P1、刻划P2和刻划P3，优化了最佳电池条宽度，在长度方向上分割电池，通过简单的方法将它们相并联，将大面积沉积硅基薄膜层厚度的不均匀性，以及短路点对电池的性能的影响降到最低，使硅基薄膜电池在合适的输出电压下，同时有最佳的输出电流，通过简单有效的方法充分发挥了大面硅基薄膜电池本身的潜能。
Claims (5)
1.一种硅基薄膜太阳能电池加工工艺，包括基板a，基板a上设有由透明导电前电极层b、沉积硅基薄膜层c和溅射背电极层d构成的电池板和焊接电极，其特征在于沿基板长度方向由分割线P均匀分成至少两个外部并联的子电池，分割线P的宽度至少30μm，分割线P在长度方向将电池均匀的分成至少两个子电池；沿基板宽度方向设置在透明导电前电极层b设有刻划P1，刻划P1的宽度20-40μm，刻划P1将透明导电前电极完全刻断，横跨刻划P1的绝缘电阻≥5MΩ，刻划P1划分了子电池的一个边界；硅基薄膜层c设有刻划P2，刻划P2偏离刻划P1的距离为80-120μm，刻划P2的宽度为20-40μm；横跨刻划P2的绝缘电阻≥5MΩ，溅射背电极层d设有刻划P3，刻划P3偏离刻划P2的距离为80-120μm，刻划P3的宽度为20-40μm，横跨刻划P3线的绝缘电阻≥5MΩ，刻划P3划分了子电池的另一个边界，刻划P3将电池在宽度方向上划分为多个内部串联的子电池，其中沿基板宽度方向的子电池的宽度由下列公式计算：
其中的Jmpp为最佳功率点的电流密度、Vmpp为最佳功率点的电压、Pls为指太阳能电池标准测试条件的辐射光强度的功率密度、Wa为子电池的有效宽度，Wd为死区宽度、RTCO为透明导电前电极的方块电阻，所述分割线P将硅基薄膜层和背电极刻划断，通过电极连接在沿基板长度方向形成并联；其加工工艺包括以下步骤：
步骤一、首先测量透明导电前电极的方块电阻RTCO，测尽量多的点，取他们的平均值，平均值即为透明导电前电极的方块电阻RTCO；
步骤二、根据计算，得出最佳功率点的电流密度、电压、死区宽度，按照公式计算出最佳电池宽度W，W＝Wa+Wd，在透明导电前电极层刻划P1，确定宽度方向子电池的尺寸；
步骤三、采用沉积硅基薄膜得电池的P层、I层及N层；
步骤四、偏离刻划P1的距离80-120μm平行制作刻划P2线；
步骤五、采用溅射法溅射背电极，偏离刻划P2的距离80-120μm平行制作刻划P3线；
步骤六、根据沉积硅基薄膜层的质量，确定在沿基板长度方向子电池的个数，制作分割线P；
步骤七、沿电池基板长度方向两端焊接电极，电极不仅起引出电流、电压的作用，还起到沿电池基板长度方向的子电池相并联。
2.根据权利要求1所述的一种硅基薄膜太阳能电池加工工艺，其特征在于刻划P1由功率为500mW的1064nm红外脉冲激光器刻划，刻划P1线的宽度为20-40μm，刻划P1将透明导电前电极完全刻断，横跨刻划P1线的绝缘电阻≥5MΩ；刻划P1线划分了子电池的一个边界。
3.根据权利要求1所述的一种硅基薄膜太阳能电池加工工艺，其特征在于刻划P2由功率为500mW的532nm的脉冲式激光器刻划，刻划P2的宽度为20-40μm。
4.根据权利要求1所述的一种硅基薄膜太阳能电池加工工艺，其特征在于刻划P3由功率为500mW的532nm的脉冲式激光器刻划，刻划P3的宽度为30μm，P3划分了子电池的另一个边界，刻划P3将电池在宽度方向上划分为多个内部串联的子电池。
5.根据权利要求1所述的一种硅基薄膜太阳能电池加工工艺，其特征在于分割线P由功率为1W的532nm的脉冲式激光器刻划，532nm的激光器能够透过透明导电前电极，将硅基薄膜层和背电极刻划断，划线宽度至少30μm，分割线P在长度方向将电池均匀的分成至少两个子电池。
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