CN106024969A - 柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，用于制备柔性衬底硅基薄膜太阳能电池，该柔性衬底硅基薄膜太阳能电池包含柔性衬底、底电极膜层、NIP非晶硅吸收层和前电极膜层，在成卷制备柔性衬底硅基薄膜太阳能电池的过程中，采用激光正面入射，刻蚀太阳能电池结构中的其中一个电极膜层，形成若干激光刻蚀槽，在完成柔性衬底硅基薄膜太阳能电池卷材的制备后，在激光刻蚀槽的外侧对柔性衬底硅基薄膜太阳能电池卷材进行分切，获得单体太阳能电池片。本发明不影响电池吸收层性能，可以有效避免分切电池片上下电极短路，提高了电池的电绝缘性、耐候性和寿命。
Description
技术领域
本发明涉及新能源中薄膜太阳能电池领域，尤其涉及一种柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法。
背景技术
薄膜太阳能电池是当今发展最为迅速的太阳能电池，柔性硅基薄膜太阳能电池具有实现大面积组件生产的可行性。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速的发展。在工业化生产中，大面积连续化生产，可以有效提高生产效率。但是，对于成卷制备的薄膜太阳能电池，必须分切成小片，进行有效的串并联，以提高电池输出的功率，达到应用的目的。由于薄膜太阳能电池膜层比较薄，在电池分切的过程中，容易导致电池分切边缘上下电极短路，影响太阳能电池输出功率，因此必须对分切周边进行绝缘处理。使得产品具有更好的电学绝缘性，增加产品的使用寿命和耐候性能。
发明内容
本发明提供一种柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，采用激光正面入射电池膜面，刻蚀电池的一个电极膜层，在激光刻蚀槽的外侧进行分切，不影响电池吸收层性能，可以有效避免分切电池片上下电极短路，提高了电池的电绝缘性、耐候性和寿命。
为了达到上述目的，本发明提供一种柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，用于制备柔性衬底硅基薄膜太阳能电池，该柔性衬底硅基薄膜太阳能电池包含柔性衬底、底电极膜层、NIP非晶硅吸收层和前电极膜层，在成卷制备柔性衬底硅基薄膜太阳能电池的过程中，采用激光正面入射，刻蚀太阳能电池结构中的其中一个电极膜层，形成若干激光刻蚀槽，在完成柔性衬底硅基薄膜太阳能电池卷材的制备后，在激光刻蚀槽的外侧对柔性衬底硅基薄膜太阳能电池卷材进行分切，获得单体太阳能电池片。
较佳地，所述的柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，包含以下步骤：
步骤S1、将柔性衬底材料卷放入磁控溅射设备进行等离子吹扫，清洁柔性衬底表面；
步骤S2、采用磁控溅射设备，在柔性衬底上高真空溅射制备底电极膜层；
步骤S3、采用激光正面入射，刻蚀底电极膜层，形成若干底电极激光刻蚀槽；
步骤S4、采用化学气相沉积法，在激光刻蚀后的底电极膜层上制备非晶硅吸收层；
步骤S5、采用磁控溅射设备，在非晶硅吸收层上制备前电极膜层D；
步骤S6、利用分切刀在底电极激光刻蚀槽的外侧进行分切，获得规定尺寸的单体太阳能电池片，分切后的单体太阳能电池片周边不会出现上下电极短路。
所述的步骤S3中，激光刻蚀参数为：1064nm激光，激光重复频率30kHz，激光加工速度800mm/s，激光平均功率1.5W~2W，刻蚀线宽40μm~60μm。
较佳地，所述的柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，包含以下步骤：
步骤S1、将柔性衬底材料卷放入磁控溅射设备进行等离子吹扫，清洁柔性衬底表面；
步骤S2、采用磁控溅射设备，在柔性衬底上高真空溅射制备底电极膜层；
步骤S3、采用化学气相沉积法，在激光刻蚀后的底电极膜层上制备非晶硅吸收层；
步骤S4、采用磁控溅射设备，在非晶硅吸收层上制备前电极膜层；
步骤S5、采用激光正面入射，刻蚀前电极膜层，形成若干前电极激光刻蚀槽；
步骤S6、利用分切刀在前电极激光刻蚀槽的外侧进行分切，获得规定尺寸的单体太阳能电池片，分切后的单体太阳能电池片周边不会出现上下电极短路。
所述的步骤S5中，激光刻蚀参数为：532nm激光，激光重复频率30kHz，激光加工速度800mm/s，激光平均功率0.2W~0.35W，刻蚀线宽60μm~80μm。
所述的柔性衬底材料采用聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯材料；所述的底电极膜层采用银/氧化锌底电极膜层；所述的NIP非晶硅吸收层为单结或双结叠成结构，非晶硅吸收层包含N型硅基薄膜、I型硅基薄膜和P型硅基薄膜，N型硅基薄膜为磷掺杂N型硅基薄膜，P型硅基薄膜为硼掺杂P型硅基薄膜；所述的前电极膜层采用透明导电氧化铟锡材料。
采用磁控溅射设备在柔性衬底上高真空溅射制备底电极膜层的腔室温度为200oC，底电极膜层厚度为190-210nm。
采用硅基薄膜电池的工艺制备NIP非晶硅吸收层。
采用磁控溅射设备在非晶硅吸收层上制备前电极膜层的腔室温度为100oC，前电极膜层厚度为70-90nm。
本发明具有以下优点：
1、采用激光刻蚀单层电极，分切电池上下电极，绝缘性好，不影响电池吸收层性能，可以有效避免分切电池片上下电极短路，提高了电池的耐候性和寿命；
2、激光刻蚀采用干法刻蚀，工序简单，无污染，生产能耗低。
附图说明
图1 本发明的柔性硅基薄膜太阳能电池结构示意图。
图2将柔性太阳能电池卷材上的电池分切成指定尺寸的电池片。
图3激光刻蚀底电极结构示意图。
图4激光刻蚀底电极后，电池分切示意图。
图5激光刻蚀底电极且电池分切后，电池分切线附近上下电极绝缘图。
图6激光刻蚀底电极的3D显微镜图。
图7激光刻蚀前电极结构示意图。
图8激光刻蚀前电极后，电池分切示意图。
图9激光刻蚀底电极且电池分切后，电池分切线附近上下电极绝缘图。
图10激光刻蚀前电极的EDS分析图。
具体实施方式
以下根据图1～图10，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，柔性衬底硅基薄膜太阳能电池包含柔性衬底A、底电极膜层B、NIP非晶硅吸收层C和前电极膜层D。
柔性衬底A采用聚酰亚胺（PI）或PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）材料；底电极膜层B采用Ag/ZnO材料；NIP非晶硅吸收层C包含N型硅基薄膜、I型硅基薄膜和P型硅基薄膜，N型硅基薄膜为磷掺杂N型硅基薄膜，P型硅基薄膜为硼掺杂P型硅基薄膜；前电极膜层D采用透明导电ITO（氧化铟锡）材料。
本发明提供一种柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，在成卷制备柔性衬底硅基薄膜太阳能电池的过程中，采用激光正面入射，刻蚀太阳能电池结构中的其中一个电极膜层，形成若干激光刻蚀槽，在完成柔性衬底硅基薄膜太阳能电池卷材的制备后，在激光刻蚀槽的外侧对柔性衬底硅基薄膜太阳能电池卷材进行分切，获得单体太阳能电池片（如图2所示）。
较佳地，本发明提供一种柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，包含以下步骤：
步骤S1、将柔性衬底材料卷放入磁控溅射设备进行等离子吹扫，清洁柔性衬底表面；
所述的柔性衬底材料采用聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯材料；
步骤S2、采用磁控溅射设备，在柔性衬底A上高真空溅射制备底电极膜层B；
所述的底电极膜层采用银/氧化锌底电极膜层；
腔室温度为200oC，底电极膜层厚度为190-210nm；
步骤S3、采用激光正面入射，刻蚀底电极膜层，形成若干底电极激光刻蚀槽E（如图3所示）；
激光刻蚀参数为：1064nm激光，激光重复频率30kHz，激光加工速度800mm/s，激光平均功率1.5W~2W，刻蚀线宽40μm~60μm；
底电极激光刻蚀槽E两侧的电阻达20MΩ，底电极激光刻蚀槽E区域内的底电极膜层材料全部被刻蚀；
底电极激光刻蚀槽E的位置根据单体太阳能电池片的尺寸来确定；
步骤S4、采用化学气相沉积法，在激光刻蚀后的底电极膜层B上制备非晶硅吸收层C；
采用硅基薄膜电池的工艺制备NIP非晶硅吸收层C；
NIP非晶硅吸收层C为单结或双结叠成结构，非晶硅吸收层C包含N型硅基薄膜、I型硅基薄膜和P型硅基薄膜，N型硅基薄膜为磷掺杂N型硅基薄膜，P型硅基薄膜为硼掺杂P型硅基薄膜；
步骤S5、采用磁控溅射设备，在非晶硅吸收层C上制备前电极膜层D；
所述的前电极膜层采用透明导电氧化铟锡材料；
腔室温度为100oC，前电极膜层厚度为70-90nm；
步骤S6、如图4所示，利用分切刀F在底电极激光刻蚀槽E的外侧进行分切，获得规定尺寸的单体太阳能电池片，分切后的单体太阳能电池片周边不会出现上下电极短路。
如图5所示，电池分切线I附近的上下电极绝缘，分切线同一侧，两虚线间为一个单片电池，分切线与相邻虚线间为一电池片的死区，死区与电池的正电极相连，图6是激光刻蚀底电极的3D显微镜图，从图上可以看出刻蚀槽底部平坦，边缘无明显尖峰。
实施例1
80mm×80mm柔性硅基薄膜太阳能电池周边采用激光刻蚀方式进行绝缘处理：
选取25m聚酰亚胺材料作为柔性硅薄膜太阳能电池的衬底材料，将成卷的聚酰亚胺衬底放入磁控溅射设备中，进行等离子吹扫，清洗聚酰亚胺表面，并在200oC高真空溅射银/氧化锌层，膜层厚度大约为200nm；
根据设计的电池尺寸，各边预留2mm，对底电极进行刻蚀，采用1064nm激光刻蚀，激光加工速度800mm/s，激光平均功率1.8W，刻蚀线宽为46μm，激光刻蚀槽两侧电阻达20MΩ；
在PECVD（等离子体增强化学汽相沉积）设备的三个不同反应室内沉积N、I、P三层薄膜；
非晶硅薄膜沉积完毕后，将电池样品自然冷却至室温，从PECVD设备中取出；
放入磁控溅射设备中，100oC高真空状态下，制备氧化铟锡透明前电极，膜层厚度约为80nm；
用分切刀分切电池片，分切后电池片上下电极没有短路。
较佳地，本发明还提供一种柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，包含以下步骤：
步骤S1、将柔性衬底材料卷放入磁控溅射设备进行等离子吹扫，清洁柔性衬底表面；
所述的柔性衬底材料采用聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯材料；
步骤S2、采用磁控溅射设备，在柔性衬底A上高真空溅射制备底电极膜层B；
所述的底电极膜层采用银/氧化锌底电极膜层；
腔室温度为200oC，底电极膜层厚度为190-210nm；
步骤S3、采用化学气相沉积法，在激光刻蚀后的底电极膜层B上制备非晶硅吸收层C；
采用硅基薄膜电池的工艺制备NIP非晶硅吸收层C；
NIP非晶硅吸收层C为单结或双结叠成结构，非晶硅吸收层C包含N型硅基薄膜、I型硅基薄膜和P型硅基薄膜，N型硅基薄膜为磷掺杂N型硅基薄膜，P型硅基薄膜为硼掺杂P型硅基薄膜；
步骤S4、采用磁控溅射设备，在非晶硅吸收层C上制备前电极膜层D；
所述的前电极膜层采用透明导电氧化铟锡材料；
腔室温度为100oC，前电极膜层厚度为70-90nm；
步骤S5、采用激光正面入射，刻蚀前电极膜层，形成若干前电极激光刻蚀槽H（如图7所示）；
激光刻蚀参数为：532nm激光，激光重复频率30kHz，激光加工速度800mm/s，激光平均功率0.2W~0.35W，刻蚀线宽60μm~80μm；
前电极激光刻蚀槽H两侧的电阻达2KΩ，前电极激光刻蚀槽H区域内的底电极膜层材料全部被刻蚀，对刻蚀槽内采用EDS分析，没有ITO材料残留；
前电极激光刻蚀槽H的位置根据单体太阳能电池片的尺寸来确定；
步骤S6、如图8所示，利用分切刀F在前电极激光刻蚀槽H的外侧进行分切，获得规定尺寸的单体太阳能电池片，分切后的单体太阳能电池片周边不会出现上下电极短路。
如图9所示，电池分切线I附近的上下电极绝缘，分切线同一侧，两虚线间为一个单片电池，分切线与相邻虚线间为一电池片的死区，死区与电池的负电极相连，图10是激光刻蚀前电极的EDS分析图，从图上看出刻槽内没有铟（In）、锡（Sn）成份，说明刻槽内ITO材料刻蚀干净。
实施例2
80mm×80mm柔性硅基薄膜太阳能电池周边采用激光刻蚀方式进行绝缘处理：
选取25m聚酰亚胺材料作为柔性硅薄膜太阳能电池的衬底材料，将成卷的聚酰亚胺衬底放入磁控溅射设备中，进行等离子吹扫，清洗聚酰亚胺表面，并在200oC高真空溅射银/氧化锌层，膜层厚度大约为200nm；
在PECVD设备的三个不同反应室内沉积N、I、P三层薄膜；
非晶硅薄膜沉积完毕后，将电池样品自然冷却至室温，从PECVD设备中取出；
放入磁控溅射设备中，100oC高真空状态下，制备氧化铟锡透明前电极，膜层厚度约为80nm；
根据设计的电池尺寸，各边预留2mm，对前电极进行刻蚀，采用532nm激光刻蚀，激光加工速度800mm/s，激光平均功率0.25W，刻蚀线宽为70μm，激光刻蚀槽两侧电阻达2KΩ；
用分切刀分切电池片，分切后电池片上下电极没有出现短路。
本发明采用激光刻蚀单层电极，分切电池上下电极，绝缘性好，不影响电池吸收层性能，可以有效避免分切电池片上下电极短路，提高了电池的耐候性和寿命，激光刻蚀采用干法刻蚀，工序简单，无污染，生产能耗低。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，用于制备柔性衬底硅基薄膜太阳能电池，该柔性衬底硅基薄膜太阳能电池包含柔性衬底、底电极膜层、NIP非晶硅吸收层和前电极膜层，其特征在于，在成卷制备柔性衬底硅基薄膜太阳能电池的过程中，采用激光正面入射，刻蚀太阳能电池结构中的其中一个电极膜层，形成若干激光刻蚀槽，在完成柔性衬底硅基薄膜太阳能电池卷材的制备后，在激光刻蚀槽的外侧对柔性衬底硅基薄膜太阳能电池卷材进行分切，获得单体太阳能电池片。
2.如权利要求1所述的柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、将柔性衬底材料卷放入磁控溅射设备进行等离子吹扫，清洁柔性衬底表面；
步骤S2、采用磁控溅射设备，在柔性衬底上高真空溅射制备底电极膜层；
步骤S3、采用激光正面入射，刻蚀底电极膜层，形成若干底电极激光刻蚀槽；
步骤S4、采用化学气相沉积法，在激光刻蚀后的底电极膜层上制备非晶硅吸收层；
步骤S5、采用磁控溅射设备，在非晶硅吸收层上制备前电极膜层D；
步骤S6、利用分切刀在底电极激光刻蚀槽的外侧进行分切，获得规定尺寸的单体太阳能电池片，分切后的单体太阳能电池片周边不会出现上下电极短路。
3.如权利要求2所述的柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，其特征在于，所述的步骤S3中，激光刻蚀参数为：1064nm激光，激光重复频率30kHz，激光加工速度800mm/s，激光平均功率1.5W~2W，刻蚀线宽40μm~60μm。
4.如权利要求1所述的柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、将柔性衬底材料卷放入磁控溅射设备进行等离子吹扫，清洁柔性衬底表面；
步骤S2、采用磁控溅射设备，在柔性衬底上高真空溅射制备底电极膜层；
步骤S3、采用化学气相沉积法，在激光刻蚀后的底电极膜层上制备非晶硅吸收层；
步骤S4、采用磁控溅射设备，在非晶硅吸收层上制备前电极膜层；
步骤S5、采用激光正面入射，刻蚀前电极膜层，形成若干前电极激光刻蚀槽；
步骤S6、利用分切刀在前电极激光刻蚀槽的外侧进行分切，获得规定尺寸的单体太阳能电池片，分切后的单体太阳能电池片周边不会出现上下电极短路。
5.如权利要求1所述的柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，其特征在于，所述的步骤S5中，激光刻蚀参数为：532nm激光，激光重复频率30kHz，激光加工速度800mm/s，激光平均功率0.2W~0.35W，刻蚀线宽60μm~80μm。
6.如权利要求3或5所述的柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，其特征在于，所述的柔性衬底材料采用聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯材料；所述的底电极膜层采用银/氧化锌底电极膜层；所述的NIP非晶硅吸收层为单结或双结叠成结构，非晶硅吸收层包含N型硅基薄膜、I型硅基薄膜和P型硅基薄膜，N型硅基薄膜为磷掺杂N型硅基薄膜，P型硅基薄膜为硼掺杂P型硅基薄膜；所述的前电极膜层采用透明导电氧化铟锡材料。
7.如权利要求3或5所述的柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，其特征在于，采用磁控溅射设备在柔性衬底上高真空溅射制备底电极膜层的腔室温度为200oC，底电极膜层厚度为190-210nm。
8.如权利要求3或5所述的柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，其特征在于，采用硅基薄膜电池的工艺制备NIP非晶硅吸收层。
9.如权利要求3或5所述的柔性衬底硅基薄膜太阳能电池周边激光绝缘制备方法，其特征在于，采用磁控溅射设备在非晶硅吸收层上制备前电极膜层的腔室温度为100oC，前电极膜层厚度为70-90nm。
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