CN106684209B - 一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，它包括准备具有玻璃衬底/导电膜/硫化镉/碲化镉的太阳能电池基板，将太阳能电池基板竖向划分为多个宽度相等的长条形子电池，然后将长条形子电池横向划分为多个子电池块，将每个子电池块进行串联或并联连接；所述横向划分包括刻划绝缘线和分区线，分区线位于两条绝缘线中间。本发明通过将长条形子电池分为子电池块，可以有效减小碲化镉薄膜太阳能电池因各层薄膜分布不均匀或者组件受光不均匀对组件性能的影响，提高组件的发电能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，属于太阳能电池组件制备技术领域。
背景技术
太阳能电池组件是采用光伏技术直接将光能转换为电能的一种器件，其中碲化镉薄膜太阳能电池被广泛认为是结构简单，生产成本相对低廉，商业化进展最快的高效廉价的薄膜电池。碲化镉薄膜太阳电池是以多晶n型的硫化镉层和多晶p型碲化镉层做pn结，再加上相应的透明导电膜前电极和金属膜背电极所组成的薄膜太阳电池器件。目前其组件效率已经达到18％左右，实验室效率达到22％以上，理论转化效率可以达到33％。碲化镉薄膜太阳电池由于制造成本低，转化效率高，在光伏领域有着非常重要的角色。
目前产业化的碲化镉薄膜太阳能电池组件一般采用在已经沉积好TCO的玻璃衬底上沉积硫化镉，然后沉积碲化镉，接着在碲化镉膜层表面喷涂或者滚涂CdCl2溶液后进行高温退火处理，然后沉积背接触层以及金属导电层并进行相应的高温处理。由于碲化镉单结电池的开路电压最高约为800mV,为了给二次电池充电，或者直接用于直流电器，需要在碲化镉薄膜太阳电池的制备过程中实现多结串联集成，从而获得一定开路电压和短路电流，因此在上述工艺过程中会采用相应的激光或机械划线方法将大面积的电池基板竖线划分为长条形子电池1并完成串联，并经过汇流封装制成组件，如图1所示。
在各层薄膜的沉积及处理过程中，由于基板温度分布不均、腔室不同区域压强差异、腔室内气流等等原因，不可避免的造成整个基板上不同区域硫化镉、碲化镉膜的沉积以及CdCl2处理等等的差异，进而造成薄膜性能的差异。膜层性能的差异又会导致同一组件上不同区域碲化镉薄膜太阳能电池性能的差异。而传统电池组件的制作一般采用激光或者机械划线的方式将电池竖线划分成很多长条形子电池并进行串联，由于均匀性的差异，会导致各节电池性能差异以及同一节电池不同区域的性能不同。根据木桶效应理论，由于现有划线方法导致的子电池性能差异,传统的子电池串联方法将大幅影响组件性能。
同时随着绿色经济和光伏产业的发展，光伏幕墙和分布式屋顶电站在光伏发电领域的重要性越来越大。由于碲化镉薄膜太阳能电池具有轻质，美观等特点，非常适合做光伏幕墙及屋顶电站。而光伏幕墙及屋顶电站往往会受到周围其他建筑、树木等等的遮挡或者部分遮挡。当投射到光伏组件的太阳光受到遮挡，遮挡区域的电池性能能就会大幅降低，其中电流的降低最为明显。由于传统光伏组件通过激光或机械方法竖线划分子电池并进行串联，同时光伏发电系统也是采用多个组件串联的方法来达到合适的输出电压，那么在组件内部子电池的串联和发电系统多个组件串联的情况下，如果部分组件或某个组件的一个区域受光被遮挡，受遮挡区域发电性能将大幅降低，根据木桶效应理论，处于串联的其他电池发电受到限制，进而影响整个发电系统的性能。即单一组件或者发电系统的受光不均匀引起发电不均匀，导致整个光伏系统发电性能大幅降低。
因此，现有的大面积碲化镉薄膜太阳能电池组件由于膜层性能的差异，导致子电池性能差异以及同一节电池不同区域的性能不同，从而影响电池组件发电不均匀，降低了整个发电系统的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，它能减小碲化镉薄膜太阳能电池因各层薄膜分布不均匀或者组件受光不均匀对组件性能的影响，提高组件的发电能力。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，它包括准备具有玻璃衬底/导电膜/硫化镉/碲化镉的太阳能电池基板，将太阳能电池基板竖向划分为多个宽度相等的长条形子电池，然后将长条形子电池横向划分为多个子电池块，将每个子电池块进行串联或并联连接；所述横向划分每次均包括刻划绝缘线和分区线，分区线位于两条绝缘线中间。
上述竖线划分或横线划分的方法采用激光或机械刻划方法。
上述新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法具体包括以下步骤：
(1)在玻璃衬底上沉积导电膜，对导电膜进行竖线刻划，然后在垂直于竖线的方向对导电膜进行绝缘线刻划，绝缘线以两条为一组进行刻划；
(2)在导电膜上依次沉积硫化镉和碲化镉后进行热处理，然后完成背电极沉积，之后对硫化镉、碲化镉和背电极进行竖线刻划，其刻划竖线与导电膜的刻划竖线平行，相邻的导电膜刻划竖线与硫化镉、碲化镉和背电极的刻划竖线之间的间距为50-350微米，刻划深度为除玻璃衬底、导电膜外的整个太阳能电池层，然后在垂直于竖线的方向对整个太阳能电池层进行分区线刻划从而形成子电池块，分区线位于每组绝缘线之间，刻划深度为除玻璃衬底外的整个太阳能电池层，包括导电膜；
(3)用金属条将子电池块进行互联，并引出输出端；
(4)封装。
上述步骤(1)中导电膜的沉积方法选自常压化学气相沉积法和溅射法中的任一种。
上述步骤(2)中硫化镉的沉积方法选自磁控溅射法和近空间升华法中的任一种。
上述步骤(2)中碲化镉的沉积方法选自近空间升华法和气相输运法中的任一种。
上述步骤(2)中热处理的方法为在碲化镉膜层表面涂覆氯化镉溶液后进行高温退火处理。
上述步骤(3)中的互联方法选自串联连接和并联连接中的任一种。
与现有技术相比，本发明以传统的碲化镉薄膜太阳能电池刻划串联工艺为基础，采用激光或者机械刻划方法，在垂直于原激光竖线刻划方向上进行横线刻划，完全清除薄膜太阳能电池的各膜层，将碲化镉薄膜太阳能电池组件的长条形子电池分为子电池快，子电池块在对各个区域内可以根据需要进行串联或并联连接，从而实现太阳能电池组件的制作。本发明的横线刻划包括刻划绝缘线和分区线，分区线位于两条绝缘线中间，防止了横线刻划后背电极导电层和前电极导电层接触而造成电池芯片短接，造成漏电，影响组件性能。
综上所述，本发明通过将长条形子电池分为子电池块，可以有效减小碲化镉薄膜太阳能电池因各层薄膜分布不均匀或者组件受光不均匀对组件性能的影响，提高组件的发电能力。
附图说明
图1为传统方法刻划碲化镉薄膜太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明方法刻划碲化镉薄膜太阳能电池的结构示意图；
图3为导电膜刻划示意图；
图4为分区线刻划示意图。
图例说明：
1、长条形子电池；2、子电池块；3、绝缘线；4、分区线；5、P1竖线；6、P2竖线。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图2，本发明公开了一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，它包括准备具有玻璃衬底/导电膜/硫化镉/碲化镉的太阳能电池基板，将太阳能电池基板竖向划分为多个宽度相等的长条形子电池，然后将长条形子电池横向划分为多个子电池块2，将每个子电池块2进行串联或并联连接；所述横向划分每次均包括刻划绝缘线和分区线，分区线位于两条绝缘线中间。
上述竖向划分或横向划分所采用的方法为本领域公知的激光或机械刻划方法。
本发明中，所述具有玻璃衬底/导电膜/硫化镉/碲化镉的太阳能电池基板为碲化镉薄膜太阳能电池领域公知的结构，具体可通过商购得到，也可通过自制得到。
上述新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法具体包括以下步骤：
(1)在玻璃衬底上沉积导电膜，参见图3，利用激光或机械方法对导电膜进行P1竖线刻划，然后在垂直于P1竖线5的方向对导电膜进行绝缘线刻划，绝缘线3以两条为一组进行刻划；玻璃衬底为本领域技术人员所公知的，其作用是提供透光性好，并且具有一定耐热性和强度的衬底，一般普通玻璃即可，优选超白玻璃；导电膜亦为本领域技术人员所公知的，其作用为提供良好的导电性能使电子容易导出，其沉积方法也为本领域所公知的，优选常压化学气相沉积法和溅射法。
(2)在导电膜上依次沉积硫化镉和碲化镉后进行热处理，然后完成背电极沉积，之后对硫化镉、碲化镉和背电极进行竖线刻划，参见图4，利用激光或机械方法对硫化镉、碲化镉和背电极进行P2竖线刻划，其P2竖线6与导电膜P1竖线5平行，相邻的导电膜P1竖线5与硫化镉、碲化镉和背电极的P2竖线6之间的间距为50-350微米，刻划深度为除玻璃衬底、导电膜外的整个太阳能电池层，然后在垂直于P2竖线6的方向对其进行分区线刻划从而形成子电池块，分区线4位于每组绝缘线3之间，刻划深度为除玻璃衬底外的整个太阳能电池层包括导电膜；硫化镉和碲化镉的为本领域技术人员所公知的，硫化镉的沉积方法优选磁控溅射法和近空间升华法，碲化镉的沉积方法优选近空间升华法和气相输运法；热处理方法也为本领域所公知的，它是在碲化镉膜层表面涂覆氯化镉溶液后进行高温退火处理，以提高电池的转化效率。
(3)用金属条将子电池块进行互联，并引出输出端；其互联方法为串联和并联，根据实际应用情况进行选择。
(4)根据组件要求，将上述互联的子电池块进行封装，完成组件制作。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，包括准备具有玻璃衬底/导电膜/硫化镉/碲化镉的太阳能电池基板，将太阳能电池基板竖向划分为多个宽度相等的长条形子电池，其特征在于：将每个长条形子电池通过n次的横向划分为n+1个子电池块，将每个子电池块进行串联或并联连接；所述的横向划分每次均包括刻划绝缘线和分区线，分区线位于两条绝缘线中间；
具体包括以下步骤：
(1)在玻璃衬底上沉积导电膜，对导电膜进行竖线刻划，然后在垂直于竖线的方向对导电膜进行绝缘线刻划，绝缘线以两条为一组进行刻划；
(2)在导电膜上依次沉积硫化镉和碲化镉后进行热处理，然后完成背电极沉积，之后对硫化镉、碲化镉和背电极进行竖线刻划，其刻划竖线与导电膜的刻划竖线平行，相邻的导电膜刻划竖线与硫化镉、碲化镉和背电极的刻划竖线之间的间距为50-350微米，刻划深度为除玻璃衬底、导电膜外的整个太阳能电池层，然后在垂直于竖线的方向对整个太阳能电池层进行分区线刻划从而形成子电池块，分区线位于每组绝缘线之间，刻划深度为除玻璃衬底外的整个太阳能电池层，包括导电膜；
(3)用金属条将子电池块进行互联，并引出输出端；
(4)封装。
2.根据权利要求1所述的一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：所述竖向划分或横向划分的方法采用激光或机械刻划方法。
3.根据权利要求1所述的一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：所述导电膜的沉积方法选自常压化学气相沉积法和溅射法中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：所述硫化镉的沉积方法选自磁控溅射法和近空间升华法中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：所述碲化镉的沉积方法选自近空间升华法和气相输运法中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：所述热处理的方法为在碲化镉膜层表面涂覆氯化镉溶液后进行高温退火处理。
7.根据权利要求1所述的一种新型碲化镉薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：所述的互联方法选自串联连接和并联连接中的任一种。
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