CN107123694A - 一种透光薄膜太阳能电池组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种透光薄膜太阳能电池组件及其制备方法，该电池组件在垂直方向上从下至上依次为前板透光衬底层(a)、非透明导电金属层(b)、薄膜光电转化层(c)、透明导电氧化物层(d)、封装层(e)和背板透光衬底层(f)。该薄膜太阳能电池组件利用不同的电池结构制备出半透明的电池组件。透光区域主要是采用在第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间区域进行多次重叠平行划刻实现，这样死区宽度也就包含了透光区域。此种半透光薄膜太阳能电池没有破坏电池本身的结构，能够实现转化效率更高的效果。
Description
技术领域
本申请属于光伏领域，具体涉及一种薄膜太阳能电池半透光组件的结构及其制造方法。
背景技术
目前市面上透光薄膜太阳能电池组件大多采用前电极及背电极均为透明导电薄膜氧化物，采用绿激光或红外激光进行横向或竖向划刻(即垂直于P1\P2\P3划线方向)，去除光电转化层来达到透光目的。所述P1为第一道划刻线，P2为第二道划刻线，P3为第三道划刻线。
传统透光组件横向划刻工艺：初级清洗-透光导电氧化物-第一次划刻线-高级清洗-光电吸收层-第二次划刻线-透明导电氧化物-第三次划刻线-第四次划刻线-后端封装工艺。传统的制造工艺第四次划刻线垂直于前三次划刻线破坏了电池结构，容易在与P1/P2/P3交错的地方形成电池短路，影响组件的光学性能，造成组件转化效率降低。
传统透光组件竖向划刻工艺：初级清洗-透光导电氧化物-第一次划刻线-高级清洗-光电吸收层-第二次划刻线多次重叠划刻形成透光区域-透明导电氧化物-第三次划刻线-后端封装工艺。传统工艺中第二次划刻线形成的透光区域存在两层作为前电极及背电极的透明导电氧化物，不能满足非透明导电金属层作为电极制造太阳能电池组件。
发明内容
针对现有的传统技术问题，即横向划刻工艺破坏电池结构组件效率降低问题及竖向划刻工艺不能满足非透明导电金属层作为电极制造太阳能电池组件问题，本申请提出了一种新型的覆盖非透明导电电极的透光太阳能电池组件及其制备方法。该薄膜太阳能电池组件可利用不同的电池结构(薄膜光电转化层)制备出半透明的电池组件；其中透光主要是采用在第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间多次重叠平行划刻去除吸收转化层及第一层非透明导电层来实现。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案。
本申请其中一件发明即一种透光薄膜太阳能组件的技术方案如下：
一种透光薄膜太阳能电池组件，该电池组件在水平方向上包括多个有效区h和位于任意相邻两个有效区h之间的死区g；该电池组件在垂直方向上从下至上依次为前板透光衬底层a、第一层非透明导电金属层b、薄膜光电转化层c、第二层透明导电氧化物层d、封装层e、和背板透光衬底层f；在第一层非透明导电金属层b上形成第一道划刻线P1、在薄膜光电转化层c上形成有第二道划刻线P2、在第二层透明导电氧化物层d上形成第三道划刻线P3，且第二道划刻线P2位于第一道划刻线P1和第三道划刻线P3之间；其特征是：
所述第一道划刻线P1、第二道划刻线P2和第三道划刻线P3均位于所述死区g区域内，将位于第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间的部分去除薄膜光电转化层c和第一层非透明导电层b得到太阳能电池组件的透光区域，在水平方向上透光区域的总宽度是整个电池组件第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间划刻透光区域宽度之和。
本发明进一步包括以下优选方案：
所述第二道划刻线P2和第三道划刻线P3之间的间距为60μm-150μm，所述第二道划刻线P2与第一道划刻线P1之间间距为透光区域宽度。
所述封装层e为聚乙烯醇缩丁醛层。
所述薄膜光电转化层c为铜铟镓硒电池层、非晶单层、非晶微晶叠层或其他薄膜形成的光电转化层。
所述前板透光衬底层a和背板透光衬底层f均为钢化玻璃层。
本申请另一发明的技术方案如下：
一种前述透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，包括以下步骤：
(1)在前板透光衬底层a上沉积第一层非透明导电金属层b；
(2)在预定的死区区域内，利用激光划线技术或机械划刻技术对第一层非透明导电金属层b通过第一道刻线进行刻蚀，刻蚀掉部分非透明导电金属露出前板透光衬底层，形成第一道划刻线P1；
(3)在第一层非透明导电金属层上沉积薄膜光电转化层c，所述薄膜光电转化层c覆盖在未被刻蚀的第一层非透明导电金属层上，并填充于第一道划刻线P1内；
(4)在死区区域内，利用激光划线技术或机械划刻技术对薄膜光电转化层用平行于第一道刻线的第二道刻线进行刻蚀，刻蚀掉部分光电转换层材料露出第一层非透明导电金属，得到平行于第一道划刻线P1的第二道划刻线P2；在第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间区域进行刻蚀露出前板透光衬底层a形成透光区域，所述透光区域在水平方向上的总宽度是整个电池组件第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间划刻透光区域宽度之和；
(5)在薄膜光电转化层c上沉积第二层透明导电氧化物层d，第二层透明导电氧化物d覆盖在未被刻蚀掉的薄膜光电转换层c上，并填充于第二道划刻线P2及透光区域内；
(6)利用激光划线技术或机械划刻技术，在死区区域内，通过平行于第一和第二刻线的第三道刻线对第二层透明导电氧化物d进行刻蚀，刻蚀掉部分第二层透明导电氧化物露出薄膜光电转化层，得到第三道划刻线P3；
(7)采用封装材料封装，然后覆盖背板透光衬底层。
进一步，在步骤(2)中，第一道划刻线P1的宽度为25um-35um。
在步骤(4)中，第二道划刻线P2划线宽度为50um-60um。透光区域内单条划线宽度为30-60um。
在步骤(4)中，第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间的距离即透光区域宽度由实际需要的透过组件的光强决定，当实际需要的透过的光强大时，则需要增大第一道划刻线P1与第二道划刻线P2间距离，即增大划刻透光区域宽度，反之亦然。
当单个透光区域所需的宽度在单条划刻线不能满足透光需求的情况下，需多次重叠划刻达到透光区域所需的宽度；透光区域内各划刻线重叠区域为5-10um。
在步骤(6)中，第三道划刻线P3的宽度为50um-60um。与现有技术相比，本申请的优势是：
本申请的覆盖非透明导电电极透光薄膜太阳能电池组件在P1刻蚀区与P2刻蚀区之间，划刻去除光电吸收层和第一层非透明导电金属层来提高透光率。
本申请的P1\P2\P3划线全部在电池死区内进行，不破坏电池结构，有效利用了有效区，电池效率高。
附图说明
图1是整个透光薄膜太阳能电池组件的俯视平面图，图中一是非透光区域，二是透光区域；
图2描述的是图1所述透光薄膜太阳能电池组件的局部剖面图，向下的箭头代表光透过的方向；
图3是本发明透光薄膜太阳能电池组件的制备工艺流程图。
其中a为前板透光衬底层，b为非透明导电金属层、c为薄膜光电转化层，d为透明导电氧化物层，e为封装层，f为背板透光衬底层，P1为第一道划刻线，P2为第二道划刻线，P1与P2间允许光线透过的区域为透光区域，P3为第三道划刻线，h为有效区，g为死区。
具体实施方式
下面根据说明书附图并结合具体实施例进一步详细介绍本申请的技术方案。
图1是整个电池组件的俯视平面图。由图1可以看出此组件包括多个电池单元，每个电池单元都有透光区域二，此透光区域平行于P1/P2/P3划线，且此透光区域是在由第一道划刻线P1和第二道划刻线P2间区域进行多条重叠划线实现的。按照组件区域的不同特征划分不同的区域，将整个透光薄膜太能电池组件分为有效区和死区。有效区是指组件能够发电的区域，死区是指形成子电池间串联的三条划线之间的区域即两个有效区之间不发电的区域。当太阳光照射在组件的受光面时光线能穿过组件从另一面射出，光线能够射出的区域即为透光区域。
下面结合图2对透光薄膜太阳能电池组件作进一步描述，图2为透光电池组件的局部剖面示意图，图2中在第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间进行多条划线重叠划刻，形成一定宽度的透光区域，此区域的宽度根据需要的透过光强变化改变透光区域的宽度，从而相应适度改变划刻线的位置。结合图2对单元电池结构做进一步描述。参见图2，在透明衬底a上沉积第一层非透明导电金属层b，在预定的死区区域内，利用激光划线技术或机械划刻技术刻蚀部分第一层非透明导电金属层形成第一道划刻线P1，将薄膜光电转换层c沉积在第一层非透明导电金属层b上，并填充于第一道划刻线P1内。在死区区域内，利用激光划线(LSS)技术或机械划刻技术刻蚀部分光电转换层形成平行于第一道划刻线P1的第二道划刻线P2，并在第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间进行多条划线重叠划刻形成透光区域。透明导电层d沉积在光电转换层c上，并填充于第二道划刻线P2和透光区域内。所述光电转换层c为铜铟镓硒电池层、非晶单层、非晶微晶叠层或其他薄膜形成的光电转化层。在死区区域内，利用激光划线(LSS)技术或机械划刻技术刻蚀部分透明导电层形成平行于第一道划刻线P1和第二道划刻线P2的第三道划刻线P3。在本实施例中，实现透光的方法为，在第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间多次重叠划刻去除薄膜光电转化层c及第一层非透明导电金属层b形成透光区域。在水平方向上透光区域总宽度为第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间划刻透光区域宽度之和。透光区域宽度即第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间的距离由实际需要的透过组件的光强决定，当实际需要的透过的光强大时，则需要增大第一道划刻线P1与第二道划刻线P2间距离，反之亦然。单个透光区域所需的宽度在单条划刻线不能满足透光需求的情况下，需多次重叠划刻达到透光区域所需的宽度。划刻线的条数由所需要的透光宽度及划刻线宽度决定，，此处计算划刻条数的时候需考虑到两条划刻线间的重叠部分,重叠部分在5-10um范围内。
下面结合图3(制备工艺流程图)对此透光薄膜电池组件的制造方法做进一步说明。第一步：在前板透明衬底a上沉积第一层非透明导电金属b。
第二步：在死区区域内，利用激光划线(LSS)技术或机械划刻技术刻蚀部分第一层非透明导电金属层露出前板玻璃衬底a形成第一道划刻线P1，第一道划刻线P1的宽度在20um-25um范围内，当使用激光划线技术划刻第一道划刻线P1时，两个光斑间重叠部分在5-10um的范围内。
第三步：在第一层非透明导电金属层层b上沉积薄膜光电转换层c，所述光电转换层c可以是铜铟镓硒电池层、非晶单层、非晶微晶叠层或其他薄膜形成的光电转化层，所述光电转换层c覆盖在未被刻蚀掉的第一层非透明导电金属层b上，并填充在第一道划刻线P1内。
第四步：在死区区域内，利用激光划线(LSS)技术或机械划刻技术部分刻蚀薄膜光电转换层露出第一层非透明导电金属层b形成平行于第一道划刻线P1的第二道划刻线P2，第二道划刻线P2划线宽度为50um-60um，使用激光划线技术划刻第二道划刻线P2时，两个光斑间重叠部分在5-10um范围内。在第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间区域内通过多条刻线重叠划刻去除薄膜光电转化层c及第一层非透明导电金属层b露出透明玻璃衬底a形成透光区域。在水平方向上透光区域总宽度为第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间划刻透光区域宽度之和。单个透光区域的宽度根据需要的透过光强变化改变透光区域的宽度，从而相应适度改变划刻线的位置。在透光区域内，两条划刻线间需要一定的重叠区域，重叠区域在5-10um的范围之内，即使用激光划线技术划刻透光区域时，两个光斑间重叠区域在5-10um范围内。
第五步：在薄膜光电转换层c上沉积透明导电氧化物d，所述透明导电氧化物d覆盖在未被刻蚀掉的光电转换层c上，并填充于第二道划刻线P2及透光区域。
第六步：利用激光划线(LSS)技术或机械划刻技术部分刻蚀透明导电氧化物层露出光电转化层c形成平行于第一道划刻线P1及第二道划刻线P2的第三道划刻线P3，第三道划刻线P3的宽度为50um-60um。使用激光划线技术划刻第三道划刻线P3时，两个光斑间重叠部分在5-10um范围内。
第七步：后段封装组合，这里需要提出的是背板透明衬底f同样需要钢化玻璃，用PVB(中文全称聚乙烯醇缩丁醛)从而实现薄膜太阳能电池透光效果。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种透光薄膜太阳能电池组件，该电池组件在水平方向上包括多个有效区(h)和位于任意相邻两个有效区(h)之间的死区(g)；该电池组件在垂直方向上从下至上依次为前板透光衬底层(a)、第一层非透明导电金属层(b)、薄膜光电转化层(c)、第二层透明导电氧化物层(d)、封装层(e)、和背板透光衬底层(f)；在第一层非透明导电金属层(b)上形成第一道划刻线P1、在薄膜光电转化层(c)上形成有第二道划刻线P2、在第二层透明导电氧化物层(d)上形成第三道划刻线P3，且第二道划刻线P2位于第一道划刻线P1和第三道划刻线P3之间；其特征是：
所述第一道划刻线P1、第二道划刻线P2和第三道划刻线P3均位于所述死区(g)区域内，将位于第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间的部分去除薄膜光电转化层(c)和第一层非透明导电层(b)得到太阳能电池组件的透光区域，在水平方向上透光区域的总宽度是整个电池组件第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间划刻透光区域宽度之和。
2.根据权利要求1所述透光薄膜太阳能电池组件，其特征是：
所述第二道划刻线P2和第三道划刻线P3之间的间距为50μm-150μm，所述第二道划刻线P2与第一道划刻线P1之间间距为透光区域宽度。
3.根据权利要求1所述透光薄膜太阳能电池组件，其特征是：
所述封装层(e)为聚乙烯醇缩丁醛层。
4.根据权利要求1所述透光薄膜太阳能电池组件，其特征是：
所述薄膜光电转化层(c)为铜铟镓硒电池层、非晶单层、非晶微晶叠层或其他薄膜形成的光电转化层。
5.根据权利要求1所述透光薄膜太阳能电池组件，其特征是：
所述前板透光衬底层(a)和背板透光衬底层(f)均为钢化玻璃层。
6.一种权利要求1-5之一所述的透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，包括以下步骤：
(1)在前板透光衬底层(a)上沉积第一层非透明导电金属层(b)。
(2)在预定的死区区域内，利用激光划线技术或机械划刻技术对第一层非透明导电金属层(b)通过第一道刻线进行刻蚀，刻蚀掉部分非透明导电金属露出前板透光衬底层，形成第一道划刻线P1；
(3)在第一层非透明导电金属层上沉积薄膜光电转化层(c)，所述薄膜光电转化层(c)覆盖在未被刻蚀的第一层非透明导电金属层上，并填充于第一道划刻线P1内；
(4)在死区区域内，利用激光划线技术或机械划刻技术对薄膜光电转化层用平行于第一道刻线的第二道刻线进行刻蚀，刻蚀掉部分光电转换层材料露出第一层非透明导电金属，得到平行于第一道划刻线P1的第二道划刻线P2；在第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间区域进行刻蚀露出前板透光衬底层(a)形成透光区域，所述透光区域在水平方向上的总宽度是整个电池组件第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间划刻透光区域宽度之和；
(5)在薄膜光电转化层(c)上沉积第二层透明导电氧化物层(d)，第二层透明导电氧化物(d)覆盖在未被刻蚀掉的薄膜光电转换层(c)上，并填充于第二道划刻线P2及透光区域内；
(6)利用激光划线技术或机械划刻技术，在死区区域内，通过平行于第一和第二刻线的第三道刻线对第二层透明导电氧化物(d)进行刻蚀，刻蚀掉部分第二层透明导电氧化物露出薄膜光电转化层，得到第三道划刻线P3；第三道划刻线P3与第二道划刻线P2之间距离为60-150um。
(7)采用封装材料封装，然后覆盖背板透光衬底层。
7.根据权利要求6所述的透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征是：
在步骤(2)中，第一道划刻线P1的宽度为25um-35um。
8.根据权利要求6所述的透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征是：
在步骤(4)中，第二道划刻线P2划线宽度为50um-60um。
透光区域中单条划线宽度为30-60um。
9.根据权利要求6或8所述的透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征是：
在步骤(4)中，第一道划刻线P1与第二道划刻线P2之间的距离即透光区域宽度由实际需要的透过组件的光强决定，当实际需要的透过的光强大时，则需要增大第一道划刻线P1与第二道划刻线P2间距离，即增大划刻透光区域宽度，反之亦然。
10.根据权利要求9所述透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征是：
在步骤(4)中，单个透光区域所需的宽度在单条划刻线不能满足透光需求的情况下，需多次重叠划刻达到透光区域所需的宽度；透光区域内各划刻线重叠区域为5-10um。
11.根据权利要求6所述的透光薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征是：
在步骤(6)中，第三道划刻线P3的宽度为50um-60um。
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