CN107180892B - 一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法。该电池组件在垂直方向上从下至上依次为背板透光衬底层、非透明导电金属层、薄膜光电转化层、透明导电氧化物层、封装层和前板透光衬底层。此电极暴露方法利用激光器配合扫描振镜进行工作，使用一定波长的激光对需要暴露电极的位置进行扫描照射，通过利用不同膜层对激光的吸收程度不同的原理，达到剥离薄膜光电转化层及透明导电氧化物层，并保留非透明导电金属层的目的。此种工艺可稳定可靠，并使得金属汇流条能够直接接触金属电极，降低薄膜太阳能电池内阻，实现更高的转化效率。

Description

一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法。
背景技术
目前市面上透光薄膜太阳能电池组件大多使用金属材质刮刀刮除法清除薄膜光电转化层及透明导电氧化物层，达到暴露金属电极的目的。采用上述机械方式进行电极暴露，对刮刀刃部的平整性要求极高，需要定时维护更换刮刀，并且容易残留薄膜光电转化层及透明导电氧化物层，不能达到很好的效果及稳定性，同时，机械接触很容易造成金属电极划伤，影响太阳能电池的稳定性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有的传统技术问题，提出一种新型的铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法。该方法使用激光束对需要暴露电极的位置进行扫描照射，通过利用不同膜层对激光的吸收程度不同的原理，达到剥离薄膜光电转化层及透明导电氧化物层，并保留非透明导电金属层的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法，铜铟镓硒薄膜太阳能电池在垂直方向上从下至上依次为背板透光衬底层、非透明导电金属层、薄膜光电转化层、透明导电氧化物层、封装层和前板透光衬底层；汇流条焊接在非透明导电金属层上并通过封装层封装，其中，汇流条及所焊接处的非透明导电金属层即为待暴露的太阳能电池金属电极；其特征在于，所述金属电极暴露方法包括以下步骤：
(1)扫描区域定位，通过激光位置传感器测量待加工太阳能电池边缘，计算出电池金属电极暴露位置设定值与实测值的差值；
(2)根据步骤(1)得到的差值，设定激光器扫描起始位置；
(3)根据待加工太阳能电池预定布局设定激光器扫描振镜的扫描宽度、扫描速度、激光束焦点位置及待加工太阳能电池的进给速度即太阳能电池相对于激光器扫描振镜所属激光头的相对运动速度；
(4)根据待加工太阳能电池膜层特性设定激光器发射激光频率、功率、光斑直径；
(5)根据步骤(3)和步骤(4)设定的激光器参数对铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极预设暴露位置进行激光扫描照射，直到金属电极暴露。
本发明进一步包括以下优选方案：
在步骤(1)中，暴露位置设定值即待加工太阳能电池预定布局中金属电极的设定位置，实测值即在软件offset设定值为0时金属电极位置，以及差值即上述实测值与设定值之差。
在步骤(2)中，激光器扫描起始位置即激光器扫描起始位置设定值加步骤(1)中所述差值得到的相应位置。
在步骤(3)中，对于铜铟镓硒薄膜太阳能电池，激光器波长为1032nm，功率为23W，光斑直径为0.3mm，待加工太阳能电池相对于激光器扫描振镜的进给速度为16mm/s，激光器振镜扫描速度4100mm/s，重叠率71％。
在步骤(4)中，根据膜层性质不同，以上优选参数可能发生变化。与现有技术相比，本发明的优势是：
1、本申请的铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法使用激光束进行加工，保证了电极暴露工艺的稳定性。
2、本申请的铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法不会对金属电极暴露区域产生机械损伤，提高了太阳能电池稳定性。
3、本申请的铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法通过扫描振镜对激光束的焦点位置进行调整，保证了激光束焦点位置的稳定，通过高速扫描，覆盖所有待加工区域，降低了待加工件平整度的要求，解决了传统机械刮刀方式膜层残留的问题。
附图说明
图1是铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的切面图；
图2描述的是金属电极暴露方法流程示意图；
图3是扫描振镜工作方式示意图；
图4是本发明金属电极暴露激光扫描进给方式示意图；
图5是本发明金属电极暴露激光扫描方式示意图。
具体实施方式
下面根据表示本发明实施方式的附图具体描述本发明的实施例。
图1是铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的切面图。自下而上分别为背板透光衬底层、非透明导电金属层、薄膜光电转化层、透明导电氧化物层、封装层和前板透光衬底层，本发明所涉及的需要暴露金属电极的位置即为图中汇流条下方非透明导电金属层区域。电池受光将产生电流，电流的引出是通过图中所示汇流条完成的，如果不进行电极暴露工艺，汇流条将只能和图1中所示透明导电氧化物层接触，但透明导电氧化物层的电阻率明显高于金属电极层，所以如果采用上述引出方式，将造成电池的内阻过大，影响电池的光电转化效率。将金属电极层上的膜层清除掉，可使汇流条和金属电极直接接触，显著降低电池内阻。
下面对此透光薄膜电池组件的制造方法做进一步说明。
第一步：提供前板透明玻璃衬底，由于BIPV组件需要具备较强的力学性能，所以可以选用钢化玻璃。
第二步：在前板透明衬底上沉积第一层非透明导电金属，可以为钼。
第三步：利用激光划线技术将第一层透明导电氧化层形成第一道平行沟槽P1，P1刻蚀掉小部分非透明导电金属层露出前板玻璃衬底。
第四步：在第一层非透明导电层上沉积光电转换层，所述光电转换层可以是铜铟镓硒，所述光电转换层覆盖在未被刻蚀掉的第一层非透明导电金属层上，并填充在第一道平行沟槽P1内。
第五步：利用激光划线技术将光电转换层刻蚀形成平行于P1的第二道平行沟槽P2，P2刻蚀掉小部分光电转换层材料露出第一层非透明导电金属层。
第六步：在光电转换层上沉积透明导电氧化物(AZO)，所述透明导电氧化物覆盖在未被刻蚀掉的光电转换层上，并填充在第二道平行沟槽P2内。
第七步：利用激光划线技术将光电转换层刻蚀形成平行于P1/P2的第三道平行沟槽P3，P3刻蚀掉小部分透明导电氧化物露出光电转化层。
本发明公开的铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法如附图2所示，包括以下具体步骤：
(1)扫描区域定位，通过激光位置传感器测量待加工太阳能电池边缘，计算出电池金属电极暴露位置设定值与实测值的差值；即激光扫描位置起始端的设定值与实际值可能存在差距，需要进行调试后，计算出相应差值，自动设定在设备操作软件中；
(2)根据步骤(1)得到的差值，设定激光器扫描起始位置，即软件设定起始位置与步骤(1)中得到的差值之和；
(3)根据待加工太阳能电池预定布局设定激光器扫描振镜的扫描宽度、扫描速度、激光束焦点位置及待加工太阳能电池进给速度
(4)根据待加工太阳能电池膜层特性设定激光器发射激光频率、功率、光斑直径；
(5)根据步骤(3)和步骤(4)设定的激光器参数对铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极预设暴露位置进行激光扫描照射，直到金属电极暴露。
下面结合图3对金属电极暴露方法中振镜的工作方式做进一步说明。
工件定位完成后，软件通过计算设定值与实际值的偏差，计算X、Y方向振镜的实际偏转角度，并通过工件在X或Y方向上的平移速度，计算出两次扫描间的重叠范围，此重叠范围在70％左右为宜，之后软件设定激光器的出光功率、光斑直径及激光频率，在以上设定完成之后，工件开始按照以上设定的速度平移，激光器发出激光，扫描振镜同时在X、Y方向上运动进行扫描，激光束通过扫描振镜投射在待加工电池所需电极暴露区域，金属电极层和薄膜光电转化层界面吸收激光能量，瞬间剥离，达到电极暴露的目的。通过调整激光器所发出激光的功率、频率等参数，达到剥离金属电极以上膜层但不对金属电极有所损伤的目的。以下为加工宽度19.8mm下优选参数：激光器波长1032nm，功率23W，光斑直径0.3mm，进给速度16mm/s，振镜扫描速度4100mm/s，重叠率71％。
图4为金属电极暴露激光扫描过程示意图，其中每一个平行四边形代表一个扫描块，每一个扫描块由图5所示的众多激光光斑组成(图中每一个圆代表一个激光光斑)，蓝色与紫色平行四边形的交叠区域为上述重叠区域，通过工件箭头方向的运动进行整个矩形区域的扫描来完成电极暴露工艺。

Claims (3)

1.一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法，铜铟镓硒薄膜太阳能电池在垂直方向上从下至上依次为背板透光衬底层、非透明导电金属层、薄膜光电转化层、透明导电氧化物层、封装层和前板透光衬底层；汇流条焊接在非透明导电金属层上并通过封装层封装，其中，汇流条及所焊接处的非透明导电金属层即为待暴露的太阳能电池金属电极；其特征在于，所述金属电极暴露方法包括以下步骤：
(1)扫描区域定位，通过激光位置传感器测量待加工太阳能电池边缘，计算出电池金属电极暴露位置设定值与实测值的差值；暴露位置设定值即待加工太阳能电池预定布局中金属电极的设定位置，实测值即在软件扫描起始位置offset设定值为0时金属电极位置，以及差值即上述实测值与设定值之差；
(2)根据步骤(1)得到的差值，设定激光器扫描起始位置；
(3)根据待加工太阳能电池预定布局设定激光器扫描振镜的扫描宽度、扫描速度、激光束焦点位置及待加工太阳能电池的进给速度即太阳能电池相对于激光器扫描振镜所属激光头的相对运动速度；
(4)根据待加工太阳能电池膜层特性设定激光器发射激光频率、功率、光斑直径；
(5)根据步骤(3)和步骤(4)设定的激光器参数对铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极预设暴露位置进行激光扫描照射，直到金属电极暴露。
2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法，其特征在于：
在步骤(2)中，激光器扫描起始位置即激光器扫描起始位置设定值加步骤(1)中所述差值得到的相应位置。
3.根据权利要求1所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池金属电极暴露方法，其特征在于：
在步骤(3)中，对于铜铟镓硒薄膜太阳能电池，激光器波长为1032nm，功率为23W，光斑直径为0.3mm，待加工太阳能电池相对于激光头的进给速度为16mm/s，振镜扫描速度4100mm/s，重叠率71％。
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