CN107919404A - 一种薄膜太阳能电池透光组件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及铜铟镓硒(CIGS)和铜锌锡硫(CZTS)等薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于首先采用激光器一对薄膜太阳能电池组件进行透光处理,完成透光处理后采用激光器二在透光区域两侧进行绝缘刻划。本发明的优点是解决了不透明金属背电极的薄膜太阳能电池不能制作透光组件的问题,同时采用激光器二在透光区域两侧进行绝缘刻划,去除背电极Mo层以上的所有膜层,从而避免了在进行透光处理时可能导致的电池内部短路问题,增强了透光处理的可靠性和良品率。另外,由于本发明采用激光刻划的方式,透光比例任意可调,工艺重复性好,因此提高了生产的稳定性,降低生产与维护成本。
Description
技术领域
本发明属于光伏领域,尤其涉及一种薄膜太阳能电池组件的透光组件的结构及制备方法。
背景技术
目前市售的透光太阳能电池组件分为两类,一类是透光的晶硅组件,另一类是透光的非晶硅组件。透光的晶硅组件多采用晶硅片之间衔接处间隙加大来实现透光的功能,透光的非晶硅组件通过将背电极铝换成AZO或者ZTO等透明电极来实现。以上两种实现透光的主要方式都是牺牲发电面积或者发电效率来实现透光组件。而本申请涉及的铜铟镓硒(CIGS)和铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳能电池背电极由于必须选用金属钼,此时组件已经不能透光,并且由于材料性能所限,将其更换成AZO等透明电极的技术也还不成熟。专利CN102237441A所述的应用振镜激光设备实现太阳能薄膜电池组件的透光方法,其使用与非晶硅的生产工艺,但是在CIGS和CZTS却不能适用,其需要采用一种激光器进行绝缘处理,然后采用振镜的方式在绝缘区域进行透光处理。但是该专利方案需要三种激光器,并且先进行绝缘处理然后进行透光处理的方式并未能完全解决绝缘的作用,先进行绝缘处理的目的视乎是给清边进行规定区域,并未起到绝缘的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,提高生产速率,提高生产的稳定性,降低生产成本。本发明所述的一种薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,主要是针对采用金属钼作为背电极的CIGS或者CZTS薄膜太阳能电池组件,解决其在正常发电的同时在部分区域实现透光的问题。本制备方法是采用激光清扫方式将玻璃基底上的膜层祛除,同时又不影响组件其它区域的发电特性;为了避免激光清扫导致膜层熔融处形成短路,再次采用激光器在透光区域的边缘进行绝缘刻线。采用激光清扫与刻划的方式进行薄膜太阳能电池透光组件的制作,激光加工速度可以达到30cm2/s,该速度远远大于机械加工速度,生产效率高。激光寿命长,运行稳定,后续的维护成本很低,因此导致生产过程可靠、重复性好、良品率高且生产成本较低。
本发明具体采用以下技术方案。
一种薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,所述薄膜太阳能电池为铜铟镓硒CIGS或铜锌锡硫CZTS太阳能电池;其特征在于:首先采用激光器一对薄膜太阳能电池组件进行透光处理,在薄膜太阳能电池组件的玻璃基体上形成第一组刻线即透光刻线,完成透光处理后采用激光器二在透光区域两侧进行绝缘刻划。
本发明进一步包括以下优选方案:
首先采用激光器一将已经制作完成的薄膜太阳能电池组件进行透光处理,将组件上所设定的透光区域的玻璃基体以上的所有膜层全部祛除。
所设定的透光区域位于薄膜太阳能电池组件正负极之间,与薄膜太阳能电池组件发电部分间隔设置。透光区域可以等间距设置,也可以根据生产需求不等间距设置或者设计成任意形状(请介绍透光区域的设置位置和形状)。
激光器一采用从背面入射的方式即从薄膜太阳能电池组件玻璃基体底面入射,同时采用平顶光束整形光纤对激光器一进行光束整形,整形后输出的光斑为平顶光。
对激光器一进行光束整形形成1.2μm的方形平顶光斑,且该光斑的能量分布呈平顶分布。
所述平顶光斑能量最低跟能量最高值相差不大于10%。
激光器一采用脉宽为100ns的红外激光器,激光器功率为1000Wat。
在使用激光器一完成透光处理后,采用激光器二进行绝缘处理,对透光刻线的两侧边缘均进行绝缘刻划,即通过激光器二形成第二组刻线对透光刻线两侧边缘钼层以上的所有膜层全部祛除。
激光器二采用膜面或者玻璃面入射方式。
激光器二形成的第二组刻线要与步骤一形成的透光刻线平行,且刻线位于未清边区域,未清边区域位于清边区域边缘的未被激光处理的部分。
激光器二既可以直接采用激光器一,将激光器一将激光功率调至2%~5%即可,激光作用的方向跟激光器一相同。采用该方式可以采用一台激光器就能完成透光和绝缘的作用,节省激光器数目以及大大降低生产成本和设备成本。
激光器二也采用脉宽为10ns的532nm激光器,激光器的频率为70hz-80khz,功率为2Wat-5Wat。采用该激光器即可有采用正面入射的方式也可以采用背面入射的方式。
在第一组刻线和第二组刻线刻划过程中均采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。
与现有的技术相比,本发明的优势是:
本发明采用的方法解决了背电极为不透明金属层的薄膜电池很难制作透光组件的难题,同时采用激光的方法,想比较传统机械的方法更加稳定和清洁,同时透光组件的制作速度较快;另外我们发现金属背电极进行清边时会在刻线边缘形成金属蒸汽,该蒸汽会导致组件内部短路,效率下降,本发明采用另外一个激光器进行绝缘处理,从而解决了该问题。
附图说明
图1为铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构示意图;
图2为薄膜太阳能电池透光组件的透光示意图;
图3本发明所述的一种薄膜太阳能电池透光组件的局部放大示意图;
图4本发明所述的一种薄膜太阳能电池透光组件的截面示意图。
具体实施方式
下面介绍本发明的实施例,但本发明绝非限于实施例。图1为铜铟镓硒薄膜太阳能电池结构示意图;如图1所示,以铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池为例,该电池包括玻璃基体、钼层、铜铟镓硒层、硫化镉层、本征氧化锌层以及掺铝氧化锌层。图2为本发明所述的一种薄膜太阳能电池透光组件的透光示意图;如图2所示,该组件透光刻线的方向跟组件本身内联的刻线方向垂直。图3为本发明所述的一种薄膜太阳能电池透光组件的局部放大示意图;如图3所示,该组件两端的正负极是不做透光处理的。如图4所示,为本发明所述的一种薄膜太阳能电池透光组件的截面示意图,其中第一组刻线代表透光刻线的位置,第二组刻线代表绝缘刻线的位置。
实施例1
对已经完成图1所示的电池结构的组件进行透光处理:
步骤一,采用激光器一对完成镀膜的基片进行透光刻划,具体的刻划位置示意如图4所示;激光器一采用脉宽为100ns的红外激光器,采用光纤整形的方式将激光整形成1.2μm的方形平顶光斑,该光斑的能量分布呈平顶分布,能量最低跟能量最高相差不大于10%,制作透光时激光器功率为1000Wat。该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从背面入射的方式。
步骤二,采用激光器二对步骤一形成刻线进行刻划,具体的刻划位置示意如图4所示,在步骤一形成的刻线两边进行绝缘刻划;激光器二形成的刻线要与步骤一形成的刻线边缘平行,且刻线位于未清边区域;激光器二采用将1064nm的激光器一,降低功率为20w。该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从膜面入射的方式。
实施例2
对已经完成图1所示的电池结构的组件进行透光处理:
步骤一,采用激光器一对完成镀膜的基片进行透光刻划,具体的刻划位置示意如图4所示;激光器一采用脉宽为100ns的红外激光器,采用光纤整形的方式将激光整形成1.2μm的方形平顶光斑,该光斑的能量分布呈平顶分布,能量最低跟能量最高相差不大于10%,制作透光时激光器功率为1000Wat。该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束采用从背面入射的方式。
步骤二,采用激光器二对步骤一形成刻线进行刻划,具体的刻划位置示意如图4所示,在步骤一形成的刻线两边进行绝缘刻划;激光器二形成的刻线要与步骤一形成的刻线边缘平行,且刻线位于未清边区域;激光器二采用将1064nm的激光器一,降低功率为35w。该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束采用从背面入射的方式。
实施例3
对已经完成图1所示的电池结构的组件进行透光处理:
步骤一,采用激光器一对完成镀膜的基片进行透光刻划,具体的刻划位置示意如图4所示;激光器一采用脉宽为100ns的红外激光器,采用光纤整形的方式将激光整形成1.2μm的方形平顶光斑,该光斑的能量分布呈平顶分布,能量最低跟能量最高相差不大于10%,制作透光时激光器功率为1000Wat。该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从背面入射的方式。
步骤二,采用激光器二对步骤一形成刻线进行刻划,具体的刻划位置示意如图4所示,在步骤一形成的刻线两边进行绝缘刻划;激光器二形成的刻线要与步骤一形成的刻线边缘平行,且刻线位于未清边区域;激光器二采用将1064nm的激光器一,降低功率为50w。该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束采用从背面入射的方式。
实施例4
对已经完成图1所示的电池结构的组件进行透光处理:
步骤一,采用激光器一对完成镀膜的基片进行透光刻划,具体的刻划位置示意如图4所示;激光器一采用脉宽为100ns的红外激光器,采用光纤整形的方式将激光整形成1.2μm的方形平顶光斑,该光斑的能量分布呈平顶分布,能量最低跟能量最高相差不大于10%,制作透光时激光器功率为1000Wat,形成第一组刻线;该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从背面入射的方式。
步骤二,采用激光器二对步骤一完成刻线进行刻划,具体的刻划位置示意如图4所示,在步骤一形成的刻线两边进行绝缘刻划;激光器二形成的刻线要与步骤一形成的刻线边缘平行,且刻线位于未清边区域;激光器二采用脉宽为10ns的532nm激光器,激光器的频率为70khz,功率为2Wat,形成第二组刻线;该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从背入射的方式。
实施例5
对已经完成图1所示的电池结构的组件进行透光处理:
步骤一,采用激光器一对完成镀膜的基片进行透光刻划,具体的刻划位置示意如图4所示;激光器一采用脉宽为100ns的红外激光器,采用光纤整形的方式将激光整形成1.2μm的方形平顶光斑,该光斑的能量分布呈平顶分布,能量最低跟能量最高相差不大于10%,制作透光时激光器功率为1000Wat,形成第一组刻线;该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从背面入射的方式。
步骤二,采用激光器二对步骤一完成刻线进行刻划,具体的刻划位置示意如图4所示,在步骤一形成的刻线两边进行绝缘刻划;激光器二形成的刻线要与步骤一形成的刻线边缘平行,且刻线位于未清边区域;激光器二采用脉宽为10ns的532nm激光器,激光器的频率为70khz,功率为4Wat,形成第二组刻线;该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从背入射的方式。
实施例6
对已经完成图1所示的电池结构的组件进行透光处理:
步骤一,采用激光器一对完成镀膜的基片进行透光刻划,具体的刻划位置示意如图4所示;激光器一采用脉宽为100ns的红外激光器,采用光纤整形的方式将激光整形成1.2μm的方形平顶光斑,该光斑的能量分布呈平顶分布,能量最低跟能量最高相差不大于10%,制作透光时激光器功率为1000Wat,形成第一组刻线;该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从背面入射的方式。
步骤二,采用激光器二对步骤一完成刻线进行刻划,具体的刻划位置示意如图4所示,在步骤一形成的刻线两边进行绝缘刻划,激光器采用膜面入射的方式;激光器二形成的刻线要与步骤一形成的刻线边缘平行,且刻线位于未清边区域;激光器二采用脉宽为10ns的532nm激光器,激光器的频率为80khz,功率为3.5Wat,形成第二组刻线;该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从正面入射的方式。
实施例7
对已经完成图1所示的电池结构的组件进行透光处理:
步骤一,采用激光器一对完成镀膜的基片进行透光刻划,具体的刻划位置示意如图4所示;激光器一采用脉宽为100ns的红外激光器,采用光纤整形的方式将激光整形成1.2μm的方形平顶光斑,该光斑的能量分布呈平顶分布,能量最低跟能量最高相差不大于10%,制作透光时激光器功率为1000Wat,形成第一组刻线;该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从背面入射的方式。
步骤二,采用激光器二对步骤一完成刻线进行刻划,具体的刻划位置示意如图4所示,在步骤一形成的刻线两边进行绝缘刻划,激光器采用膜面入射的方式;激光器二形成的刻线要与步骤一形成的刻线边缘平行,且刻线位于未清边区域;激光器二采用脉宽为10ns的532nm激光器,激光器的频率为80khz,功率为5Wat,形成第二组刻线;该过程需要采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。激光光束从正面入射的方式。
Claims (11)
1.一种薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,所述薄膜太阳能电池为铜铟镓硒CIGS或铜锌锡硫CZTS太阳能电池;其特征在于:
首先采用激光器一对薄膜太阳能电池组件进行透光处理,在薄膜太阳能电池组件的玻璃基体上形成第一组刻线即透光刻线,完成透光处理后采用激光器二形成第二组刻线在透光区域两侧进行绝缘刻划。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于:
首先采用激光器一将已经制作完成的薄膜太阳能电池组件进行透光处理,将组件上所设定的透光区域的玻璃基体以上的所有膜层全部祛除。
3.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于:
所设定的透光区域位于薄膜太阳能电池组件正负极之间,与薄膜太阳能电池组件发电部分间隔设置,透光区域可以等间距设置,也可以根据生产需求不等间距设置。
4.根据权利要求3所述的薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于:
激光器一采用从背面入射的方式即从薄膜太阳能电池组件玻璃基体底面入射,同时采用平顶光束整形光纤对激光器一进行光束整形,整形后输出的光斑为平顶光。
5.根据权利要求1、2或4所述的薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于:
对激光器一进行光束整形形成1.2μm的方形平顶光斑,且该光斑的能量分布呈平顶分布。
6.根据权利要求5所述的薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于:
所述平顶光斑能量最低跟能量最高值相差不大于10%。
7.根据权利要求1、2或6所述的薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于:
激光器一采用脉宽为100ns的红外激光器,激光器功率为1000Wat。
8.根据权利要求1或2所述的薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于:
在使用激光器一完成透光处理后,采用激光器二进行绝缘处理,对透光刻线的两侧边缘均进行绝缘刻划,即通过激光器二形成第二组刻线对透光刻线两侧边缘钼层以上的所有膜层全部祛除。
9.根据权利要求8所述的薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于:
激光器二采用膜面或者玻璃面入射方式;
激光器二形成的第二组刻线要与步骤一形成的透光刻线平行,且绝缘线位于清边区域边缘未被激光处理的部分。
10.根据权利要求9所述的薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于:
所述激光器二既可以采用跟激光器一相同的激光器,将激光功率调至激光器一的2%~5%即可,激光作用的方向跟激光器一相同。
所述激光器二也可以采用脉宽为10ns的532nm的激光器,激光器频率为70khz,功率为2Wat~5Wat,采用该激光器可以采用膜面入射的方式也可以采用背面入射的方式。
11.根据权利要求1或2所述的薄膜太阳能电池透光组件的制备方法,其特征在于:
在第一组刻线和第二组刻线刻划过程中均采用随动吸尘的方式祛除形成的粉尘。
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