CN109273545B - 一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法 - Google Patents

一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，它是通过不同的激光刻蚀方式，形成共用正/负极的两串电池并联的结构，具体为在玻璃衬底上依次沉积好透明导电氧化膜层、光吸收层后，进行激光P1刻划，然后在P1刻划的刻线槽内填充负性光刻胶；光刻胶工艺完毕后，进行P2刻划；P2刻划完成后，在光吸收层上沉积背电极层，然后进行P3刻划，通过激光刻蚀背电极层和光吸收层膜厚的一半；P3刻划完毕后，贴敷引流条和汇流条，通过背板及胶膜进行封装，完成碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作。本发明可以实现碲化镉薄膜太阳能电池组件以低电压的方式输出，使得电池组件输出电压降低一半或者甚至更多，方便市场推广及应用。

Description

一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法
技术领域
本发明涉及一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，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。
但碲化镉(CdTe)是II-VI族化合物直接禁带半导体，禁带宽度为1.46eV，很接近太阳能电池需要的最优化禁带宽度，如果采用上述简单的串联集成方式，碲化镉薄膜太阳能电池组件的电压就会很高，大约为150V-200V，这对于后续组件的应用非常不方便。目前，全球光伏系统普遍的电压要求是1000V，而美国光伏系统的电压更是低到600V，所以如果组件的电压偏高，在实际应用过程中，串联数就会很小，导致系统成本增加，这样应用就会受到限制，不容易推广。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，通过不同于现有技术的激光刻蚀方式，形成共用正极(或共用负极)的两串电池并联的结构，实现碲化镉薄膜太阳能电池组件以低电压的方式输出，使得电池组件输出电压降低一半或者甚至更多，方便市场推广及应用。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，它通过激光刻划将太阳能电池基板分成数个子电池，每个子电池为两串电池并联共用正极(或共用负极)的结构，子电池间通过串联方式连结完成组件的制作，具体包括下述步骤：
(1)在玻璃衬底上依次沉积好透明导电氧化膜层、光吸收层后，进行激光P1刻划，通过激光刻蚀透明导电氧化膜层和光吸收层(具体为TCO膜层吸收激光后爆开光吸收层)，然后在P1刻划的刻线槽内填充负性光刻胶；P1刻划后，电池基板上的子电池关于基板中线对称，共负极结构的P1刻线条数为双数，共正极结构的P1刻线条数为单数；
(2)光刻胶工艺完毕后，进行P2刻划，通过激光刻蚀透明导电氧化膜层和光吸收层(具体为TCO膜层吸收激光后爆开光吸收层)，P2刻划具体为：以P1刻划的刻线为基础线，在离基础线50-100μm的距离刻蚀P2激光刻线；
(3)P2刻划完成后，在光吸收层上沉积背电极层，然后进行P3刻划，通过激光刻蚀背电极层和光吸收层膜厚的一半(具体为激光刻蚀光吸收层后爆开背电极层)，P3刻划具体为：以P2刻划的刻线为基础线，在离基础线50-100μm的距离刻蚀P3激光刻线；
(4)P3刻划完毕后，根据接线盒的个数贴敷引流条和汇流条，通过背板及胶膜进行封装，完成碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作。
本发明P3刻划通过调节激光焦点位置，使P3激光刻蚀只刻蚀光吸收层膜厚的一半，这样做可以有效的防止只刻蚀背电极层带来的短路现象，降低了并联电阻Rsh，同时也可以防止完全刻蚀光吸收层后，由于激光能量的波动带来P3刻蚀损伤TCO膜层，从而增大串联电阻Rs，降低电池性能。
进一步的，所述P1刻划的激光采用波长为355nm或1064nm的激光。
进一步的，所述P2刻划的激光采用波长为532nm的激光。
进一步的，所述P3刻划的激光采用波长为532nm的激光。
优选的，所述光吸收层的沉积方法采用近距离升华法。
优选的，所述背电极层的沉积方法采用磁控溅射法或电子束蒸发法。
优选的，所述背电极层的材料选自钼或镍。
进一步的，共正极结构的中间位置的P1刻线旁不刻蚀P2刻线。
进一步的，中间位置的P1刻线旁或中间位置的P2刻线旁不刻蚀P3刻线。
综上，本发明通过上述与现有技术不同的激光刻蚀方式，形成了共用正极(或共用负极)的两串电池并联的结构，并联结构不仅降低了电池组件的输出电压，也可减小电池发生问题时对整个系统的影响，同时本发明组件封装可根据客户的需求，采用单接线盒或者双接线盒的方式，灵活方便，容易实现。而且本发明采用技术成熟的激光刻蚀技术，工艺水平可靠，适合应用到大规模生产中去。
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。
本发明提供了一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，具体包括下述步骤：
(1)在玻璃衬底上依次沉积好透明导电氧化膜层、光吸收层后，进行激光P1刻划，通过激光刻蚀透明导电氧化膜层和光吸收层(具体为TCO膜层吸收激光后爆开光吸收层)，然后在P1刻划的刻线槽内填充负性光刻胶；P1刻划后，电池基板上的子电池关于基板中线对称，共负极结构的P1刻线条数为双数，共正极结构的P1刻线条数为单数；
(2)光刻胶工艺完毕后，进行P2刻划，通过激光刻蚀透明导电氧化膜层和光吸收层(具体为TCO膜层吸收激光后爆开光吸收层)，P2刻划具体为：以P1刻划的刻线为基础线，在离基础线50-100μm的距离刻蚀P2激光刻线；
(3)P2刻划完成后，在光吸收层上沉积背电极层，然后进行P3刻划，通过激光刻蚀背电极层和光吸收层膜厚的一半(具体为激光刻蚀光吸收层后爆开背电极层)，P3刻划具体为：以P2刻划的刻线为基础线，在离基础线50-100μm的距离刻蚀P3激光刻线；
(4)P3刻划完毕后，根据接线盒的个数贴敷引流条和汇流条，通过背板及胶膜进行封装，完成碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作。
本发明P3刻划通过调节激光焦点位置，使P3激光刻蚀只刻蚀光吸收层膜厚的一半，这样做可以有效的防止只刻蚀背电极层带来的短路现象，降低了并联电阻Rsh，同时也可以防止完全刻蚀光吸收层后，由于激光能量的波动带来P3刻蚀损伤TCO膜层，从而增大串联电阻Rs，降低电池性能。
进一步的，所述P1刻划的激光采用波长为355nm或1064nm的激光。
进一步的，所述P2刻划的激光采用波长为532nm的激光。
进一步的，所述P3刻划的激光采用波长为532nm的激光。
优选的，所述光吸收层的沉积方法采用近距离升华法。
优选的，所述背电极层的沉积方法采用磁控溅射法或电子束蒸发法。
优选的，所述背电极层的材料选自钼或镍。
进一步的，共正极结构的中间位置的P1刻线旁不刻蚀P2刻线。
进一步的，中间位置的P1刻线旁或中间位置的P2刻线旁不刻蚀P3刻线。
下面为本发明的具体实施例：
实施例1：
(1)在玻璃衬底上用常压化学气相沉积法沉积TCO膜层，用CSS方法沉积光吸收层(厚度为4-5μm)后，用1064nm的激光进行P1刻划，P1刻划后，电池基板上的子电池关于基板中线对称，共负极结构的P1刻线条数为双数，共正极结构的P1刻线条数为单数；然后在P1刻划的刻线槽内填充光刻胶，光刻胶采用负性光刻胶，即曝光后固化，保证P1刻线的绝缘性；
(2)光刻胶工艺完毕后，用532nm的激光进行P2刻划，P2刻划具体为：以P1刻划的刻线为基础线，在离基础线50-100μm的距离刻蚀P2激光刻线；共正极结构的中间位置的P1刻线旁不刻蚀P2刻线；
(3)P2刻划完成后，在光吸收层上采用磁控溅射法沉积背电极层，背电极层的材料为钼，然后用532nm的激光进行P3刻划，通过激光刻蚀背电极层和光吸收层膜厚的一半(具体为激光刻蚀光吸收层后爆开背电极层)，P3刻划具体为：以P2刻划的刻线为基础线，在离基础线50-100μm的距离刻蚀P3激光刻线；无论共正极结构还是共负极结构，中间位置的P1刻线旁或中间位置的P2刻线旁不刻蚀P3刻线。
(4)P3刻划完毕后，根据接线盒的个数贴敷引流条和汇流条，通过背板及胶膜进行封装，完成碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作。
检测上述太阳能电池组件的输出电压为75V。
实施例2：
(1)在玻璃衬底上用常压化学气相沉积法沉积TCO膜层，用CSS方法沉积光吸收层(厚度为4-5μm)后，用355nm的激光进行P1刻划，P1刻划后，电池基板上的子电池关于基板中线对称，共负极结构的P1刻线条数为双数，共正极结构的P1刻线条数为单数；然后在P1刻划的刻线槽内填充光刻胶，光刻胶采用负性光刻胶，即曝光后固化，保证P1刻线的绝缘性；
(2)光刻胶工艺完毕后，用532nm的激光进行P2刻划，P2刻划具体为：以P1刻划的刻线为基础线，在离基础线50-100μm的距离刻蚀P2激光刻线；共正极结构的中间位置的P1刻线旁不刻蚀P2刻线；
(3)P2刻划完成后，在光吸收层上采用电子束蒸发法沉积背电极层，背电极层的材料为镍，然后用532nm的激光进行P3刻划，通过激光刻蚀背电极层和光吸收层膜厚的一半(具体为激光刻蚀光吸收层后爆开背电极层)，P3刻划具体为：以P2刻划的刻线为基础线，在离基础线50-100μm的距离刻蚀P3激光刻线；无论共正极结构还是共负极结构，中间位置的P1刻线旁或中间位置的P2刻线旁不刻蚀P3刻线。
(4)P3刻划完毕后，根据接线盒的个数贴敷引流条和汇流条，通过背板及胶膜进行封装，完成碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作。
检测上述太阳能电池组件的输出电压为80V。
对比实施例：
在玻璃衬底上用常压化学气相沉积法沉积TCO膜层，用CSS方法沉积光吸收层，用磁控溅射法沉积背电极层后，激光刻划电池基板将其分成数个子电池，子电池间串联，贴敷引流条和汇流条，通过背板及胶膜进行封装，形成碲化镉薄膜太阳能电池组件，检测该组件的输出电压为180V。
综上，本发明制作方法得到的碲化镉薄膜太阳能电池组件，可使得电池组件的输出电压降低一半或者甚至更多，方便市场推广及应用。
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)

1.一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)在玻璃衬底上依次沉积好透明导电氧化膜层、光吸收层后，进行激光P1刻划，通过激光刻蚀透明导电氧化膜层和光吸收层，然后在P1刻划的刻线槽内填充负性光刻胶；P1刻划后，电池基板上的子电池关于基板中线对称，共负极结构的P1刻线条数为双数，共正极结构的P1刻线条数为单数；
(2)光刻胶工艺完毕后，进行P2刻划，通过激光刻蚀透明导电氧化膜层和光吸收层，P2刻划具体为：以P1刻划的刻线为基础线，在离基础线50-100μm的距离刻蚀P2激光刻线；
(3)P2刻划完成后，在光吸收层上沉积背电极层，然后进行P3刻划，通过激光刻蚀背电极层和光吸收层膜厚的一半，P3刻划具体为：以P2刻划的刻线为基础线，在离基础线50-100μm的距离刻蚀P3激光刻线；
(4)P3刻划完毕后，根据接线盒的个数贴敷引流条和汇流条，通过背板及胶膜进行封装，完成碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作；
其中，所述共正极结构的中间位置的P1刻线旁不刻蚀P2刻线，中间位置的P1刻线旁或中间位置的P2刻线旁不刻蚀P3刻线。
2.根据权利要求1所述的一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，其特征在于：所述P1刻划的激光采用波长为355nm或1064nm的激光。
3.根据权利要求1所述的一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，其特征在于：所述P2刻划的激光采用波长为532nm的激光。
4.根据权利要求1所述的一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，其特征在于：所述P3刻划的激光采用波长为532nm的激光。
5.根据权利要求1所述的一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，其特征在于：所述光吸收层的沉积方法采用近距离升华法。
6.根据权利要求1所述的一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，其特征在于：所述背电极层的沉积方法采用磁控溅射法或电子束蒸发法。
7.根据权利要求1所述的一种碲化镉薄膜太阳能电池组件的制作方法，其特征在于：所述背电极层的材料选自钼或镍。
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