CN109950341B - 薄膜太阳能电池组件和检测薄膜太阳能电池组件p2刻断情况的方法 - Google Patents

薄膜太阳能电池组件和检测薄膜太阳能电池组件p2刻断情况的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种薄膜太阳能电池组件和检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法。该电池组件包括至少一个电池单元和至少一个测试单元；电池单元和测试单元均包括依次层叠的第一电极层、功能层以及第二电极层；电池单元的第一电极层具有P1刻蚀线；电池单元的功能层具有与P1刻蚀线错开设置的第一P2刻蚀线；测试单元位于电池单元的远离P1刻蚀线的一侧，测试单元的第一电极层连续，且测试单元的功能层具有第二P2刻蚀线；电池单元与测试单元之间具有用于延垂直于第一电极层表面的方向隔断功能层与第二电极层的P3刻蚀线。上述电池组件，经过特殊的结构设计，能够验证整片电池的P2刻断情况，测试效率高，降低了检测设备要求，而且可以量化测量。

Description

薄膜太阳能电池组件和检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况 的方法
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，特别是涉及一种薄膜太阳能电池组件和检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法。
背景技术
目前，常见的薄膜太阳能电池的构成主要有基板-透明导电层-功能层-背电极。一般的，薄膜太阳能电池的串联结构需要三个刻蚀步骤，通常称为(P1、P2、P3)。其中，P1过程为去除透明导电层，清洁基板后进行电池功能层的沉积；P2过程为去除沉积的电池功能层，但不伤害基板；P2过程后之后进行背电极的沉积，最后的P3过程是去除背电极层，从而在单条电池之间建立串联连接结构。
由于透明导电层和背电极层都导电，对于P1和P3工艺的刻断情况都有直接的检测方法。然而，对于P2工艺的刻断情况却没有直接的检测方法。
传统的，对于P2工艺的刻断情况都是间接地通过电子显微镜来观察刻断情况，但是其判断比较难，容易出现误差并且没有量化标准。
发明内容
基于此，有必要针对P2工艺的刻断情况难以判断的问题，提供一种薄膜太阳能电池组件和检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法。
一种薄膜太阳能电池组件，所述薄膜太阳能电池组件包括至少一个电池单元和至少一个测试单元；所述电池单元和测试单元均包括依次层叠的第一电极层、功能层以及第二电极层；
所述电池单元的第一电极层具有P1刻蚀线；所述电池单元的功能层具有与所述P1刻蚀线错开设置的第一P2刻蚀线；
所述测试单元位于所述电池单元的远离P1刻蚀线的一侧，所述测试单元的第一电极层连续，且所述测试单元的功能层具有第二P2刻蚀线；
所述电池单元与所述测试单元之间具有用于延垂直于第一电极层表面的方向隔断所述功能层与所述第二电极层的P3刻蚀线。
由于在电池组件设置测试单元且测试单元的功能层具有第二P2刻蚀线，第二P2刻蚀线与电池单元的功能层的第一P2刻蚀线能够导通，可以验证整片电池的P2刻断情况，测试效率高；不需要电子显微镜，降低了检测设备要求，而且可以量化测量。
在其中一个实施例中，所述薄膜太阳能电池组件包括两个电池单元和一个测试单元，所述测试单元位于所述两个电池单元之间。
在其中一个实施例中，所述第一P2刻蚀线和所述第二P2刻蚀线的宽度均为280μm-530μm。
本发明提供一种检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，包括如下步骤：
提供一种所述的薄膜太阳能电池组件；
测量所述第一P2刻蚀线和所述第二P2刻蚀线之间的电阻；以及
判断所述电阻是否小于刻断电阻；若所述电阻小于所述刻断电阻，则说明P2刻断；若所述电阻大于所述刻断电阻，则说明P2没有刻断。
上述检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，通过在电池组件设置测试单元且测试单元的功能层具有第二P2刻蚀线，第二P2刻蚀线与电池单元的功能层的第一P2刻蚀线能够导通，测量两条P2刻蚀线之间的电阻，便可以验证整片电池的P2刻断情况，测试效率高；不需要电子显微镜，降低了检测设备要求，而且可以量化测量。
在其中一个实施例中，所述薄膜太阳能电池组件的制备步骤为：
在基板上沉积第一电极层，之后刻蚀电池单元的第一电极层形成P1刻蚀线；
在所述第一电极层上依次沉积功能层，之后刻蚀电池单元的功能层形成第一P2刻蚀线，刻蚀测试单元的功能层形成第二P2刻蚀线；以及
在所述功能层上沉积第二电极层，之后刻蚀所述功能层与所述第二电极层形成P3刻蚀线。
在其中一个实施例中，测量所述第一P2刻蚀线和所述第二P2刻蚀线之间的电阻的操作为：对应第一P2和第二P2刻蚀线的位置，在第二电极上测量第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线之间的电阻。
在其中一个实施例中，测量所述第一P2刻蚀线和所述第二P2刻蚀线之间的电阻的操作为：对应第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线的位置，在第二电极上贴导电元件，把导电元件引出后测量电阻。
在其中一个实施例中，所述第一P2刻蚀线和所述第二P2刻蚀线的刻蚀方式为激光刻蚀。
在其中一个实施例中，所述激光刻蚀的电流为15A-16.5A；和/或
所述激光刻蚀的波长为492nm-577nm。
在其中一个实施例中，所述薄膜太阳能电池组件为钙钛矿电池组件。
附图说明
图1为本发明一实施方式的薄膜太阳能电池组件的截面示意图；
图2为本发明一实施方式的检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法的流程图；
图3为本发明一实施方式的检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法的实际效果图；
图4为本发明一实施方式的钙钛矿太阳能电池的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本发明一实施方式的一种薄膜太阳能电池组件100包括至少一个电池单元110和至少一个测试单元120，电池单元110和测试单元120均包括依次层叠的第一电极层、功能层以及第二电极层。
在上述实施方式中，电池单元和测试单元是属于单片互连电池中的结构，在同一工艺条件下，两者所构成的层状结构和材质是相同的。
在前述实施方式的基础上，电池单元110的第一电极层111的一侧(图1中第一电极层111的下侧)为基板112。同上述电池单元的结构，测试单元120的第一电极层121的一侧(图1中第一电极层121的下侧)为基板122。
在上述实施方式中，基板包括但不限于：玻璃基板、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)塑料基板。优选地，电池单元的第一电极层为透明导电薄膜层，厚度为150nm～500nm，材料为FTO、ITO、ZTO、AZO、IWO、银纳米线透明电极等，材料优选为FTO。透明导电薄膜层可以通过物理气相沉积法、蒸镀或溅射形成于透明基底层上。
在前述实施方式的基础上，电池单元110的功能层113包括依次层叠的空穴传输层1131钙钛矿层1132和电子传输层1133。同样的，测试单元120的功能层123包括依次层叠的空穴传输层1231钙钛矿层1232和电子传输层1233。
其中，空穴传输层可以是有机空穴传输材料层，亦可以是无机空穴传输材料层。具体地，当空穴传输层是有机空穴传输材料层时，空穴传输层优选为Spiro-OMeTAD层、PEDOT:PSS层、P3HT层、PTAA层、或PCDTBT层。其中，Spiro-OMeTAD代表2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴。当空穴传输层是无机空穴传输材料层时，空穴传输层优选为非化学计量比的氧化镍层、CuI层、或CuSCN层。
其中，钙钛矿层的材料优选选自如下化学式所代表的化合物：MAxFA1-xPbI3-aBra、MAxFA1-xPbI3-bClb、MAxFA1-xPbBr3-cClc，其中，x取值0-1，a、b、c均取值0-3；其中MA的化学结构式为CH3NH3 +，FA的化学结构式为CH(NH2)2 +。当然，可以理解的是，本发明的钙钛矿层的材料并不局限上述化合物，还可以是本领域技术人员认为合适的其它钙钛矿材料。
当然，电子传输层可以是有机电子传输材料层，亦可以是无机电子传输材料层。具体地，当电子传输层是有机电子传输材料层时，电子传输层优选为富勒烯层(C60层)、P3HT层、PCBM层。当电子传输层是无机电子传输材料层时，电子传输层优选为二氧化钛致密层、二氧化锌致密层、或二氧化锡致密层。
在这里，本发明并不限于上述功能层，还可以是其他薄膜太阳能电池所具有的结构。
优选地，电池单元110的第二电极114优选为ITO，厚度为100nm-500nm，采用真空沉积得到。可以理解的，在同一工艺条件下，测试单元120的第二电极124与上述电池单元110的第二电极114材质和厚度相同，工艺也相同。
在前述实施方式的基础上，电池单元110的第一电极层111具有P1刻蚀线。可以理解的，P1刻蚀线是刻蚀掉部分第一电极层露出基板的区域，保证两个相邻电池在太阳能电池的第一电极层处的电绝缘。
在前述实施方式的基础上，电池单元110的功能层113具有与P1刻蚀线错开设置的第一P2刻蚀线。可以理解的，第一P2刻蚀线是经过激光刻蚀剥落功能层且不损伤第一电极层，将电池的第一电极连接到相邻电池的第二电极上。当然，第一P2刻蚀线的位置与P1刻蚀线的位置需要错开。
在前述实施方式的基础上，测试单元120位于电池单元110的远离P1刻蚀线的一侧，测试单元120的第一电极层121连续，且测试单元120的功能层123具有第二P2刻蚀线。这里可以理解为，测试单元与电池单元是在同一片电池上分为两个区域，测试单元的第一电极层是连续的，没有P1刻蚀线，而且该测试单元位于电池单元远离P1刻蚀线的一侧，以使得第一P2刻蚀线与第二P2刻蚀线能够连通。
同理，第二P2刻蚀线也是经过激光刻蚀剥落功能层且不损伤第一电极层，将电池的第一电极连接到相邻电池的第二电极上。
在前述实施方式的基础上，电池单元110与测试单元120之间具有用于延垂直于第一电极层表面的方向隔断功能层(113和123)与第二电极层(114和124)的P3刻蚀线。可以理解的，P3刻蚀线是使两个相邻电池在第二电极处绝缘。此外，P3刻蚀线的位置与P2、P1刻蚀线的位置均是需要错开的。
当然，本发明的电池组件还可以理解为：薄膜太阳能电池组件100是在薄膜太阳能电池串联工艺(通常表示为P1、P2和P3)的基础上，在P3刻蚀线的一侧(即图1中P3刻蚀线的右侧)，刻蚀一条P2刻蚀线，使得与(图1中P3刻蚀线左侧)的第一P2刻蚀线互通。
在前述实施方式的基础上，薄膜太阳能电池组件包括两个电池单元和一个测试单元，测试单元位于所述两个电池单元之间。
优选地，第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线的宽度均为280μm-530μm。上述宽度能够保证P2完全刻断。
由于在电池组件设置测试单元且测试单元的功能层具有第二P2刻蚀线，第二P2刻蚀线与电池单元的功能层的第一P2刻蚀线能够导通，可以验证整片电池的P2刻断情况，测试效率高；不需要电子显微镜，降低了检测设备要求，而且可以量化测量。
请参见图2，本发明一实施方式的一种检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，包括如下步骤：
S10、提供上述的薄膜太阳能电池组件。
当制备薄膜太阳能电池组件时，其步骤为：
S101、在基板上沉积第一电极层，之后刻蚀电池单元的第一电极层形成P1刻蚀线。
其中，采用红外光激光刻蚀P1刻蚀线，刻蚀波长为1064nm。
S102、在第一电极层上依次沉积功能层，之后刻蚀电池单元的功能层形成第一P2刻蚀线，刻蚀测试单元的功能层形成第二P2刻蚀线。
其中，第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线的刻蚀方式为激光刻蚀，采用的是绿光，激光刻蚀的电流为15A-16.5A。激光刻蚀的波长为492nm-577nm。优选地，激光刻蚀的波长为532nm。上述刻蚀电流能够满足P2刻断的要求。
当功能层为依次层叠的空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层时，沉积功能层采用如下方式进行：通过磁控溅射、化学喷涂、旋涂、刮涂等方式制备电子传输层和空穴传输层。
S103、在功能层上沉积第二电极层，之后刻蚀功能层与第二电极层形成P3刻蚀线。
其中，采用绿光激光刻蚀形成P3刻蚀线，刻蚀波长为532nm。
S20、测量第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线之间的电阻。
其中，测量第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线之间的电阻的操作为：对应第一P2和第二P2刻蚀线的位置，在第二电极上测量第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线之间的电阻。
请参见图1和图3，测量第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线之间的电阻的操作为：对应第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线的位置，在第二电极上贴导电元件130，把导电元件130引出后测量电阻。
其中，测量第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线之间的电阻时需在暗条件下进行。暗条件为遮光测量，即取不透光的材料覆在电池上进行测量。
S30、判断电阻是否小于刻断电阻；若电阻小于刻断电阻，则说明P2刻断；若电阻大于刻断电阻，则说明P2没有刻断。
在本实施方式中，当测量第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线之间的电阻小于20欧姆时就可认为其连接的两条P2刻蚀线已经刻断。
优选地，薄膜太阳能电池组件为钙钛矿电池组件。当然，本发明的薄膜太阳能电池组件并不限于此，还可以是其他的薄膜太阳能电池组件。
上述检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，通过在电池组件设置测试单元且测试单元的功能层具有第二P2刻蚀线，第二P2刻蚀线与电池单元的功能层的第一P2刻蚀线能够导通，测量两条P2刻蚀线之间的电阻，便可以验证整片电池的P2刻断情况，测试效率高；不需要电子显微镜，降低了检测设备要求，而且可以量化测量。
以下结合具体的实验数据对本发明作进一步说明。
1、钙钛矿电池采用15.5A的P2刻蚀电流进行测试电阻值(暗条件下)，测试数据如表1所示：
表1：单片钙钛矿电池采用15.5A的P2刻蚀电流测试电阻值
P2电流 15.5A 15.5A 15.5A 15.5A 15.5A 15.5A 15.5A 15.5A
P2宽度 280μm 280μm 280μm 280μm 280μm 280μm 280μm 280μm
电阻值 0.8Ω 0.8Ω 0.7Ω 0.7Ω 0.7Ω 0.7Ω 0.7Ω 0.7Ω
P2电流 15.5A 15.5A 15.5A 15.5A 15.5A 15.5A 15.5A 15.5A
P2宽度 280μm 280μm 280μm 280μm 280μm 280μm 280μm 280μm
电阻值 0.7Ω 0.7Ω 0.7Ω 0.6Ω 0.7Ω 0.7Ω 0.7Ω 0.7Ω
由表1可知，当采用15.5A的P2刻蚀电流能够满足P2的刻断条件，电阻值平均稳定在0.7Ω左右，整片电池P2刻断情况稳定性相当好。
2、钛矿电池采用不同电流与不同P2宽度测试电阻值(暗条件下)，测试数据如表2所示：
表2：单片钙钛矿电池采用不同电流与不同P2宽度测试电阻值
P2电流 14A 14.5A 15A 15.5A 16A 16.5A 15.5A 15.5A
P2宽度 280μm 280μm 280μm 280μm 280μm 280μm 80μm 530μm
电阻值 117Ω 36.3Ω 8.2Ω 0.9Ω 0.8Ω 0.8Ω 1.5Ω 0.7Ω
由表2可知，当P2刻蚀电流采用14A和14.5A时，电阻值达到117Ω和36.6Ω，表明电流为14A和14.5A时不能满足P2刻断条件，所以，刻蚀P2时电流不应选择14A和14.5A。
由表1和表2的P2宽度数据可以看出，随着P2宽度的增加，电阻值有减小的趋势，所以，P2刻蚀线的宽度为280μm-530μm时更适合P2工艺的要求。
3、将钙钛矿电池进行扫描电镜表征，得到图4。
由图4可以看出，通过拍摄电镜图来判断P2是否被刻干净，全凭肉眼观察，主观判定，没有量化标准，跟判断者的经验有关，不适用于精准的实验研究，并且根据电镜图无法确认P2刻蚀线的最佳宽度，以用来优化P2工艺。
通过对比观察电镜图的判断方法来看，采用本发明的薄膜太阳能电池组件和检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法不仅能用数据说明问题，而且能高效完整的测试整片电池P2的刻断情况，是一个极其有效的P2刻断检测方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述薄膜太阳能电池组件包括至少一个电池单元和至少一个测试单元；所述电池单元和测试单元均包括依次层叠的第一电极层、功能层以及第二电极层；
所述电池单元的第一电极层具有P1刻蚀线；所述电池单元的功能层具有与所述P1刻蚀线错开设置的第一P2刻蚀线；
所述测试单元位于所述电池单元的远离P1刻蚀线的一侧，所述测试单元的第一电极层连续，且所述测试单元的功能层具有第二P2刻蚀线；
所述电池单元与所述测试单元之间具有用于延垂直于第一电极层表面的方向隔断所述功能层与所述第二电极层的P3刻蚀线。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述薄膜太阳能电池组件包括两个电池单元和一个测试单元，所述测试单元位于所述两个电池单元之间。
3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池组件，其特征在于，所述第一P2刻蚀线和所述第二P2刻蚀线的宽度均为280μm-530μm。
4.一种检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一种权利要求1～3中任一项所述的薄膜太阳能电池组件；
测量所述第一P2刻蚀线和所述第二P2刻蚀线之间的电阻；以及
判断所述电阻是否小于刻断电阻，若所述电阻小于所述刻断电阻，则说明P2刻断；若所述电阻大于所述刻断电阻，则说明P2没有刻断。
5.根据权利要求4所述的检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，其特征在于，所述薄膜太阳能电池组件的制备步骤为：
在基板上沉积第一电极层，之后刻蚀电池单元的第一电极层形成P1刻蚀线；
在所述第一电极层上依次沉积功能层，之后刻蚀电池单元的功能层形成第一P2刻蚀线，刻蚀测试单元的功能层形成第二P2刻蚀线；以及
在所述功能层上沉积第二电极层，之后刻蚀所述功能层与所述第二电极层形成P3刻蚀线。
6.根据权利要求4所述的检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，其特征在于，测量所述第一P2刻蚀线和所述第二P2刻蚀线之间的电阻的操作为：对应第一P2和第二P2刻蚀线的位置，在第二电极上测量第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线之间的电阻。
7.根据权利要求4所述的检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，其特征在于，测量所述第一P2刻蚀线和所述第二P2刻蚀线之间的电阻的操作为：对应第一P2刻蚀线和第二P2刻蚀线的位置，在第二电极上贴导电元件，把导电元件引出后测量电阻。
8.根据权利要求4所述的检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，其特征在于，所述第一P2刻蚀线和所述第二P2刻蚀线的刻蚀方式为激光刻蚀。
9.根据权利要求8所述的检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，其特征在于，所述激光刻蚀的电流为15A-16.5A；和/或
所述激光刻蚀的波长为492nm-577nm。
10.根据权利要求4-9任一项所述的检测薄膜太阳能电池组件P2刻断情况的方法，其特征在于，所述薄膜太阳能电池组件为钙钛矿电池组件。
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