CN110459619A - 硒硫化锑电池组件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种适用于大面积硒硫化锑电池制备的硒硫化锑电池组件及其制备方法，可以有效减小各串联节之间的电阻。为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种硒硫化锑电池组件，包括依次层叠的基底、TCO导电层、前电性传输层、硒硫化锑层、后电性传输层及背电极层，所述TCO导电层被多个相互平行的第一切割槽分割，所述第一切割槽被所述硒硫化锑层填充，所述硒硫化锑电池组件还包括平行设于第一切割槽旁边的第二切割槽，所述第二切割槽分割所述后电性传输层、硒硫化锑层和前电性传输层，所述背电极层填充所述第二切割槽并与TCO导电层连接，其中所述第二切割槽的底面包括位于所述TCO导电层上表面的多个凹型曲面。

Description

硒硫化锑电池组件及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种硒硫化锑电池组件及其制备方法。
背景技术
从上世纪50年代贝尔实验室做出第一块实用的硅太阳能电池至今，六七十年间，单节晶硅电池转换效率最高达到了26％，而类似硒硫化锑结构的材料也取得了很大的进步。在光伏领域近几年的发展中，硒硫化锑太阳能电池是极具潜力的新型电池。然而，实验室制备的硒硫化锑电池都是小面积，无法商业化，而同样方法制备大面积电池却会产生各种问题进而降低效率。如何制备高效率大面积硒硫化锑电池模块一直是个问题。
现有的硒硫化锑电池组件结构如图1所示，包括基底1，以及依次设置在基底1上的TCO导电层2、前电性传输层3、硒硫化锑层4、后电性传输层5和金属背电极6。多个电池组件形成在一个大基底上，并且通过每个电池组件中的各个互连结构进行串联连接，以形成太阳能电池模块。每个互连结构都包括三条切割线，被称为P1、P2和P3。P1切割线延伸穿过TCO导电层2并且填充有硒硫化锑层4材料。P2切割线延伸穿过后电性传输层5、硒硫化锑层4和前电性传输层3，并且填充有金属背电极6材料，P2切割目的是露出TCO导电层表面，使背电极能够有效连接前电极。P3切割线延伸穿过金属背电极6、后电性传输层5、硒硫化锑层4。
因为互连结构不会有助于电池组件的光吸收和电流的生成，所以电池组件位于互连结构外部的一部分被称为有效电池。因此，太阳能电池模块的一系列电阻在很大程度上取决于各节串联电池组件间的电阻。
通常来说，P2切割线最佳切割深度是刚好切到TCO导电层表面。若切割过深，会使TCO导电层方阻升高，导致电池串阻增加；若切割过浅，则TCO表面会残留有高电阻的电性传输材料或硒硫化锑材料，减弱导电性。但是刚好切割到TCO表面非常困难，实际工业中或多或少会有误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于大面积硒硫化锑电池制备的硒硫化锑电池组件及其制备方法，可以有效减小各串联节之间的电阻。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明的第一个方面提供了一种硒硫化锑电池组件，包括依次层叠的基底、TCO导电层、前电性传输层、硒硫化锑层、后电性传输层及背电极层，所述TCO导电层被多个相互平行的第一切割槽分割，所述第一切割槽被所述硒硫化锑层填充，所述硒硫化锑电池组件还包括平行设于第一切割槽旁边的第二切割槽，所述第二切割槽分割所述后电性传输层、硒硫化锑层和前电性传输层，所述背电极层填充所述第二切割槽并与TCO导电层连接，其中所述第二切割槽的底面包括位于所述TCO导电层上表面的多个凹型曲面。
进一步的，所述第二切割槽的底面包括位于所述TCO导电层上表面的多个沿第二切割槽长度方向排布的凹槽。
优选的，所述凹槽在第二切割槽的长度方向排布的数量为5～20个。
进一步的，所述第二切割槽的底面包括排布于所述TCO导电层上表面的多个弧形凹面。
进一步的，所述多个弧形凹面均匀排布，构成弧形凹面阵列。
可选的，所述基底材料包括但不限于钢化玻璃、石英、碳、硅或有机柔性材料。
可选的，所述背电极层包括但不限于金属电极、碳电极或TCO电极。
本发明的第二个方面提供了如本发明第一个方面所述的硒硫化锑电池组件的制备方法，包括如下步骤：
S1、在基底上进行TCO导电层镀膜，制备第一切割槽，并进行前电性传输层镀膜、硒硫化锑层镀膜和后电性传输层镀膜；
S2、使用激光加工第二切割槽，其中，激光照射点沿在第二切割槽长度方向均匀排布的切割线移动，且光斑直径大于等于所述切割线间距；
S3、在切割后的后电性传输层上制备背电极层。
进一步的，所述激光照射点沿所述切割线移动的间隔大于光斑直径。
进一步的，本发明的制备方法，还包括：
S4、在制备了背电极层的电池组件上制备第三切割槽，所述第三切割槽分割所述背电极层、后电性传输层及硒硫化锑层。
本发明的硒硫化锑电池组件相比现有技术具有如下有益效果：
1)现有的电池组件金属背电极和TCO导电层是平面接触，本发明中变成曲面接触，接触面增大有利于导电，从而有效减小了串联后电池组件节与节间的导电电阻；
2)本发明的电池组件在制备时有很大的浮动切割范围，只要能切出曲面，一定残留的电性传输物质或硒硫化锑物质不会对电阻造成较大影响；
3)切割损失的TCO导电层材料可以由背电极层材料弥补，使TCO导电层上的电流横向传输不受影响；
4)本发明的电池组件加工工艺简单易控制，成本低廉，切割有一定允许误差且不会对硒硫化锑电池造成破坏。
附图说明
图1为现有的硒硫化锑电池组件结构示意图。
图2为本发明的硒硫化锑电池组件中第二切割槽的截面示意图。
图3为本发明的硒硫化锑电池组件于第二切割槽处的截面示意图。
图4为本发明的硒硫化锑电池组件中第二切割槽的加工示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
本发明的第一个实施例提供了一种硒硫化锑电池组件。其基本结构可参考附图1，包括依次层叠的基底1、TCO导电层2、前电性传输层3、硒硫化锑层4、后电性传输层5及背电极层6。
在一些实施例中，构成基底1的材料包括但不限于钢化玻璃、石英、碳、硅或有机柔性材料。
在一些实施例中，背电极层包括但不限于金属电极、碳电极或TCO电极。本实施例中背电极层6优选为金属背电极。
如前文背景技术所述，构成硒硫化锑电池模块的多个电池组件形成在一个大基底上，并且通过每个电池组件中的各个互连结构进行串联连接，以形成太阳能电池模块。每个互连结构都包括三条切割线，被称为P1、P2和P3。
在一些实施例中，TCO导电层2被多个相互平行的第一切割槽即P1分割，第一切割槽深度50～300nm，被硒硫化锑层4填充。
进一步的，这些实施例中的硒硫化锑电池组件还包括平行设于第一切割槽旁边的第二切割槽即P2，该第二切割槽分割后电性传输层5、硒硫化锑层4和前电性传输层3，达到TCO导电层表面，并包括在TCO导电层的上表面(即靠近前电性传输层3的那一面)形成的多个凹型曲面作为底面，深度300～1000nm。背电极层6填充该第二切割槽，并与TCO导电层2连接。
采用此种结构，背电极层6与TCO导电层2之间形成曲面接触，而接触面的增大有利于导电，从而有效减小了串联后电池组件节与节间的导电电阻。同时，切割损失的TCO导电层材料可以由背电极层材料弥补，使TCO导电层上的电流横向传输不受影响。进而，使得采用此种结构的整个电池模块的效率得到提升。
作为优选实施方案，在一些实施例中，如图2所示，该第二切割槽P2的底面包括位于TCO导电层2上表面的多个凹槽20。多个凹槽20沿第二切割槽P2的长度方向均匀排布，形成第二切割槽P2的底面。进而，金属背电极填充第二切割槽P2后，构成如附图3所示的截面。
作为优选实施方案，该凹槽20第二切割槽的长度方向排布的数量为5～20个。
作为优选实施方案，在一些实施例中，第二切割槽P2的底面包括位于TCO导电层2上表面的多个弧形凹面。更优选的，多个弧形凹面均匀排布，构成3D弧形凹面阵列。
作为优选实施方案，在一些实施例中，上述凹槽或弧形凹面在TCO导电层上的深度为100～200nm。
采用此种结构，可进一步增加背电极层6与TCO导电层2之间的接触面积，从而使得串联后电池组件节与节间的导电电阻更小。
实施例2
本发明的第二个实施例提供了一种硒硫化锑电池组件的制备方法，其中所述的硒硫化锑电池组件包括如上述的实施例1中的多种实施方案中的硒硫化锑电池组件。该制备方法包括如下步骤：
第一步，清洗基底，然后在基底上进行TCO导电层镀膜，制备第一切割槽(如附图1中的P1)，并进行前电性传输层镀膜、硒硫化锑层镀膜和后电性传输层镀膜；
第二步，使用激光加工第二切割槽。加工时，如图4所示，激光照射点8沿在第二切割槽长度方向均匀排布的切割线(图中虚线)移动，逐点进行切割。此过程中，设置激光光斑直径大于等于切割线间距L，从而可在切割至TCO导电层上表面后形成如附图2中所示的多个凹槽20(凹槽之间残留的前电性传输层材料30无实质影响，可忽略)。
第三步，在切割后的后电性传输层上制备背电极层6，填充上述的第二切割槽，即可构成如附图3所示的截面。
最后，在制备了背电极层的电池组件上制备第三切割槽(如附图1中的P3)，该第三切割槽分割背电极层6、后电性传输层5及硒硫化锑层4，即可形成完整的电池组互连结构。
作为进一步的优选实施方案，在第二步加工中，可使激光照射点8沿切割线移动的间隔大于光斑直径，从而可在TCO导电层上表面形成多个弧形凹面，最终构成3D弧形凹面阵列，以进一步减小背电极层填充后与TCO导电层之间的电阻。
采用本实施例中的制备方法，电池组件在制备时有很大的浮动切割范围，只要能切出曲面，一定残留的电性传输物质或硒硫化锑物质不会对电阻造成较大影响。整个制备工艺简单易控制，成本低廉，切割有一定允许误差且不会对硒硫化锑电池造成破坏，具有良好的工业应用前景。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种硒硫化锑电池组件，包括依次层叠的基底、TCO导电层、前电性传输层、硒硫化锑层、后电性传输层及背电极层，所述TCO导电层被多个相互平行的第一切割槽分割，所述第一切割槽被所述硒硫化锑层填充，所述硒硫化锑电池组件还包括平行设于第一切割槽旁边的第二切割槽，所述第二切割槽分割所述后电性传输层、硒硫化锑层和前电性传输层，所述背电极层填充所述第二切割槽并与TCO导电层连接，其特征在于：
所述第二切割槽的底面包括位于所述TCO导电层上表面的多个凹型曲面。
2.如权利要求1所述的硒硫化锑电池组件，其特征在于：所述第二切割槽的底面包括位于所述TCO导电层上表面的多个沿第二切割槽长度方向排布的凹槽。
3.如权利要求2所述的硒硫化锑电池组件，其特征在于：所述凹槽在第二切割槽的长度方向排布的数量为5～20个。
4.如权利要求1所述的硒硫化锑电池组件，其特征在于：所述第二切割槽的底面包括排布于所述TCO导电层上表面的多个弧形凹面。
5.如权利要求4所述的硒硫化锑电池组件，其特征在于：所述多个弧形凹面均匀排布，构成弧形凹面阵列。
6.如权利要求1-5任一项所述的硒硫化锑电池组件，其特征在于：所述基底材料包括但不限于钢化玻璃、石英、碳、硅或有机柔性材料。
7.如权利要求1-5任一项所述的硒硫化锑电池组件，其特征在于：所述背电极层包括但不限于金属电极、碳电极或TCO电极。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的硒硫化锑电池组件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在基底上进行TCO导电层镀膜，制备第一切割槽，并进行前电性传输层镀膜、硒硫化锑层镀膜和后电性传输层镀膜；
S2、使用激光加工第二切割槽，其中，激光照射点沿在第二切割槽长度方向均匀排布的切割线移动，且光斑直径大于等于所述切割线间距；
S3、在切割后的后电性传输层上制备背电极层。
9.如权利要求8所述的硒硫化锑电池组件的制备方法，其特征在于，所述激光照射点沿所述切割线移动的间隔大于光斑直径。
10.如权利要求8或9所述的硒硫化锑电池组件的制备方法，其特征在于，还包括：
S4、在制备了背电极层的电池组件上制备第三切割槽，所述第三切割槽分割所述背电极层、后电性传输层及硒硫化锑层。
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