CN110676353A - 镀膜装置、制造异质结太阳能电池片和叠瓦组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镀膜装置和制造异质结太阳能电池片、叠瓦组件的方法。镀膜装置用于制造异质结太阳能电池片的透光导电膜，镀膜装置包括壳体、阳极板和阴极板、射频电源发生器。壳体内具有中空的腔室且腔室能够被抽真空；阳极板和阴极板设置在腔室内且阳极板和阴极板之间存在间隔以使得用于制造透光导电膜的靶材能够容纳在该间隔处；射频电源发生器设置在壳体外并与阳极板、阴极板电连接，并且射频电源发生器被构造为能够向阳极板、阴极板供直流电和交流电。根据本发明，在制造透光导电膜时，在用直流电生成高浓度的电浆之后通过施加交流电场来向电浆提供反向加速度，从而降低透光导电膜的能量，在透光导电膜施加到非晶硅层时避免对非晶硅层的伤害。

Description

镀膜装置、制造异质结太阳能电池片和叠瓦组件的方法

技术领域

本发明涉及能源领域，尤其涉及一种镀膜装置、制造异质结太阳能电池片和叠瓦组件的方法。

背景技术

随着全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源消耗速度加快，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。世界各国纷纷制定各自的能源发展战略，以应对常规化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题。太阳能凭借其可靠性、安全性、广泛性、长寿性、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，有望成为未来全球电力供应的主要支柱。

在新一轮能源变革过程中，我国光伏产业已成长为具有国际竞争优势的战略新兴产业。然而，光伏产业发展仍面临诸多问题与挑战，转换效率与可靠性是制约光伏产业发展的最大技术障碍，而成本控制与规模化又在经济上形成制约。

目前，异质结太阳能电池由于具备转换效率高、制造工艺流程短、硅片薄片化、温度系数低、无光致衰减、可双面发电且双面率高等一系列优势，被誉为最具产业化潜力的下一代超高效太阳能电池技术。但异质结太阳能电池技术若要实现大规模发展也具有一定难度：一方面，异质结太阳能电池的制造成本相对较高，另一方面异质结太阳能电池采用常规封装技术封装时，焊带拉力的稳定性难以控制，且异质结太阳能电池不能采取传统晶体硅电池的高温焊接等工艺，需要低温焊接工艺和低温材料，因此封装工艺难度较高。

叠瓦组件利用小电流低损耗的电学原理(光伏组件功率损耗与工作电流的平方成正比例关系)从而使得组件功率损耗大大降低。其次通过充分利用电池组件中片间距区域来进行发电，单位面积内能量密度高。另外目前使用了具有弹性体特性的导电胶粘剂替代了常规组件用光伏金属焊带，由于光伏金属焊带在整片电池中表现出较高的串联电阻而导电胶粘剂电流回路的行程要远小于采用焊带的方式，从而最终使得叠瓦组件成为高效组件，同时户外应用可靠性较常规光伏组件性能表现更加优异，因为叠瓦组件避免了金属焊带对电池与电池互联位置及其他汇流区域的应力损伤。尤其是在高低温交变的动态(风、雪等自然界的载荷作用)环境下，采用金属焊带互联封装的常规组件失效概率远超过采用弹性体的导电胶粘剂互联切割后的电池小片封装的叠瓦组件。

当前叠瓦组件的主流工艺使用导电胶粘剂互联切割后的电池片，导电胶主要由导电相和粘接相构成。其中导电相主要由贵金属组成，如纯银颗粒或银包铜、银包镍、银包玻璃等颗粒并用于在太阳能电池片之间起导电作用，其颗粒形状和分布以满足最优的电传导为基准，目前更多采用D50＜10um级的片状或类球型组合银粉居多。粘接相主要有具有耐候性的高分子树脂类聚合物构成，通常根据粘接强度和耐候稳定性选择丙烯酸树脂、有机硅树脂、环氧树脂、聚氨酯等。为了使导电胶粘接达到较低的接触电阻和较低的体积电阻率及高粘接并且保持长期优良的耐候特性，一般导电胶厂家会通过导电相和粘接相配方的设计完成，从而保证叠瓦组件在初始阶段环境侵蚀测试和长期户外实际应用下性能的稳定性。

若异质结太阳能电池采用叠瓦技术封装，之前所述问题则迎刃而解。叠瓦技术采用导电胶串接电池片的方式，导电胶的低温和柔性特点，以及无焊带设计，可以解决焊带拉力稳定性和低温焊接的问题。此外，异质结太阳能电池技术可采用更薄的硅片，采用传统组件封装工艺时，焊带串接电池片难度大，且受机械应力和热应力影响，异质结电池很容易造成破片。叠瓦组件不使用焊带连接电池片，可以减少封装过程中的破片率。

除了以上问题，异质结太阳能电池还存在其他问题。现有的异质结太阳能电池片通常包括层叠设置的非晶硅层和透光导电膜，但是在将透光导电膜施加到非晶硅层时，带有高能量的透光导电膜通常会对非晶硅层造成损伤。具体地，在制造透光导电膜时，通常会使用直流电冲击基体从而形成具有高能量、高浓度的电浆，这样的电浆附着在本征非晶硅层上之后非晶硅层也具有了巨大的能量，此时再将其施加至非晶硅层便会对非晶硅层造成“轰击”损伤，这样的损伤是不可逆的。因而这样制造出的异质结太阳能电池片，非晶硅层的物理特性会受到一定的破坏，影响异质结太阳能电池片的整体性能。

因而需要提供一种镀膜装置、制造异质结太阳能电池片和叠瓦组件的方法，以至少部分地解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种镀膜装置、制造异质结太阳能电池片和叠瓦组件的方法，使得在制造透光导电膜时，用直流电生成高浓度的电浆之后通过施加交流电场来向电浆提供反向加速度，从而降低透光导电膜的能量，在透光导电膜施加到非晶硅层时避免对非晶硅层的伤害。

根据本发明的一个方面，提供了一种镀膜装置，所述镀膜装置用于制造异质结太阳能电池片的透光导电膜，所述镀膜装置包括：

壳体，所述壳体内具有中空的腔室，所述壳体上设置有连通所述腔室与外界的气体入口和气体出口，并且所述壳体被构造为使得所述腔室能够被抽真空；

阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板设置在所述腔室内且所述阳极板和所述阴极板之间存在间隔以使得用于制造所述透光导电膜的靶材能够容纳在所述间隔处；

射频电源发生器，所述射频电源发生器设置在所述壳体外并与所述阳极板、所述阴极板电连接，并且所述射频电源发生器被构造为能够向所述阳极板、所述阴极板供直流电和交流电。

在一种实施方式中，所述阳极板和所述阴极板彼此平行且彼此面对。

在一种实施方式中，所述壳体由非金属材质制成。

在一种实施方式中，所述镀膜装置还包括进气设备，所述进气设备被构造为能够与所述壳体的所述气体入口连通以向所述腔室排放二氧化氩；并且/或者

所述镀膜装置还包括抽气设备，所述抽气设备被构造为能够与所述壳体的气体出口连通以将所述腔体内的气体泵出。

本发明另一方面提供了一种制造异质结太阳能电池片的方法，所述方法包括制造异质结太阳能电池片整片的步骤和将所述异质结太阳能电池片整片裂片形成多个所述异质结太阳能电池片的步骤，上述任意一项方案所述的镀膜装置被用于制造所述异质结太阳能电池片整片，制造异质结太阳能电池片整片的步骤包括：

将靶材安装在所述镀膜装置的腔体内的阳极板和阴极板之间；

控制射频电源发生器向所述阳极板、所述阴极板供应直流电，使得在直流电场的作用下电子加速撞击气体后生成电浆，所述电浆附着在所述靶材上；

控制射频电源发生器向所述阳极板、所述阴极板供应交流电；

将附着有所述电浆的目标靶材从靶材的主体上剥离开从而获得透光导电膜；

将所述透光导电膜层叠在非晶硅层上从而获得基体片；

在所述基体片上施加电极。

在一种实施方式中，在制造异质结太阳能电池片整片的步骤还包括：

选取多种不同的靶材；

多次重复制造透光导电膜的步骤，各次步骤使用不同的靶材和不同的直流电压，以获得具有不同透光度的多个透光导电膜；

在非晶硅层上自所述非晶硅层起以透光度递增的方式层叠排布各个所述透光导电膜，从而获得所述基体片。

根据本发明的再一个方面，提供了一种制造叠瓦组件的方法，所述方法包括：

根据上述两项方法之一来制造异质结太阳能电池片；

将多个所述异质结太阳能电池片以叠瓦方式连接在一起。

根据本发明，在制造透光导电膜时，在用直流电生成高浓度的电浆之后通过施加交流电场来向电浆提供反向加速度，从而降低透光导电膜的能量，在透光导电膜施加到非晶硅层时避免对非晶硅层的伤害。并且使用本发明所提供的镀膜装置或制造方法，能够加工出具有不同透光性的透光导电膜，使异质结太阳能电池片的透光导电区域具有渐变的透光度，这样能够改善异质结太阳能电池片的载流子偏移率、透光性和导电性等方面，避免填充因子偏低、断路电流偏低问题的发生，使异质结太阳能电池片具有较高的光电转化率。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1为根据本发明一种优选实施方式的镀膜装置的示意图；

图2为使用图1中的镀膜装置加工而成的异质结太阳能电池片整片。

具体实施方式

现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。

本发明提供了一种镀膜装置和制造异质结太阳能电池片、叠瓦组件的方法。图1示出了根据本发明的一个优选实施方式的镀膜装置1的示意图。

镀膜装置1用于制造具有透光导电膜的异质结太阳能电池片，这类异质结太阳能电池片包括非晶硅层，非晶硅层例如又可以包括衬底层和本征非晶硅层，透光导电膜层叠在本征非晶硅层上。其中，本征非晶硅层的作用是钝化硅片表面、减少界面态密度，延长异质结太阳能电池片的使用寿命、提高异质结太阳能电池片的开路电压。

而镀膜装置1具体地是用于制造透光导电膜的。参考图1，镀膜装置1大致包括壳体2、阳极板6、阴极板7和与两个电极板电连接的射频电源发生器5。

具体地，壳体2具有中空的腔室，壳体2上设置有连通腔室与外界的气体入口3和气体出口4，并且壳体2具有足够大的刚度以使得壳体2内的腔室能够被抽真空。壳体2优选地使用非金属材料制成，为了进一步防止壳体2带电，还可以在壳体2上安装接地装置。

阳极板6和阴极板7为配套使用的两个电极板。阳极板6和阴极板7固定地安装在壳体2的腔室内且在阳极板6和阴极板7之间存在间隔，该间隔能够配合地容纳用于制造透光导电膜的靶材8。优选地，阳极板6和阴极板7彼此平行且完全地彼此面对，这样的设置能够使电场充分形成在阳极板6和阴极板7之间，从而提升加工效率。

射频电源发生器5设置在壳体2外并与阳极板6、阴极板7电连接，并且射频发生器被构造为能够向两个电极板提供直流电和交流电。

优选地，本实施方式的镀膜装置1还可以包括进气设备和抽气设备。进气设备能够与气体入口3连通以向腔室内排放二氧化氩，抽气设备能够与气体出口4连通以将腔体内的气体泵出。当然，镀膜装置1也可以不包括进气设备和抽气设备，进气设备和抽气设备可以独立于镀膜装置1并与镀膜装置1搭配使用。

本实施方式还给出了制造异质结太阳能电池片的方法，如图1所示的镀膜装置1将被用于该方法。具体地，制造异质结太阳能电池片的方法包括了制造异质结太阳能电池片整片的步骤和将异质结太阳能电池片整片裂片形成多个异质结太阳能电池片的步骤。制造异质结太阳能电池片整片的步骤包括：

将靶材安装在镀膜装置1的腔体内的阳极板和阴极板之间；

控制射频电源发生器向阳极板、阴极板供应直流电，在直流电场的作用下电子加速撞击气体后生成电浆，电浆通过物理气相在靶材上；

控制射频电源发生器向阳极板、阴极板供应交流电，使电浆在靶材上的沉积速度降低；

将附着有电浆的目标靶材从靶材的主体上剥离开从而获得透光导电膜；

将透光导电膜层叠在非晶硅层上从而获得基体片；

在基体片的顶表面和底表面上施加电极。

通常，透光导电膜同时设置在非晶硅层的顶侧和底侧，设置在非晶硅层顶侧和底侧的透光导电膜都可以由图1中所示的镀膜装置1加工制造。例如，当镀膜装置1处于图1中所示的状态时能够加工设置在非晶硅层顶侧的透光导电膜，将镀膜装置1上下颠倒之后便能够用于加工设置在非晶硅层底侧的透光导电膜。

优选地，为了能使基体片的透光导电区域具有渐变的透光性，可以制造出多个具有不同透光性的透光导电膜，该过程同样可以由镀膜装置1实现。在这种情况下，制造异质结太阳能电池片整片的步骤包括：

选取多种不同的靶材；

多次重复制造透光导电膜的步骤，各次步骤使用不同的靶材和不同的直流电压，以获得具有不同透光度的多个透光导电膜；

在非晶硅层上自非晶硅层起以透光度递增的方式层叠排布各个透光导电膜，从而获得基体片。

这样，将各个透光导电膜按透光性的强弱顺序在非晶硅层的顶侧和底侧排布，使得在自非晶硅层到电极的方向上，各个透光导电膜的透光性递增。

参考图2所示的加工完成的异质结太阳能电池片整片，以位于非晶硅层顶侧的各个透光导电膜为例，将直接接触非晶硅层的透光导电膜称为第一透光导电膜，将直接位于第一透光导电膜顶侧的透光导电膜称为第二透光导电膜，依次类推，位于最顶部的透光导电膜例如为第N透光导电膜。该异质结太阳能电池片的正电极施加在第N透光导电膜的顶表面上。在自非晶硅层到正电极的方向上，即自第一透光导电膜到第N透光导电膜，各个透光导电膜的透光性递增。也就是说，第一透光导电膜的透光性最差，第二透光导电膜的透光性强于第一透光导电膜的透光性，第三透光导电膜的透光性强于第二透光导电膜的透光性……第N透光导电膜的透光性强于第N-1透光导电膜，第N透光导电膜的透光性最强。

位于非晶硅层底侧的透光导电膜类似。自非晶硅层到背电极的方向上同样依次排布有第一透光导电膜、第二透光导电膜……第N透光导电膜，从第一透光导电膜到第N透光导电膜的透光性依次递增。

当然，由于导电材料的透光性和导电性有时是负相关的，所以在自非晶硅层到电极的方向上，各个透光导电膜的导电性有可能会呈递减趋势。也就是说，位于基体片的最顶部和最底部的透光导电膜可能导电性略差。

本实施方式还提供了一种制造叠瓦组件的方法，其包括如下步骤：基于上面所说的方法制造异质结太阳能电池片；将多个异质结太阳能电池片以叠瓦方式依次相连。

本发明所提供的镀膜装置、异质结太阳能电池片和叠瓦组件的制造方法，能够使得在制造透光导电膜时，在用直流电生成高浓度的电浆之后通过施加交流电场来向电浆提供反向加速度，从而降低透光导电膜的能量，在透光导电膜施加到非晶硅层时避免对非晶硅层的伤害、获得物理特性更优的异质结太阳能电池片和叠瓦组件。并且使用本发明所提供的镀膜装置或制造方法，能够加工出具有不同透光性的透光导电膜，使异质结太阳能电池片的透光导电区域具有渐变的透光度，这样能够改善异质结太阳能电池片的载流子偏移率、透光性和导电性等方面，避免填充因子偏低、断路电流偏低问题的发生，使异质结太阳能电池片具有较高的光电转化率。

本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。

附图标记说明：

镀膜装置 1

壳体 2

气体入口 3

气体出口 4

射频电源发生器 5

阳极板 6

阴极板 7

靶材 8

Claims (7)

1.一种镀膜装置(1)，所述镀膜装置用于制造异质结太阳能电池片的透光导电膜，其特征在于，所述镀膜装置包括：

壳体(2)，所述壳体内具有中空的腔室，所述壳体上设置有连通所述腔室与外界的气体入口(3)和气体出口(4)，并且所述壳体被构造为使得所述腔室能够被抽真空；

阳极板(6)和阴极板(7)，所述阳极板和所述阴极板设置在所述腔室内且所述阳极板和所述阴极板之间存在间隔以使得用于制造所述透光导电膜的靶材(8)能够容纳在所述间隔处；

射频电源发生器(6)，所述射频电源发生器设置在所述壳体外并与所述阳极板、所述阴极板电连接，并且所述射频电源发生器被构造为能够向所述阳极板、所述阴极板供直流电和交流电。

2.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板彼此平行且彼此面对。

3.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，所述壳体由非金属材质制成。

4.根据权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，

所述镀膜装置还包括进气设备，所述进气设备被构造为能够与所述壳体的所述气体入口连通以向所述腔室排放二氧化氩；并且/或者

所述镀膜装置还包括抽气设备，所述抽气设备被构造为能够与所述壳体的气体出口连通以将所述腔体内的气体泵出。

5.一种制造异质结太阳能电池片的方法，所述方法包括制造异质结太阳能电池片整片的步骤和将所述异质结太阳能电池片整片裂片形成多个所述异质结太阳能电池片的步骤，其特征在于，根据权利要求1-4中任意一项所述的镀膜装置被用于制造所述异质结太阳能电池片整片，制造异质结太阳能电池片整片的步骤包括：

将靶材安装在所述镀膜装置的腔体内的阳极板和阴极板之间；

控制射频电源发生器向所述阳极板、所述阴极板供应直流电，使得在直流电场的作用下电子加速撞击气体后生成电浆，所述电浆附着在所述靶材上；

控制射频电源发生器向所述阳极板、所述阴极板供应交流电；

将附着有所述电浆的目标靶材从靶材的主体上剥离开从而获得透光导电膜；

将所述透光导电膜层叠在非晶硅层上从而获得基体片；

在所述基体片上施加电极。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在制造异质结太阳能电池片整片的步骤还包括：

选取多种不同的靶材；

多次重复制造透光导电膜的步骤，各次步骤使用不同的靶材和不同的直流电压，以获得具有不同透光度的多个透光导电膜；

在非晶硅层的顶侧和底侧上自所述非晶硅层起以透光度递增的方式层叠排布各个所述透光导电膜，从而获得所述基体片。

7.一种制造叠瓦组件的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据如权利要求5或6所述的方法制造异质结太阳能电池片；

将多个所述异质结太阳能电池片以叠瓦方式连接在一起。

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