CN113193064A - 一种薄膜太阳能电池组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜太阳能电池组件及其制备方法，包括依次层叠的顶板玻璃层、分切芯片层、背板玻璃层；所述分切芯片层为薄膜太阳能电池芯片交替叠拼制备而成低电压的分切芯片层。本发明的采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件具有对真空镀膜设备和串联工艺要求低、良品率高、吸收效果好的特性。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池领域，具体为一种薄膜太阳能电池组件及其制备方法。
背景技术
碲化镉薄膜太阳能电池是第二代薄膜型太阳能电池。目前以美国First Solar和成都中建材光电材料有限公司为代表的企业已经成功实现其产业化。该电池的典型结构为玻璃—TCO-CdS-CdTe-背接触-背电极层-封装胶膜-玻璃。
该电池的工艺制备方法为典型的顶衬底生长模式，是在受光玻璃表面上一层一层生长薄膜制备。镀膜的均匀性对器件的影响较大，也是制备大面积产品的技术难点。
目前产业化成功的项目均采用的是真空热蒸发升华的方法来实现的。设备需要较大的真空设备，成本较高。电池串联的方式采用激光精密加工，设备成本较高。
目前该电池的尺寸较为固定为1.2m*0.6m，1.2m*1.6m,1.2m*2m。组件的尺寸是由镀膜薄膜的尺寸决定的。产线的良率与玻璃的尺寸有明显的关系。根据First Solar公布的2019年第二季度财报显示，大尺寸产品的良率低于小尺寸的良率91％Vs 96％)。
太阳能电池正向着低成本方向发展。碲化镉薄膜电池中设备折旧成本和良率对产品成本影响较大。而小尺寸存在吸收率不如大尺寸的缺点，设计小尺寸会对电池的吸收效果有明显影响。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种对真空镀膜设备和串联工艺要求低、良品率高、吸收效果好的采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件及其制备方法。
本发明首先提供一种采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件，包括依次层叠的顶板玻璃层、分切芯片层、背板玻璃层；所述分切芯片层为太阳能电池芯片交替叠拼制备而成低电压的分切芯片层；所述分切芯片层包括依次层叠的顶部玻璃层、TCO层、发电层、背电极层、导电胶带层。
本发明还包括如下优化方案：
优选的，所述发电层的材质为碲化镉、铜铟镓硒、钙钛矿其中一种或多种。
优选的，所述分切芯片层的顶面和底面设置有封装胶膜层。
优选的，所述顶板玻璃层、背板玻璃层、封装胶膜层至少其中一种为带彩色层。
优选的，所述封装胶膜层顶部和底部设置丁基胶。
优选的，所述太阳能电池芯片采用太阳光模拟器选片。
优选的，所述太阳能电池芯片采用色彩度选片。
本发明还公开一种上述的采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件的制备方法，包括如下步骤：清洗、发电层制备、活化、背电极层制备、分切、激光刻蚀、选片、叠瓦、导电胶带层制备、合片、层压、接线盒安装。
优选的，上述的采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件的制备方法的具体步骤如下：
S1清洗
对顶部玻璃层、TCO层、顶板玻璃层、背板玻璃层进行清洗；
S2发电层制备
在TCO层的表面沉积一层半导体的发电层；
S3活化
将S2步骤处理后的发电层进行活化处理后得到芯片主件；
S4背电极层制备
将S3步骤处理后的发电层表面进行磁控溅射镀膜处理；
S5分切
将S4步骤处理后的芯片主件分切为规则尺寸的分切芯片；
S6激光刻蚀
用激光将经S5处理后的分切芯片刻蚀；
S7选片
根据芯片功率需求选择分切芯片进行组装；
S8叠瓦
在顶板玻璃层上铺设封装胶膜层，将选择好的分切芯片按规定排列方式组合在一起，放置于胶膜表面，得到分切芯片层；
S9导电胶带层制备
用导电胶带、铜带将芯片进行串、并联组合，得到导电胶带层将电流引出；
S10合片
在分切芯片层背面铺设封装胶膜层，盖合背板玻璃层得到初品；
S11层压
用层压机对经S10处理后的初品进行层压；
S12接线盒安装
导电胶带层与接线盒相接，得到薄膜太阳能电池组件。
优选的，经步骤S12处理后的薄膜太阳能电池组件进行功能测试、高压检测、湿漏电检测。
优选的，S2步骤采用近空间升华法制备发电层。
本发明的有益效果是：
1、本发明的薄膜太阳能电池组件实现了组件的尺寸、色彩定制；
2、本发明的薄膜太阳能电池组件提高了产品良率>94％；
3、本发明的薄膜太阳能电池组件大幅降低对真空设备的要求；
4、本发明的薄膜太阳能电池组件降低了对激光设备的精度要求；
5、本发明的薄膜太阳能电池组件采用三夹胶玻璃，组件强度更高；
6、本种叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件可以使组件具有较高的强度，耐高温高湿环境，抗光老化等特性，且能够根据设计要求生产出不同形状、不同尺寸的组件，在良品率、美观性上都具备良好的性能，并且尺寸和功率都可以进行适应性的调整。
附图说明
图1为本发明一种优选实施例的采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件的剖视图；
图2为为本发明一种优选实施例的采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件分切芯片层的剖视图；
具体的附图标记为：
1顶板玻璃层；2分切芯片层；3背板玻璃层；4封装胶膜层；21顶部玻璃层；22TCO层；23发电层；24背电极层；25导电胶带层。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种对真空镀膜设备和串联工艺要求低、良品率高、吸收效果好的采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件及其制备方法。
如图1所示，本发明的采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件，包括依次层叠的顶板玻璃层1、分切芯片层2、背板玻璃层3；所述分切芯片层2为太阳能电池芯片交替叠拼制备而成低电压的分切芯片层2。所述分切芯片层2包括依次层叠的顶部玻璃层21、TCO层22、发电层23、背电极层24、导电胶带层25。
本发明的原料选择为(0.7-1.5mm)TCO玻璃，5N半导体原材料，1.6mm钢化前板/1.6mm背板玻璃，EVA/POE/PVB封装胶膜。
所述发电层23的材质为碲化镉、铜铟镓硒、钙钛矿其中一种或多种。
所述分切芯片层2的顶面和底面设置有封装胶膜层4。
所述顶板玻璃层1、背板玻璃层3、封装胶膜层4至少其中一种为彩色层。
所述封装胶膜层4顶部和底部设置丁基胶。
所述太阳能电池芯片采用太阳光模拟器选片。
所述太阳能电池芯片采用色彩度选片。
本发明还公开一种上述的采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件的制备方法，包括如下步骤：清洗、发电层23制备、活化、背电极层24制备、分切、激光刻蚀、选片、叠瓦、导电胶带层25制备、合片、层压、接线盒安装。
上述的采用叠拼技术制备的薄膜太阳能电池组件的制备方法的具体步骤如下：
S1清洗
对顶部玻璃层21、TCO层22、顶板玻璃层1、背板玻璃层3进行清洗；
S2发电层23制备
在TCO层22的表面沉积一层半导体的发电层23；
S3活化
将S2步骤处理后的发电层23进行活化处理后得到芯片主件；
S4背电极层24制备
将S3步骤处理后的芯片主件表面进行磁控溅射镀膜处理；
S5分切
将S4步骤处理后的芯片主件分切为规则尺寸的分切芯片；
S6激光刻蚀
用激光将经S5处理后的分切芯片刻蚀；
S7选片
根据芯片功率需求选择分切芯片进行组装；
S8叠瓦
在顶板玻璃层1上铺设封装胶膜层，将选择好的分切芯片按规定排列方式组合在一起，放置于胶膜表面，得到分切芯片层2；
S9导电胶带层25制备
用导电胶带、铜带将芯片进行串、并联组合，得到导电胶带层25将电流引出；
S10合片
在分切芯片层2背面铺设封装胶膜层，盖合背板玻璃层3得到初品；
S11层压
用层压机对经S10处理后的初品进行层压；
S12接线盒安装
导电胶带层25与接线盒相接，得到薄膜太阳能电池组件。
经步骤S12处理后的薄膜太阳能电池组件进行功能测试、高压检测、湿漏电检测。
S2步骤采用真空镀膜技术制备发电层23。
本发明的薄膜太阳能电池组件的制备方法中，所有镀膜设备采用中小尺寸的高速真空镀膜设备；
本发明的薄膜太阳能电池组件的制备方法中，根据组件的需求设计电池芯片尺寸，然后分切，分切要根据组件需求设计分切面积；
本发明的薄膜太阳能电池组件的制备方法中，双强化玻璃/双胶膜“三明治”封装，组件的颜色可以是彩色的顶部玻璃层21或者背板玻璃层3、彩色的封装胶膜层实现定制化需求；
本发明的薄膜太阳能电池组件的制备方法中，叠瓦工艺可以采用导电胶带层25、导电胶实现；
本发明的薄膜太阳能电池组件的制备方法中，激光设备采用固体精度在刻线精度在0.1mm级的绿光激光设备；
本发明的薄膜太阳能电池组件的制备方法中，封装胶膜层可以在边缘加丁基胶或者不加；
本发明的薄膜太阳能电池组件的制备方法中，选片步骤可以采用太阳光模拟器进行选片，根据其电学参数进行分档，也可以根据其色彩进行分选；
本发明的薄膜太阳能电池组件的制备方法中，导电胶带层25制备中芯片串联采用焊接串联。
实施例一
本实施例的薄膜太阳能电池组件，采用如下制备方法：
清洗、发电层23制备、活化、背电极层24制备、分切、激光刻蚀、选片、叠瓦、导电胶带层25制备、合片、层压、接线盒安装、成品检测。
S1清洗
用25℃纯水分别对顶部玻璃层21、TCO层22、顶板玻璃层1、背板玻璃层3进行清洗；
S2半导体的发电层23镀膜制备
采用近空间升华法在TCO层22表面沉积一层半导体的发电层23；发电层23的材质为碲化镉；
S3活化
在镀膜后在400-450℃对半导体的发电层23进行薄膜活化处理；
S4背电极层24制备
对芯片进行CuCl2掺杂处理，再在其发电层23表面进行磁控溅射镀膜处理，得到背电极层，优选为Mo材质；
S5分切
将芯片初品分切为规则大小尺寸的分切芯片；
S6激光刻蚀
用激光将分切芯片刻蚀为小节电池；
S7选片
根据芯片功率需求选择分切芯片进行组装；
S8叠瓦
在顶面玻璃1上铺设一层封装胶膜4，将选择好的分切芯片按规定排列方式组合在一起，放置于胶膜表面，得到分切芯片层2；
S9导电胶带层25制备
引流条铺设，用导电胶带层25、铜带将分切芯片进行串、并联组合，将电流引出；
S10合片
在分切芯片背面铺设一层封装胶膜4，盖上背板玻璃3；
S11层压
用层压机将合好的电池进行层压(高温下，封装胶膜熔化)；
S12接线盒安装
在引流条工装位置安装接线盒，得到薄膜太阳能电池组件成品；
S13成品检测
对电池组件进行功能测试、高压检测、湿漏电检测等。
实施例二
清洗、半导体层镀膜、活化、背接触/电极制备、分切、激光刻蚀、选片、叠瓦、引流条铺设、合片、层压、接线盒安装、成品检测。
S1清洗
用25℃纯水分别对TCO玻璃、顶面玻璃、背板玻璃进行清洗；
S2半导体的发电层23制备镀膜
S2半导体的发电层23镀膜制备
采用近空间升华法在TCO层22表面沉积一层半导体的发电层23；发电层23的材质为碲化镉；
S3活化
在镀膜后在400-450℃对半导体的发电层23进行薄膜活化处理；
S4背电极层24制备
对芯片进行CuCl2掺杂处理，再在其发电层23表面进行磁控溅射镀膜处理，得到背电极层，优选为Mo材质；
S5分切
将电池芯片分切成异性(成品组件可拼接)；
S6激光刻蚀
用激光将芯片刻蚀为小节电池；
S7选片
根据芯片功率需求选择分切芯片进行组装；
S8叠瓦
在顶面玻璃1上铺设一层封装胶膜4，将选择好的分切芯片按规定排列方式组合在一起，放置于胶膜表面，得到分切芯片层2；
S9导电胶带层25制备
引流条铺设，用导电胶带层25、铜带将芯片进行串、并联组合，将电流引出；
S10合片
在芯片背面铺设一层封装胶膜4，盖上背板玻璃3；
S11层压
用层压机将合好的电池进行层压(高温下，封装胶膜熔化)；
S12接线盒安装
在引流条工装位置安装接线盒，得到薄膜太阳能电池组件成品；
S13成品检测
对电池组件进行功能测试、高压检测、湿漏电检测等。
将实施例一和二中的薄膜太阳能电池组件和现有的薄膜太阳能电池组件进行参数比对，具体见下表。
从上表我们可以得知，本发明的薄膜太阳能电池组件在良品率、美观性上都具备良好的性能，并且尺寸和功率都可以进行适应性的调整，比现有的电池更具优势。
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 (10)
1.一种薄膜太阳能电池组件，其特征在于：包括依次层叠的顶板玻璃层、分切芯片层、背板玻璃层；所述分切芯片层为太阳能电池芯片交替叠拼制备而成低电压的分切芯片层；所述分切芯片层包括依次层叠的顶部玻璃层、TCO层、发电层、背电极层、导电胶带层。
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：所述发电层的材质为碲化镉、铜铟镓硒、钙钛矿其中一种或多种。
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：所述分切芯片层的顶面和底面设置有封装胶膜层。
4.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池组件，其特征在于：所述顶板玻璃层、背板玻璃层、封装胶膜层至少其中一种为彩色层。
5.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池组件，其特征在于：所述太阳能电池芯片采用太阳光模拟器选片。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池组件，其特征在于：所述太阳能电池芯片采用色彩度选片。
7.一种权利要求1-6任一项所述的薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：清洗、发电层制备、发电层活化、背电极层制备、分切、激光刻蚀、选片、叠瓦、引流条铺设、合片、层压、接线盒安装、成品检测。
8.根据权利要求7所述的薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：具体步骤包括：
S1清洗
对顶部玻璃层、TCO层、顶板玻璃层、背板玻璃层进行清洗；
S2发电层制备
在TCO层的表面沉积一层半导体的发电层；
S3活化
将S2步骤处理后的发电层进行活化处理后得到芯片主件；
S4背电极层制备
将S3步骤处理后的发电层表面进行磁控溅射镀膜处理，制备得到背电极层；
S5分切
将S4步骤处理后的芯片主件分切为规则尺寸的分切芯片；
S6激光刻蚀
用激光将经S5处理后的分切芯片刻蚀；
S7选片
根据芯片功率需求选择分切芯片进行组装；
S8叠瓦
在顶板玻璃层上铺设封装胶膜层，将选择好的分切芯片按规定排列方式组合在一起，放置于胶膜表面，得到分切芯片层；
S9导电胶带层制备
用导电胶带、铜带将芯片进行串、并联组合，得到导电胶带层将电流引出；
S10合片
在分切芯片层背面铺设封装胶膜层，盖合背板玻璃层得到初品；
S11层压
用层压机对经S10处理后的初品进行层压；
S12接线盒安装
导电胶带层与接线盒相接，得到薄膜太阳能电池组件。
9.根据权利要求8所述的薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：经步骤S12处理后的薄膜太阳能电池组件进行功能测试、高压检测、湿漏电检测。
10.根据权利要求9所述的薄膜太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：S2步骤采用真空镀膜法制备薄膜发电层。
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