CN113421936A - 一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池叠层内部子电池串接部位小型化结构，属于非晶硅薄膜太阳能电池应用技术领域。主要技术特征整个光电转换层上由激光点振动形成的孔状窗口，前电极图形和背电极图形的电极引出点和隔离槽，构成弱光型硅薄膜太阳能电池内部子电池串接部位小型化，减小了无效发电面积，提高了发电面积和对外输出功率，从而提高了光电转换率。积极效果激光刻蚀前电极取代化学腐蚀前电极，消除了化学腐蚀前电极导电玻璃对环境的污染隐患，使生产工艺过程更加环保。
Description
技术领域
本发明公开了一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池叠层内部子电池串接部位小型化结构，属于非晶硅薄膜太阳能电池应用技术领域。
背景技术
本发明最接近的现有技术，如：中国专利公开号：CN102931270B《一种弱光型非晶硅太阳能电池及其制造方法》公开了一种非晶硅太阳能电池在光电转换层的P层和I层之间设置过渡层和和缓冲层；可调节过渡层碳合金比例扩宽表观带穴，以减少光电转换层P型窗口与缓冲层界面处的光生载流子复合，可使开路电压提升3-6%，制造成本较高。中国专利公开号：CN104600148B《一种非晶硅薄膜太阳能电池及制造方法》公开了PIN光电转换层完全覆盖在前电极图形ITO透明导电膜层上，引出铜浆电极覆盖在背漆保护层开口处的背漆面和碳浆电极面上，解决了PIN膜层、背电极膜层脱落及漏电流问题。中国专利公开号：CN106340548B《一种弱光型非晶硅薄膜太阳能电池及其制造工艺》，公开了薄膜太阳能电池背电极层制成两层复合导电浆料膜层，第二导电浆料膜层通过光电转换层的隔离沟槽与前电极欧姆连接。解决了电池内部串联电阻内耗。根据市场对非晶硅薄膜太阳能电池的不同功能要求,细分为弱光型和强光型两种类型。本申请发明人对薄膜非晶硅太阳能电池行业，一直不间断地进行技术创新和研发，积累经验，追求产品性价比最大化。
发明内容
至此，通过对现有技术的分析、比较，仍然存在不足，需要技术创新，克服现有弱光型非晶硅薄膜太阳能电池的光电转换层材料利用率低的技术难题，亟待需要解决光电转换最大化的技术难题（说明：本文中常用电极图形或电极层、基片或基底等，其技术含义相同）。
本发明的目的，进一步解决弱光型非晶硅薄膜太阳能电池子电池串联结构的创新设计，特别是关键技术光电转换层的窗口设计，以达到太阳能电池内部串接部位小型化，节约材料，同时增效。
本发明目的还在于，采用精细加工技术，缩小前电极隔离槽的宽度,减少污染。采用内部套位加工背电极，消除前电极、背电极联接所产生的叠加无效区等，增加光电转换输出能量。
为实现本发明目的，所采用的技术解决方案是：一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池，主要由子电池串联成单元子电池节构成，其技术特征在于所说单元子电池，包括激光加工形成的前电极图形及隔离槽；激光穿透光电转换层形成的孔状窗口；还包括背电极图形的电极引出点和隔离槽，构成所说叠层电池内部子电池串接部位的小型化。
本发明优选解决方案的技术特征还在于光电转换层的孔状窗口，由激光穿透光电转换PIN膜层形成的通孔分布在整个非晶硅膜层上与前电极图形对应，以减小弱光型在内的非晶硅薄膜太阳能电池的无效发电面积，相当于提高弱光硅薄膜太阳能电池的有效发电面积。
本发明优选技术解决方案，激光刻除导电基片或导电玻璃膜层形成的绝缘线，构成前电极图形及隔离槽，包括单元子电池节的前电极图形及隔离槽。前电极图形的隔离槽为绝缘直线，背电极图形的隔离槽为绝缘多角折线，且前电极图形的绝缘隔离槽的宽度小于背电极图形的绝缘隔离槽的宽度。具体前电极图形绝缘隔离槽的宽度为0.02mm~0.1mm；背电极图形绝缘隔离槽的宽度为0.2~0.4mm。光电转换层的孔状窗口，由激光点振动穿透光电转换PIN层形成串联子电池节的电极小孔，面积为0.05mmX0.5mm至0.2mmX1mm范围内。
采用红外激光刻导电膜层，形成前电极图形的绝缘隔离槽，该隔离槽宽度为0.03mm。
通过激光点振动在PIN层刻点，形成的窗口面积为0.08mm*1mm，相对减小了串联非晶硅层子电池间无效窗口的面积。
在光电转换层上丝印背电极图形，其隔离槽中心与前电极图形的隔离槽中心重合。前电极图形的导电膜层为氧化铟锡，采用绿色激光,波长为532nm、电流为10A、频率为5~10kHz。
由背电极的绝缘隔离槽构成单元子电池节的背电极图形，其中单元子电池的每个电极引出点为凸形，该背电极的凸形电极引出点全覆盖光电转层的孔状窗口。
前电极导电膜层为氧化铟锡，可采用绿色激光,波长为532nm、电流为10A、频率为5~10kHz刻除氧化铟锡膜层。
本发明产生的积极效果：通过对弱光硅薄膜太阳能电池前电极刻槽、对非晶硅层激光刻点，及背电极图形中导电碳浆的设计，使弱光型硅薄膜太阳能电池内部子电池串接部位小型化，减小了无效发电面积，提高了发电面积和对外输出功率，从而提高了光电转换率。激光刻蚀前电极取代化学腐蚀前电极，消除了化学腐蚀前电极导电玻璃对环境的污染隐患，使生产工艺过程更加环保。
附图说明
图1：本发明的叠层结构爆炸示意图。
图2：已知技术1丝印前电极图形的结构示意图。
图3：已知技术2激光刻划前电极图形的结构示意图。
图4：本发明实施例1的结构示意图。
图5：是图4中的A-A剖面示意图。
图6：本发明实施例2的结构示意图。
图7：本发明实施例3的结构示意图。
图8：本发明实施例4的结构示意图。
图9：本发明实施例1的加工工艺流程框图。
图中，玻璃基片1、前电极图形2、前电极图形中的隔离槽2-1、光电转换层3、孔状串联窗口3-1、激光刻划的光电转换隔离槽3-2、背电极图形4、正极引出点4-1、凸点4-2，、背电极的隔离槽4-3，5、背保护层，6、引出电极，7、有效发电面积，8、组合叠层。
具体实施方式
本发明实施例1至4与已知技术有效发电面积的对比。都以市场销售产品型号为SC1230I弱光型非晶硅薄膜光伏电池为例。电池尺寸为12mmX30mm，额定输出电压为2V，每块电池共四个电池单元串联，玻璃基片1选用厚度1.1mm，尺寸为14x16英寸的低铁超白玻璃，前电极层2为氧化铟锡（ITO），光电转换层3为非晶硅，背电极层4为碳浆，背电极保护层5为环氧树脂，引出电极6为铜浆，设计在每块玻璃基片1上可排布 272块电池。
如图2所示已知技术1采用丝印前电极层的各层图形的设计尺寸以及各层组合叠层在一起的有效发电面积尺寸，为了达到每节电池的有效发电面积一致，前电极层的隔离槽2-1的宽度为0.3mm，将前电极层分为四个单元节，宽度分别为7.28mm、6.98mm、6.98mm、7.28mm，光电转化层3采用激光刻槽的方法，其隔离槽3-2宽度为0.03mm，将光电转换层范围五个单元节，每个单元节宽度为1mm、7.28mm、7.28mm、7.28mm、7.18mm，背电极层4的隔离槽4-3的宽度为0.4mm，将背电极层分成五个单元节，每个单元节的宽度为0.8mm、6.88mm、6.88mm、6.88mm、5.78mm。见图2本发明的各层设计尺寸及组合叠层8中可以看出，其有效发电面积7为5.78X10.8=62.424mm2。
如图3所示，是已知技术2采用激光刻划前电极层的各层图形的设计尺寸以及各层组合叠层在一起的有效发电面积尺寸，为了达到每节电池的有效发电面积一致，前电极层2采用激光刻槽方法，其隔离槽2-1的宽度为0.03mm，将前电极层分为四个单元节，宽度分别为7.8mm、7.2mm、7.2mm、7.8mm，光电转化层3采用激光刻槽的方法，其隔离槽3-2宽度为0.03mm，将光电转换层范围五个单元节，每个单元节宽度为1mm、7.2mm、7.2mm、7.2mm、7.4mm，背电极层4的正极焊接点4-1为长条形，宽度为0.8mm，长度为10.8mm，背电极层4的隔离槽4-3的宽度为0.4mm，将背电极层分成五个单元节，每个单元节的宽度为0.8mm、6.8mm、6.8mm、6.8mm、6mm，从图3中的各层设计尺寸及组合叠层8可以看出，其有效发电面积7为6X10.8=64.8mm2。
实施例1 如图4、5所示，本实施例的前电极层2的前电极层隔离槽2-1槽宽为0.03mm，每单元节宽度分别为7.65mm、7.35mm、7.35mm、7.65mm，光电转换层3的四个孔状串联窗口3-1尺寸为0.2mmX0.6mm，第一个孔状串联窗口位于边缘1mmX1.15mm，四个串联窗口间距分别为7mm、7.35mm、7.35mm，背电极层4的碳浆隔离槽4-3宽0.6mm，四节宽度均为6.75mm，正极引出点4-1的尺寸为1mmX1.7mm，凹陷的尺寸为1.6mmX1.7mm，从图4中各层设计尺寸及各层组合叠层8可以看出，本实施例1的有效发电面积7为：6.75X10.8-1.6x1.7=70.18mm2。
本实施例1的制作过程如下：第一步：采用磁控溅射方法在玻璃基片1上镀前电极层1的ITO透明导电膜。
第二步：将镀好前电极层2的玻璃清洗后，用波长1064nm、电流25A、频率20kHz的红外激光刻划前电极层隔离槽2-1，槽宽为0.03mm，前电极层隔离槽2-1位于背电极层隔离槽4-3的中间，将每一块电池的前电极层分为四节，每节宽度分别为7.65mm、7.35mm、7.35mm、7.65mm。
第三步：刻好前电极层隔离槽2-1后通过超声清洗后，再将该玻璃基片1其放入独特配方的清洗液中进行超声清洗，清洗液重量配比为水:清洗物质=1450:6.5，超声清洗80分钟，溶液温度控制在45~60摄氏度，之后用自动清洗机和纯水进行后清洗，并经风刀吹干待用。
第四步：将第三步清洗后的玻璃基片1，装入沉积夹具中并放入真空室中采用等离子体化学气相沉积法进行光电转换层3的PIN非晶硅膜沉积，其中P层非晶硅采用特殊沉积工艺参数和原料气体流量配比，流量配比为：三甲基硼烷:甲烷:硅烷:氢气=1：（3~7）：（8~12）：（2~3），沉积温度200~250摄氏度，沉积压力50~70Pa，放电功率80~90W，沉积时间85~95秒。
第五步：沉积光电转换层3后采用波长为532nm、电流10A、频率5-10kHz的绿色激光对光电转换层3非晶硅膜刻划四个尺寸为0.2mmX0.6mm的孔状串联窗口3-1，孔状串联窗口3-1位于对应设计好尺寸位置，第一个孔状串联窗口3-1位于边缘1mmX1.15mm，四个孔状串联窗口3-1间距分别为7mm、7.35mm、7.35mm。
第六步：刻好孔状串联窗口3-1后，采用中心对位法丝印背电极层4碳浆，背电极层4包括正极焊接点4-1和四节包含凸点4-2和对应凹陷的矩形，碳浆隔离槽4-3宽0.6mm，隔离槽4-3为三折90度折线，隔离槽将背电极层分为四节，四节宽度均为6.75mm，正极焊接点4-1尺寸为1mmX1.7mm，覆盖孔状串联窗口3-1的凸点4-2尺寸为1mmX1.7mm，固化温度控制在145~155摄氏度，固化时间为55~65分钟。
第七步：烘干后，丝网印刷环氧树脂背保护层5并烘干固化，固化温度控制在135~145摄氏度，固化时间为40分钟，以消除漏电和电压不稳定隐患，背漆保护层比背电极层4四周大1mm，目的使背漆保护层5能可靠地覆盖背电极层4，在背保护层4上开有电极引出开口，其中正极开口和正极焊接点4-1对应，另一个开口位于另一边。
第八步：在背保护层的电极引出开口处丝网印刷引出电极6的铜浆，并烘干固化形成铜浆电极6，分两步进行固化，首先在75~85摄氏度下恒温75~85分钟，然后再升高温度至145~155摄氏度，恒温35~45分钟对背漆进行固化，固化后再丝印字符，固化后再丝印焊接电极铜浆。
第九步：固化后对玻璃基片1进行切割成每一块电池，然后对每一块电池进行电性能检测分类。
实施例2 如图6所示，是各层组合叠层在一起的有效发电面积尺寸，本实施例2与实施例1区别在于将孔状串联窗口3-1设计在中间部位，背电极层隔离槽4-3为五折90度折线，从图6中各层组合叠层8可以看出，本实施例2的有效发电面积7为：6.75X10.8-1.7X2.2=69.16mm2。
实施例3 如图7所示，是各叠层在一起的有效发电面积尺寸，本实施例3与实施例1区别在于将孔状串联窗口3-1分别交错设计在两边，背电极层隔离槽4-3为三折90度折线，从图7中各层组合叠层8可以看出，本实施例3的有效发电面积7为：6.75X10.8-1.6X1.7=70.18mm2。
实施例4 如图8所示，是叠层在一起的有效发电面积尺寸，本实施例4与实施例1区别在于将电池正极的孔状串联窗口3-1设计为两个，分别设计位于两边，对应背电极层的正极引出点4-2为两个，对应的背电极层第一节电池节两边为凹陷，背电极层隔离槽4-3为三折90度折线，从图8中各层组合叠层8可以看出，本实施例4的有效发电面积7为：6.7X10.8-1.6X1.7=69.64mm2。
从以上实施例1-4和已知技术对比来看，本发明的有效发电面积都大于已知技术，其中，最佳实施例1比已知技术1增加12.4%，比已知技术2增加8.3%，其它实施例最少也比已知技术1增加10.8%，比已知技术2增加6.7%。
Claims (11)
1.一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池，主要由薄膜叠层内子电池及串联成单元子电池节构成，其技术特征在于所说单元子电池，包括：前电极图形及隔离槽；光电转换层的孔状窗口；及背电极图形电极引出点和隔离槽；构成以上所说叠层内子电池串接部位的小型结构。
2.根据权利要求1所述一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池，其技术特征在于所说的光电转换层的孔状窗口，是激光点振动穿透PIN膜层的通孔，该窗口分布在整个非晶硅膜层上与前电极图形相对应。
3.根据权利要求1所述一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池，其技术特征在于所说的前电极图形和隔离槽，是激光刻除基片上的导电膜层形成的绝缘线和沟槽，构成单元子电池节的前电极图形包括隔离槽。
4.根据权利要求1所述一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于所说的背电极图形，包括背电极绝缘隔离槽构成的单元子电池节，每个子电池背电极上的引出电极对应光电转换层的孔状窗口。
5.根据权利要求1或4述一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于所说的背电极图形引出电极，是单元子电池的每个电极引出点为凸形，该凸形背电极的引出点全覆盖在光电转换层的孔状窗口。
6.根据权利要求1所述一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于所说的前电极图形的隔离槽为绝缘直线，背电极图形的隔离槽为绝缘多角折线，且前电极图形的绝缘隔离槽宽度小于背电极图形绝缘隔离槽的宽度。
7.根据权利要求1或6所述一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于所说的前电极图形的绝缘隔离槽的宽度为0.02mm~0.1mm；背电极图形的绝缘隔离槽宽度为0.2~0.4mm。
8.根据权利要求1所述一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于所说的光电转换层的孔状窗口，该窗口由激光在光电转换层上的振动形成串联电极小孔，面积为0.05mmX0.5mm至0.2mmX1mm范围内。
9.根据权利要求1所述一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池的制作方法，其特征在于所说的光电转换层的孔状窗口，激光刻划，采用激光振动点刻非晶硅层，以减小子电池间串联非晶硅层的无效面积，使该面积缩小为0.08mm*1mm。
10.根据权利要求9所述一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池的制作方法，其特征在于所说的激光刻划前电极图形, 采用红外激光刻除磁控溅射沉积在基片上的导电膜层，形成前电极图形的绝缘隔离槽，该隔离槽宽度为0.03mm。
11.根据权利要求10所述一种增效型弱光非晶硅薄膜太阳能电池的制作方法，其特征在于所说的背电极图形，是在光电转换层上丝印背电极图形，其隔离槽中心与前电极图形的隔离槽中心重合。
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