CN114899273B - 一种延长柔性cigs电池组件寿命并降低成本的方法 - Google Patents

一种延长柔性cigs电池组件寿命并降低成本的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114899273B
CN114899273B CN202210353776.6A CN202210353776A CN114899273B CN 114899273 B CN114899273 B CN 114899273B CN 202210353776 A CN202210353776 A CN 202210353776A CN 114899273 B CN114899273 B CN 114899273B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cigs
packaging
film
adhesive film
drying agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210353776.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114899273A (zh
Inventor
刘宽菲
任宇航
沈凯
任宇珂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Still More Photoelectric Polytron Technologies Inc
Original Assignee
Still More Photoelectric Polytron Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Still More Photoelectric Polytron Technologies Inc filed Critical Still More Photoelectric Polytron Technologies Inc
Priority to CN202210353776.6A priority Critical patent/CN114899273B/zh
Publication of CN114899273A publication Critical patent/CN114899273A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114899273B publication Critical patent/CN114899273B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/0481—Encapsulation of modules characterised by the composition of the encapsulation material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/049—Protective back sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1868—Passivation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

本发明公开了一种延长柔性CIGS电池组件寿命并降低成本的方法，用CIGS电池高碱金属掺杂技术，减少碱金属流失对CIGS芯片效率的影响，提高CIGS电池组件的长期使用的稳定性。利用柔性CIGS预封装技术实现CIGS电池的表面钝化，减少CIGS芯片对水汽的敏感度。利用复合干燥剂的封装胶膜，吸收透过封装材料中水汽，避免过饱和的水汽析出对CIGS芯片产生腐蚀，使得低成本的封装材料能够实现高成本封装胶膜的阻隔性能，从而有效降低成本。

Description

一种延长柔性CIGS电池组件寿命并降低成本的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产技术领域，特别涉及一种延长柔性CIGS电池组件寿命并降低成本的方法。
背景技术
超薄柔性铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池具有轻、柔、薄的特点，可弯曲卷绕，抗冲击性能好，能与各种形状的物体表面进行一体化集成实现自供电功能，在移动电力、便携式消费电子、穿戴式电子设备等领域具有广泛的应用前景。传统晶硅电池由于本身物理特性，只能适用于全国30%左右的分布式应用场景，主要为地面电站的开发。新一代柔性CIGS薄膜太阳能技术由于其形态和技术特性可广泛和建材及各种物体表面无缝整合，主要定位为城市及军用光伏，可达成95%以上的场景应用。充分利用柔性薄膜太阳能电池轻薄柔的特性，可和城市各种设施实现一体化结合，有效解决了当下新能源深层次应用的难点。
对于户外使用的光伏发电组件一般要求具有25年的使用寿命，且电性能衰减不低于初始功率的80%，为此对超薄柔性的封装技术提出了更高的要求。如图1所示，自然环境中的水汽、氧气、二氧化碳、紫外线等会侵蚀CIGS电池组件的部件，导致其封装材料老化、Na离子偏距流失、Mo/Ag电极氧化和TCO薄膜的腐蚀等问题，会使CIGS光电转化效率显著下降。
传统的解决方案是使用高阻隔高光透的阻隔膜作为封装前膜，一般要求在38℃-100%RH条件下具有≤1×10-4g/(㎡·day)的水汽透过率，由于该类型的高阻隔膜技术被少数的外国公司垄断，如日本三菱、美国3M公司等，因此导致柔性组件的封装成本具高不下，严重制约了柔性组件的行业的发展，因此，现阶段急需要国内突破柔性CIGS封装的科学和技术问题，实现低成本的柔性CIGS组件批量化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种延长柔性CIGS电池组件寿命并降低成本的方法，柔性CIGS电池组件的户外寿命可以大幅提升至25年以上，同时柔性组件的封装成本可以缩减至原来的1/5。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种延长柔性CIGS电池组件寿命并降低成本的方法，
（1）CIGS芯片生产：在CIGS芯片生产过程中提高碱金属的掺杂量，使得碱金属的掺杂量≥1×1017个原子/cm3；
（2）CIGS芯片预封装：CIGS芯片丝网印刷电极并串联焊接后，以CIGS芯片作为衬底，在CIGS芯片上表面采用原子层沉积、分子束外延、低温等离子体增强化学的气相沉积、高精度纳米涂布中的一种沉积钝化层；
（3）CIGS芯片封装；沉积钝化层后进行旁路二极管焊接，然后进行封装形成封装电池片，所述封装电池片的封装结构为：由上至下依次为上封装氟膜（1）、第一上封装胶膜（2）、上封装阻水膜（3）、第二上封装胶膜（4）、CIGS芯片（5）、第一下封装胶膜（6）、绝缘背板（7）、第二下封装胶膜（8）、金属箔背板（9），上封装氟膜和金属箔背板之间区域的外侧设有侧封装膜（10）。
如图2所示，CIGS晶体中碱金属含量越高，电池效率就越高。假设CIGS电池内部碱金属年流失量为1×1015个原子/cm³/年，25年的碱金属流失量为2.5×1016个原子/cm3，因此在CIGS组件户外使用时，吸收层中的碱金属含量越高，电池片的效率损失就越少。
基于上述原理我们在CIGS电池生产过程中，使碱金属的掺杂量≥1×1017/cm3，这时柔性CIGS电池碱金属流失带来的效率衰降就微乎其微了。本发明将CIGS电池用高碱金属含量掺杂，提供了预流失量，减少碱金属（如Li、Na、K、Rb、Cs）流失对CIGS芯片效率的影响，从而提高CIGS电池组件的长期使用的稳定性。
本发明使用低温原子层沉积（ALD）技术（衬底温度≤200℃）在柔性CIGS表面沉积一层3-10nm厚度的钝化层，实现对CIGS电池表面的钝化，从而减少水汽对CIGS电池PN结的性能的破坏。如图3所示，除了CIGS电池表面被完美的钝化外，使用ALD技术可以很好在CIGS的晶界处填充钝化涂层，从而有效阻隔水汽对CIGS晶界的腐蚀。其他相似低温纳米镀膜技术包括分子束外延（MBE）、低温等离子体增强化学的气相沉积（PECVD）技术、高精度纳米涂布技术也同样适用。
柔性CIGS电池组件的成本最大部分在于封装环节，因此，如何降低封装成分是降低CIGS电池组件制作成本的关键，因此，本发明改进了封装结构，增加了侧封装膜、绝缘背板、金属箔背板，并对侧漏加强使用了防水密封胶。同时，由于对户外25年水汽透过率的高要求，高阻隔性能的阻隔膜（上封装阻水膜）的成本居高不下，如何用低成本的阻隔膜实现高阻隔性能的阻隔膜的功能是本发明需要解决的问题的关键，通过技术人员的不断探索，发现在采用低成本的阻隔膜时，对第二上封装胶膜和第一下封装胶膜进行改进，添加特殊的干燥剂成分，能够不影响封装胶膜的性能，吸收低成本阻隔膜透过的多余水汽又不影响到CIGS芯片，从而大大降低了封装成本。这样可以采用低成本的1×10-3g/(㎡·day)的水汽透过率的阻隔膜整体封装，也能起到高成本的1×10-4g/(㎡·day)的水汽透过率的阻隔膜的整体封装效果。
作为优选，所述碱金属选自Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或几种。
作为优选，所述钝化层的厚度为3-10nm。
作为优选，所述钝化层的材料为Al2O3、TiO2、HfO2、ZrO2中的一种或几种，或所述钝化层的材料为Al2O3、TiO2、HfO2、ZrO2中的一种或几种与环氧类有机材料形成的复合材料，其中环氧类有机材料的占比为30-50wt%。环氧类有机材料如缩水甘油胺型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、氰酸酯树脂。
作为优选，沉积钝化层时，控制衬底温度≤200℃。
作为优选，所述第二上封装胶膜至第二下封装胶膜的层叠区域的外侧设有防水密封胶（11），防水密封胶外侧连接侧封装膜。
作为优选，所述第二上封装胶膜中添加有干燥剂，干燥剂用量为1g/m2-100g/m2。更优选干燥剂用量为25g/m2-30g/m2。
作为优选，所述第一下封装胶膜中添加有干燥剂，干燥剂用量为1g/m2-100g/m2。更优选干燥剂用量为27g/m2-50g/m2。
作为优选，所述干燥剂为分子筛干燥剂、硅胶干燥剂中的一种或两种的组合。可使用的分子筛有A型、X型、Y型。
作为优选，所述干燥剂的粒度要求：25nm~2.5μm，典型的平均孔距 2.0-3.0nm ，比表面 650-800㎡ /g，孔容0.35-0.4ml/g。
本发明的有益效果是：
用CIGS电池高碱金属掺杂技术，减少碱金属（如Li、Na、K、Rb、Cs）流失对CIGS芯片效率的影响，提高CIGS电池组件的长期使用的稳定性。
利用柔性CIGS预封装技术实现CIGS电池的表面钝化，减少CIGS芯片对水汽的敏感度。
利用复合干燥剂的封装胶膜，吸收透过封装材料中水汽，避免过饱和的水汽析出对CIGS芯片产生腐蚀，使得低成本的封装材料能够实现高成本封装胶膜的阻隔性能，从而有效降低成本。
附图说明
图1是柔性CIGS芯片封装失效原因分析图；
图2是碱金属含量与光电转换效率关系图；
图3是ALD技术沉积钝化层的示意图；
图4是本发明的封装结构示意图；
图5A是采用水汽透过率1×10-4g/(㎡·day)的上封装阻水膜和未添加干燥剂的封装胶膜形成的本发明的封装结构封装的CIGS芯片老化试验后的照片；
图5B是采用水汽透过率1×10-3g/(㎡·day)的上封装阻水膜和添加干燥剂的封装胶膜（第二上封装胶膜、第一下封装胶膜中添加，用量28g/m2）形成的本发明的封装结构封装的CIGS芯片老化试验后的照片；
图6是采用水汽透过率1×10-3g/(㎡·day)的上封装阻水膜和未添加干燥剂的封装胶膜形成的本发明的封装结构封装的CIGS芯片老化试验后的照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
总实施方案：
一种延长柔性CIGS电池组件寿命并降低成本的方法，
（1）CIGS芯片生产：在CIGS芯片生产过程中提高碱金属的掺杂量，使得碱金属的掺杂量≥1×1017个原子/cm3；所述碱金属选自Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或几种。
（2）CIGS芯片预封装：CIGS芯片丝网印刷电极并串联焊接后，以CIGS芯片作为衬底，在CIGS芯片上表面采用原子层沉积、分子束外延、低温等离子体增强化学的气相沉积、高精度纳米涂布中的一种沉积钝化层。沉积钝化层时，控制衬底温度≤200℃。所述钝化层的材料为Al2O3、TiO2、HfO2、ZrO2中的一种或几种，或所述钝化层的材料为Al2O3、TiO2、HfO2、ZrO2中的一种或几种与环氧类有机材料形成的复合材料，其中环氧类有机材料的占比为30-50wt%。
（3）CIGS芯片封装；沉积钝化层后进行旁路二极管焊接，然后进行封装形成封装电池片，所述封装电池片的封装结构为：由上至下依次为上封装氟膜（1）、第一上封装胶膜（2）、上封装阻水膜（3）、第二上封装胶膜（4）、CIGS芯片（5）、第一下封装胶膜（6）、绝缘背板（7）、第二下封装胶膜（8）、金属箔背板（9），上封装氟膜和金属箔背板之间区域的外侧设有侧封装膜（10）。所述第二上封装胶膜至第二下封装胶膜的层叠区域的外侧设有防水密封胶（11），防水密封胶外侧连接侧封装膜（图4）。
所述第二上封装胶膜中添加有干燥剂，干燥剂用量为1g/m2-100g/m2。
所述第一下封装胶膜中添加有干燥剂，干燥剂用量为1g/m2-100g/m2。
所述干燥剂为分子筛干燥剂、硅胶干燥剂中的一种或两种的组合。
封装胶膜（市售，如杭州福斯特应用材料股份有限公司）材料可选 EVA、POE、UV光学胶、TPO、EAA、TPU等，按照图4的顺序进行排列组合。使各膜层间的剥离力达到≥40N/cm的要求。
氟膜（市售）：如FEP、ETFE、PVDF、PVF等。
上封装阻水膜（高透高阻隔膜，市售）：材料可以是PI、PET、PEN等，其水汽透过率≤1×10-3g/(㎡·day)、O2透过率达到≤1×10-2g/(㎡·day)；阻隔CIGS电池组件正面水汽的侵蚀，同时具有高的光学透过率≥85%。
防水密封胶（市售）：用来阻挡边缘缝隙的水汽渗入，1mm厚度水汽透过率≤1×10- 2g/(㎡·day)，可选丁基胶。
绝缘背板：起到绝缘作用，防止CIGS电池片与金属箔背板导通导致绝缘失效。
金属箔背板：金属箔复合在塑料板上形成。金属箔的材质可选Al、Sn、Cu、Fe、不锈钢等，厚度10μm~30μm，塑料板厚度20-50μm，用于阻隔CIGS电池组件背面水汽的侵蚀，不透光。
分子筛干燥剂的技术要求：可使用的分子筛有A型、X型、Y型
A型：钾A(3A),钠A(4A),钙A(5A)；X型:钙X(10X),钠X(13X)多种类型，其中13XAPG分子筛最常用；Y型:,钠Y,钙Y。
干燥剂粒度要求：25nm~2.5μm，典型的平均孔距 2.0-3.0nm ，比表面 650-800㎡/g,孔容0.35-0.4ml/g。
CIGS芯片生产的具体方法包括如下步骤：
（1）在衬底上沉积Mo背电极；Mo背电极厚度为450-550nm。
（2）沉积铜铟镓硒光吸收层，采用3步共蒸法镀膜，镀膜的同时完成碱金属掺杂：
第一步、在Mo层上沉积碱金属前驱体（如NaF），厚度≤10nm
第二步、沉积In-Ga-Se层：将衬底温度升到300-450℃，共蒸发In、Ga、Se，沉积厚度为0.5-1.2μm，其中0.2≤Ga/(In+Ga)≤0.5；
第三步、沉积Cu-Se层：将衬底温度升高至450-650℃，共蒸发Cu、Se，沉积厚度为0.5-0.8μm，使0.95≤Cu/(In+Ga)≤1.20；接着再次沉积碱金属前驱体（如NaF），厚度介于1~10nm之间；
第四步、沉积In-Ga-Se层：保持衬底温度不变，共蒸发In、Ga、Se，沉积厚度为0.2-0.5μm，最终控制CIGS中0.82≤Cu/(In+Ga)≤0.95， 0.2≤Ga/(In+Ga)≤0.4。
第五步：第三次沉积碱金属前驱体（NaF、KF、RbF、CsF中的一种），厚度：10~30nm。
最终碱金属掺杂量≥1×1017个原子/cm3。
（3）在铜铟镓硒光吸收层上沉积CdS缓冲层；CdS缓冲层的厚度为30-70nm。
（4）在CdS缓冲层上沉积高阻i-ZnO层和ZnO:Al窗口层，形成铜铟镓硒太阳能电池；i-ZnO层和 ZnO:Al窗口层总厚度控制在110-250nm。
生产的具体细节可以参考申请人在先申请文本CN112531078A中的记载描述。
实施例1：
一种延长柔性CIGS电池组件寿命并降低成本的方法，
（1）CIGS芯片生产：在CIGS芯片生产过程中提高碱金属的掺杂量，使得碱金属的掺杂量为1×1017个原子/cm3；所述碱金属为Na。
（2）CIGS芯片预封装：CIGS芯片丝网印刷电极并串联焊接后，以CIGS芯片作为衬底，在CIGS芯片上表面采用ALD技术沉积钝化层；所述钝化层的厚度为3nm。所述钝化层的材料为Al2O3。采用ALD技术沉积钝化层时，控制衬底温度≤200℃。
（3）CIGS芯片封装；沉积钝化层后进行旁路二极管焊接，然后进行封装形成封装电池片，所述封装电池片的封装结构为：由上至下依次为上封装氟膜1（厚度 50μm的ETFE膜）、第一上封装胶膜2（厚度0.5mm的EVA膜）、上封装阻水膜3（厚度 100μm 的PET膜，1×10-3g/(㎡·day)的水汽透过率）、第二上封装胶膜4（厚度0.5mm的EVA膜）、CIGS芯片5、第一下封装胶膜6（厚度0.5mm的EVA膜）、绝缘背板7（PET，厚度0.15mm）、第二下封装胶膜8（厚度0.5mm的EVA膜）、金属箔背板9（总厚度30μm，金属箔采用10μm铝箔材料），上封装氟膜和金属箔背板之间区域的外侧设有侧封装膜10（厚度0.5mm的EVA膜）。所述第二上封装胶膜至第二下封装胶膜的层叠区域的外侧设有防水密封胶11（丁基胶，1mm厚），防水密封胶外侧连接侧封装膜（图4）。
所述第二上封装胶膜中添加有分子筛干燥剂（13X APG 分子筛），干燥剂用量为30g/m2。
所述第一下封装胶膜中添加有硅胶干燥剂，干燥剂用量为35g/m2。
实施例2：
一种延长柔性CIGS电池组件寿命并降低成本的方法，
（1）CIGS芯片生产：在CIGS芯片生产过程中提高碱金属的掺杂量，使得碱金属的掺杂量为3×1017个原子/cm3；所述碱金属为K。
（2）CIGS芯片预封装：CIGS芯片丝网印刷电极并串联焊接后，以CIGS芯片作为衬底，在CIGS芯片上表面采用ALD技术沉积钝化层；所述钝化层的厚度为10nm。所述钝化层的材料为TiO2。采用ALD技术沉积钝化层时，控制衬底温度≤200℃。
（3）CIGS芯片封装；沉积钝化层后进行旁路二极管焊接，然后进行封装形成封装电池片，所述封装电池片的封装结构为：由上至下依次为上封装氟膜1（厚度20μm的ETFE膜）、第一上封装胶膜2（厚度0.5mm的EVA膜）、上封装阻水膜3（厚度 150μm 的PET膜，1×10-3g/(㎡·day)的水汽透过率）、第二上封装胶膜4（厚度0.5mm的EVA膜）、CIGS芯片5、第一下封装胶膜6（厚度0.5mm的EVA膜）、绝缘背板7（PET，厚度0.15mm）、第二下封装胶膜8（厚度0.5mm的EVA膜）、金属箔背板9（总厚度50μm，金属箔采用20μm不锈钢箔材料），上封装氟膜和金属箔背板之间区域的外侧设有侧封装膜10（厚度0.5mm的EVA膜）。所述第二上封装胶膜至第二下封装胶膜的层叠区域的外侧设有防水密封胶11（丁基胶，1mm厚），防水密封胶外侧连接侧封装膜（图4）。
所述第二上封装胶膜中添加有硅胶干燥剂，干燥剂用量为28g/m2。
所述第一下封装胶膜中添加有分子筛干燥剂（13X APG 分子筛），干燥剂用量为30g/m2。
实施例3：
一种延长柔性CIGS电池组件寿命并降低成本的方法，
（1）CIGS芯片生产：在CIGS芯片生产过程中提高碱金属的掺杂量，使得碱金属的掺杂量为5×1017个原子/cm3；所述碱金属为Na。
（2）CIGS芯片预封装：CIGS芯片丝网印刷电极并串联焊接后，以CIGS芯片作为衬底，在CIGS芯片上表面采用ALD技术沉积钝化层；所述钝化层的厚度为6nm。所述钝化层的材料为Al2O3。采用ALD技术沉积钝化层时，控制衬底温度≤200℃。
（3）CIGS芯片封装；沉积钝化层后进行旁路二极管焊接，然后进行封装形成封装电池片，所述封装电池片的封装结构为：由上至下依次为上封装氟膜1（厚度50μm的ETFE膜）、第一上封装胶膜2（厚度0.5mm的EVA膜）、上封装阻水膜3（厚度 250μm 的PET膜，1×10-3g/(㎡·day)的水汽透过率）、第二上封装胶膜4（厚度0.5mm的EVA膜）、CIGS芯片5、第一下封装胶膜6（厚度0.5mm的EVA膜）、绝缘背板7（PET，厚度0.15mm）、第二下封装胶膜8（厚度0.5mm的EVA膜）、金属箔背板9（厚度50μm，金属箔采用15μm铝箔材料），上封装氟膜和金属箔背板之间区域的外侧设有侧封装膜10（厚度0.5mm的EVA膜）。所述第二上封装胶膜至第二下封装胶膜的层叠区域的外侧设有防水密封胶11（丁基胶，1mm厚），防水密封胶外侧连接侧封装膜（图4）。所述第二上封装胶膜中添加有分子筛干燥剂（13X APG 分子筛），干燥剂用量为27.5g/m2。
所述第一下封装胶膜中添加有分子筛干燥剂（13X APG 分子筛），干燥剂用量为27.5g/m2
。
上表所示的是不同水汽透过率的阻隔膜（上封装阻水膜），户外使用不同时间的水蒸气透过量的计算表。
当阻隔膜的水汽透过率≈1×10-4g/(㎡·day)时，不同时间的水汽透过率时最小的。这时组件的寿命最长可以达到25~35年的寿命。CIGS电池能够容忍的水汽透过量约为1g/m²。当然这个等级的阻隔膜成本较高。
当阻隔膜的水汽透过率≈1×10-3g/(㎡·day)时，水蒸气的透过率比1×10-4提高了10倍。这时柔性CIGS组件的寿命可能连5年都无法达到，就严重衰减了，这时如果在靠近CIGS电池片的胶膜（第二上封装胶膜和第一下封装胶膜）中添加分子筛或硅胶干燥剂，就可以大量的吸收透过阻隔膜的水汽，从而保护CIGS电池免于被水汽腐蚀。
对于阻隔膜的水汽透过率≈1×10-2g/(㎡·day)时，水汽透过率就是1×10-4阻隔膜的100倍了，这时通过加入干燥剂，最高可以提高组件寿命达到5年或10年以上。
加速老化试验：
加速老化测试标准依据IEC61215-2：2016，MQT 13 湿热老化试验进行，测试方法：保持组件样品在85℃，85%rh，保持1000h。
图5A 为1×10-4阻隔膜经过1000h湿热老化试验的组件图片，阻隔膜覆盖区的电池片未发生腐蚀。图5B 为1×10-3阻隔膜结合加干燥剂的胶膜（实施例2），经过1000h湿热老化试验的组件图片，阻隔膜覆盖区的电池片未发生腐蚀。图6 为1×10-3阻隔膜结合不加干燥剂的胶膜，经过1000h湿热老化试验的组件图片，阻隔膜覆盖区的电池片发生严重腐蚀，通体变成黑色。
经过上述对比，1×10-3阻隔膜结合加干燥剂的胶膜封装技术能够达到1×10-4阻隔膜的技术水平，1×10-3阻隔膜是1×10-4阻隔膜成本的五分之一左右，表明本发明的封装方案可以实现封装效果接近，封装材料的成本显著降低。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (5)

1.一种延长柔性CIGS电池组件寿命并降低成本的方法，其特征在于，
（1）CIGS芯片生产：在CIGS芯片生产过程中提高碱金属的掺杂量，使得碱金属的掺杂量≥1×1017个原子/cm3；
（2）CIGS芯片预封装：CIGS芯片丝网印刷电极并串联焊接后，以CIGS芯片作为衬底，在CIGS芯片上表面采用原子层沉积、分子束外延、低温等离子体增强化学的气相沉积、高精度纳米涂布中的一种沉积钝化层；
（3）CIGS芯片封装；沉积钝化层后进行旁路二极管焊接，然后进行封装形成封装电池片，所述封装电池片的封装结构为：由上至下依次为上封装氟膜（1）、第一上封装胶膜（2）、上封装阻水膜（3）、第二上封装胶膜（4）、CIGS芯片（5）、第一下封装胶膜（6）、绝缘背板（7）、第二下封装胶膜（8）、金属箔背板（9），上封装氟膜和金属箔背板之间区域的外侧设有侧封装膜（10）；
所述第二上封装胶膜中添加有干燥剂，干燥剂用量为1g/m2-100g/m2；所述第一下封装胶膜中添加有干燥剂，干燥剂用量为1g/m2-100g/m2；所述干燥剂为分子筛干燥剂、硅胶干燥剂中的一种或两种的组合；
所述钝化层的材料为Al2O3、TiO2、HfO2、ZrO2中的一种或几种，或所述钝化层的材料为Al2O3、TiO2、HfO2、ZrO2中的一种或几种与环氧类有机材料形成的复合材料，其中环氧类有机材料的占比为30-50wt%；
所述干燥剂的粒度要求：25nm-2.5μm，典型的平均孔距 2.0-3.0nm ，比表面 650-800㎡ /g，孔容0.35-0.4ml/g。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱金属选自Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钝化层的厚度为3-10nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沉积钝化层时，控制衬底温度≤200℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二上封装胶膜至第二下封装胶膜的层叠区域的外侧设有防水密封胶（11），防水密封胶外侧连接侧封装膜。
CN202210353776.6A 2022-04-06 2022-04-06 一种延长柔性cigs电池组件寿命并降低成本的方法 Active CN114899273B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210353776.6A CN114899273B (zh) 2022-04-06 2022-04-06 一种延长柔性cigs电池组件寿命并降低成本的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210353776.6A CN114899273B (zh) 2022-04-06 2022-04-06 一种延长柔性cigs电池组件寿命并降低成本的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114899273A CN114899273A (zh) 2022-08-12
CN114899273B true CN114899273B (zh) 2024-03-01

Family

ID=82716316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210353776.6A Active CN114899273B (zh) 2022-04-06 2022-04-06 一种延长柔性cigs电池组件寿命并降低成本的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114899273B (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101399295A (zh) * 2008-09-09 2009-04-01 上海拓引数码技术有限公司 太阳能电池背电极钝化封装方法
CN101488529A (zh) * 2008-01-16 2009-07-22 财团法人工业技术研究院 太阳能电池的钝化层结构及其制造方法
CN101768304A (zh) * 2008-12-29 2010-07-07 财团法人工业技术研究院 封装材料、硅晶太阳光电模块及薄膜太阳光电模块
CN103045110A (zh) * 2012-12-21 2013-04-17 常州天合光能有限公司 太阳能组件封装用eva胶膜及背板
CN103165712A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 台湾积体电路制造股份有限公司 用于形成太阳能电池的方法
CN103715296A (zh) * 2012-10-04 2014-04-09 信越化学工业株式会社 制造太阳能电池组件的方法
JP2015201523A (ja) * 2014-04-07 2015-11-12 旭化成株式会社 光電変換素子及びその製造方法
CN105374886A (zh) * 2014-08-28 2016-03-02 台积太阳能股份有限公司 钝化方法
JP2016051748A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 京セラ株式会社 光電変換モジュール
CN109461781A (zh) * 2018-10-15 2019-03-12 浙江尚越新能源开发有限公司 一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件
CN110265508A (zh) * 2019-07-23 2019-09-20 绵阳金能移动能源有限公司 一种高阻水柔性内联式cigs太阳能电池及其制备方法
CN210110802U (zh) * 2019-07-23 2020-02-21 绵阳金能移动能源有限公司 一种高阻水柔性内联式cigs太阳能电池
CN113540276A (zh) * 2021-07-20 2021-10-22 永臻科技（常州）有限公司 一种低水透性的柔性光伏组件及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI430462B (zh) * 2008-12-12 2014-03-11 Ind Tech Res Inst 封裝材料、矽晶太陽光電模組及薄膜太陽光電模組

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101488529A (zh) * 2008-01-16 2009-07-22 财团法人工业技术研究院 太阳能电池的钝化层结构及其制造方法
CN101399295A (zh) * 2008-09-09 2009-04-01 上海拓引数码技术有限公司 太阳能电池背电极钝化封装方法
CN101768304A (zh) * 2008-12-29 2010-07-07 财团法人工业技术研究院 封装材料、硅晶太阳光电模块及薄膜太阳光电模块
CN103165712A (zh) * 2011-12-15 2013-06-19 台湾积体电路制造股份有限公司 用于形成太阳能电池的方法
CN103715296A (zh) * 2012-10-04 2014-04-09 信越化学工业株式会社 制造太阳能电池组件的方法
CN103045110A (zh) * 2012-12-21 2013-04-17 常州天合光能有限公司 太阳能组件封装用eva胶膜及背板
JP2015201523A (ja) * 2014-04-07 2015-11-12 旭化成株式会社 光電変換素子及びその製造方法
CN105374886A (zh) * 2014-08-28 2016-03-02 台积太阳能股份有限公司 钝化方法
JP2016051748A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 京セラ株式会社 光電変換モジュール
CN109461781A (zh) * 2018-10-15 2019-03-12 浙江尚越新能源开发有限公司 一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件
CN110265508A (zh) * 2019-07-23 2019-09-20 绵阳金能移动能源有限公司 一种高阻水柔性内联式cigs太阳能电池及其制备方法
CN210110802U (zh) * 2019-07-23 2020-02-21 绵阳金能移动能源有限公司 一种高阻水柔性内联式cigs太阳能电池
CN113540276A (zh) * 2021-07-20 2021-10-22 永臻科技（常州）有限公司 一种低水透性的柔性光伏组件及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈金鑫.白光OLED照明.上海交通大学出版社,2011,201-204. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114899273A (zh) 2022-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. Development of encapsulation strategies towards the commercialization of perovskite solar cells
Niki et al. CIGS absorbers and processes
CN207320169U (zh) 一种渐变带隙的钙钛矿电池
TWI576861B (zh) 導電鋁膠及其製造方法、太陽能電池及其模組
WO2019144565A1 (zh) 薄膜太阳能电池
US20090194165A1 (en) Ultra-high current density cadmium telluride photovoltaic modules
CN101097968A (zh) 一种高效叠层太阳能电池及其制备方法
US20120017980A1 (en) Photovoltaic panel and method of manufacturing the same
JP2014207477A (ja) 基板及びそれを用いた集光能力のある素子
KR101406734B1 (ko) Na 공급 방법이 개선된 유연기판 CIGS 태양전지 및 그 제조방법
JP2013501382A (ja) バリアがコートされた薄膜光電池
CN101752453A (zh) 玻璃衬底双面铜铟镓硒薄膜太阳电池组件的制备方法
CN108172640A (zh) 一种双面发电的碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
CN220543929U (zh) 一种钙钛矿太阳能电池封装结构
KR101219835B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
JP2001094128A (ja) 太陽電池モジュール及びその製造方法
CN114899273B (zh) 一种延长柔性cigs电池组件寿命并降低成本的方法
US9362435B2 (en) Solar cell apparatus and method of fabricating the same
Pern et al. Degradation of ZnO-based window layers for thin-film CIGS by accelerated stress exposures
CN216563148U (zh) 透明导电氧化物薄膜及异质结太阳能电池
JP2013542603A (ja) 積層板構造を備えた薄膜太陽モジュール
KR20100109320A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR101455832B1 (ko) 박막 태양전지 및 그 제조 방법
EP2720279A2 (en) Solar cell substrate and solar cell using same
KR20090065894A (ko) 탠덤 구조 ｃｉｇｓ 태양전지 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant