CN1287471C - 硅薄膜太阳电池集成组件的制备技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅薄膜太阳电池集成组件，它的结构和制备技术，特别是具有氧化锌(ZnO)背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件及其制备技术。而ZnO背反射电极是硅薄膜太阳电池陷光结构的重要组成部分，可大幅提高电池效率。它涉及硅薄膜太阳电池集成组件的关键工艺——子电池内联集成技术，属于新型能源中薄膜太阳电池的技术领域。本发明采用掩膜蒸镀金属电极，结合湿法腐蚀ZnO的方法，实现具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池子电池的内联集成技术，最终获得硅薄膜太阳电池集成组件。该方法简单、成品率高、成本低，有利展示硅薄膜太阳电池低成本的优势。是一个结构设计思想巧妙的制备技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅薄膜太阳电池集成组件，它的结构和制备技术，特别是具有氧化锌(ZnO)背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件极其制备技术。
能源是一个国家能得以发展的动力。在化石能源日益趋于枯竭的时代，新型可替代能源的研究，将是能使国民经济持续发展的保障和显示国力的标志。本发明涉及一种具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件制备技术，可以提高太阳电池的光电转换效率和成品率，降低成本，属于新能源中薄膜太阳电池的技术领域。
背景技术
光伏发电将可能成为21世纪电力工业的组成部分，对缓解能源危机和改善生态环境均具有重要意义。目前，光伏产品主要分为体硅电池和薄膜太阳电池。其中，体硅电池占据将近90％的太阳电池市场份额；其余，主要为非晶硅薄膜太阳电池产品。但对目前太阳电池产业来说，作为原材料的硅，在供应上越来越紧张。
硅薄膜电池除具有省材、低能耗、便于大面积连续生产等低成本优势外，还具有原材料丰富、无毒、无污染，能耗最低等优点，因而成为国际上研究最多，唯一实现大规模产业化生产的薄膜太阳电池。但非晶硅电池存在效率较低、稳定性需要改进的问题。
薄膜微晶硅既具有硅基薄膜太阳电池制备工艺简单、便于大面积连续化生产等优点，更具有晶体硅带隙小、稳定性高的特点，是制备薄膜太阳电池的理想材料，被认为是硅薄膜电池下一代的技术，成为实现高效低成本硅薄膜太阳电池的重要技术途径。薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池，即以非晶硅为顶电池，以微晶硅为底电池的叠层电池，是目前获得高效率高稳定性硅基薄膜太阳电池的最佳途径。这是因为，叠层电池的非晶硅子电池的本征吸收层较原来的单结电池的吸收层薄，可以抑制S-W效应的作用，大大提高电池的稳定性；以微晶硅为底电池可以将硅基薄膜太阳电池的红光响应边由非晶硅电池的1.7eV扩展到微晶电池的1.1eV，大大提高电池对太阳光的光谱收集范围。因此，薄膜非晶硅/微晶硅叠层电池，是目前国内外研究的热点方向。
现国际上主要采用甚高频等离子增强化学气相沉积(VHF-PECVD，激发频率13.56-100MHz)或射频高压等离子增强化学气相沉积(RFHP-PECVD，激发频率13.56MHz，气压1.0Torr以上)技术制备非晶硅和微晶硅材料。非晶硅、微晶硅、非晶/非晶硅叠层及非晶/微晶硅(多晶)叠层电池，整体制备工艺路线兼容，只是有源层的制备技术存在差别。这里我们提出一种适于所有pin型具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件制备技术，为产业化奠定基础。
发明内容
制备大面积集成电池组件是实现硅薄膜太阳电池大规模产业化生产的基础。为此，我们提出一种具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件制备技术，目的在于提高光电转换效率和成品率，降低生产制造成本。
本发明的技术构成为：本发明采用掩膜蒸镀金属电极，结合湿法腐蚀ZnO的方法，实现具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池子电池的内联集成技术，最终获得硅薄膜太阳电池集成组件。
本发明具体的技术方案：硅薄膜太阳电池集成组件，其特点在于：外形是长方薄板形的，玻璃衬底上是透明导电薄膜，透明导电薄膜上是硅薄膜电池，硅薄膜电池上是金属电极。
硅薄膜太阳电池集成组件的制备工艺，它包括下述工艺流程：
(1)透明导电薄膜TCO基片切割：将带有SnO2、ZnO等透明导电薄膜的玻璃切割为适当尺寸的衬底；
(2)TCO基片清洗：将切割好的TCO衬底，采用专用电子清洗液，清洗；
(3)TCO基片前电极激光划线：采用YAG激光器，对切割好的TCO衬底，进行激光划线；
(4)硅薄膜电池制备：采用等离子增强化学气相沉积RF-PECVD技术，沉积pin型硅薄膜电池；
(5)制备氧化锌ZnO背电极：采用金属有机化学气相沉积或溅射方法，制备ZnO背电极；
(6)硅薄膜电池激光划线：采用YAG激光器，对硅薄膜电池进行激光切割；
其特点在于：
(7)Ag、Al或其它金属及其复合背电极：采用掩模板下的真空蒸镀方式获得；
(8)腐蚀ZnO：以蒸镀的金属电极为掩模，由水与酸混合形成的腐蚀液体，采用湿法腐蚀工艺，腐蚀蒸镀的金属电极间及以外的ZnO。
激光切割只用于TCO和硅薄膜太阳电池的激光划线；金属背电极采用掩膜蒸镀技术获得；采用湿法腐蚀工艺，去除金属背电极间及其以外的ZnO，从而形成子电池的内联集成。
本发明的有益效果是：采用本发明的针对具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件制备技术路线，一方面解决了具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池子电池的内联集成问题；另一方面该工艺路线简单、易行，成品率高、电池效率高、成本低，有利展示硅薄膜太阳电池低成本的优势。是一个结构设计思想巧妙的制备技术。
附图说明
图1具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件制备工艺流程。
图2(a)带有透明导电薄膜玻璃衬底
图2(b)激光切割透明导电薄膜
图2(c)在激光切割透明导电薄膜上生长硅薄膜电池
图2(d)在图2(c)基础上生长ZnO背反射电极
图2(e)激光切割硅薄膜电池及其ZnO薄膜
图2(f)在图2(e)上生长金属电极
图2(g)湿法腐蚀金属电极以外的ZnO薄膜
图3大面积集成型硅薄膜电池组件俯视示意图
图4硅薄膜电池封装示意图
图5(a)带有透明导电薄膜玻璃衬底
图5(b)激光切割透明导电薄膜
图5(c)在激光切割透明导电薄膜上生长硅薄膜电池
图5(d)激光切割图5(c)沉积的硅薄膜电池
图5(e)在图5(d)上生长金属电极
图5(f)由激光器将图5(e)上生长金属电极连同硅薄膜电池一起切割其中：1.玻璃。2.透明导电薄膜(TCO)。3.激光切割TCO槽。4.硅薄膜电池。5.ZnO薄膜。6.激光切割硅薄膜电池槽。7.金属电极。8.子电池。9.带有硅薄膜集成电池的玻璃基板。10.EVA膜。11.背封装玻璃。12.激光切割硅薄膜电池槽。13.激光切割金属电极槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1示出一种具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件制备工艺流程。
(1)TCO基片切割：将带有SnO2、ZnO等透明导电薄膜(TCO)的玻璃切割为适当尺寸的衬底。
(2)TCO基片清洗：将切割好的TCO衬底，采用专用电子清洗液，清洗，如图2(a)所示。
(3)TCO基片前电极激光划线：采用YAG激光器。对切割好的TCO衬底，进行激光划线，如图2(b)所示。
(4)硅薄膜电池制备：采用RF-PECVD技术，沉积pin型硅薄膜电池。采用激发频率为13.56MHz-100MHz。所用沉积气体为硅烷、氢气、磷烷、硼烷、三甲基硼、甲烷等。非晶硅电池结构为：p层/buffer层/非晶i层/n层。微晶硅电池结构为：p层/微晶i层/n层。非晶硅/非晶硅叠层电池结构为：p层/buffer层/非晶i层/n层/p层/buffer层/非晶i层/n层。非晶硅/微晶硅(多晶)叠层电池结构为：p层/buffer层/非晶i层/n层/p层/buffer层/微晶(多晶)i层/n层。如图2(c)所示。
(5)ZnO背电极：采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或溅射方法，制备ZnO背电极，如图2(d)所示。
(6)硅薄膜电池激光划线：采用YAG激光器，对硅薄膜电池进行激光切割，如图2(e)所示。
(7)Ag、Al或其它金属及其复合背电极：采用掩模板下的真空蒸镀方式获得，如图2(f)所示。
(8)腐蚀ZnO：以蒸镀的金属电极为掩模，由水与酸混合形成的腐蚀液体，采用湿法腐蚀工艺，腐蚀蒸镀的金属电极间及以外的ZnO，如图2(g)所示。
(9)叠层电池引线连接：电池封装前，先将正、负电极引出。
(10)电池封装：采用EVA膜(乙烯-醋酸乙烯共聚物膜)双玻璃封装方式。固化温度120-160℃。太阳电池双玻璃封装结构的示意图如图4所示。
本发明的硅薄膜太阳电池集成组件制备技术，是专门用于解决具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件的工艺技术路线，是形成集成电池中子电池内联集成的有效途径。对于没有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件，一种方法是分三次通过YAG激光器分别切割TCO(如图5(b))、硅薄膜电池(如图5(d))和背电极(如图5(f))，从而形成硅薄膜太阳电池集成组件的子电池的内联集成；另一种方法是对于前述方法的金属背电极不采用激光切割，而通过掩膜蒸镀方式，直接将子电池的金属电极分开，从而减少一次激光切割。
在具有ZnO背反射电极的情况下，对于后一种方法，子电池间仍有ZnO连接，造成集成电池失效；对于前一种方法，将增大激光切割背电极难度。但ZnO/金属背反射电极是硅薄膜太阳电池陷光结构的重要组成部分，可大幅提高电池效率。为提高电池效率，降低成本，采用ZnO/金属背反射电极是重要手段。为此，我们针对具有ZnO背反射电极的硅薄膜电池，提出如图1的硅薄膜太阳电池集成组件制备工艺流程图，以及图2、图3、图4所示硅薄膜太阳电池集成组件的子电池内联集成完整工艺制备过程。
实施例
例1
在覆有SnO2的玻璃衬底上，采用硅烷、氢气、硼烷、磷烷等作为反应源气体，通过VHF-PECVD方法，辉光激发频率为60MHz，制备的非晶硅/微晶硅叠层集成薄膜太阳电池。按照本专利图1具有ZnO背反射电极的硅薄膜太阳电池集成组件制备工艺流程和图2(a)-图2(g)的具体步骤，在电池面积为100平方厘米情况下，所制备的非晶硅/微晶硅叠层集成薄膜太阳电池组件效率达到9.7％。其中，掩膜蒸镀铝电极以外的ZnO，采用由水与酸混合形成腐蚀液体，经湿法腐蚀工艺去除。
Claims (1)
1.一种硅薄膜太阳电池集成组件的制备技术，它包括下述工艺流程：
(1)透明导电薄膜TCO基片切割：将带有SnO2、ZnO等透明导电薄膜的玻璃切割为适当尺寸的衬底；
(2)TCO基片清洗：将切割好的TCO衬底，采用专用电子清洗液，清洗；
(3)TCO基片前电极激光划线：采用YAG激光器，对切割好的TCO衬底，进行激光划线；
(4)硅薄膜电池制备：采用等离子增强化学气相沉积RF-PECVD技术，沉积pin型硅薄膜电池；
(5)制备氧化锌ZnO背电极：采用金属有机化学气相沉积或溅射方法，制备ZnO背电极；
(6)硅薄膜电池激光划线：采用YAG激光器，对硅薄膜电池进行激光切割；
其特征在于：
(7)Ag、Al或其它金属及其复合背电极：采用掩模板下的真空蒸镀方式获得；
(8)腐蚀ZnO：以蒸镀的金属电极为掩模，由水与酸混合形成的腐蚀液体，采用湿法腐蚀工艺，腐蚀蒸镀的金属电极间及以外的ZnO。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20090206 Address after: Jiangnan hi tech Zone, South Ring Road, Licheng District, Quanzhou, Fujian Patentee after: Fujian Golden Sun Solar Technic Co., Ltd. Address before: Tianjin City, Wei Jin Road No. 94 Patentee before: Nankai University |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: FUJIAN JUNSHI ENERGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: NANKAI UNIV. Effective date: 20090206 |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEIJING JINGCHENG BOYANG OPTOELECTRONIC DEVICE CO. Free format text: FORMER OWNER: FUJIAN JUNSHI ENERGY CO., LTD. Effective date: 20090925 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20090925 Address after: Building 11, No. 11, Kangding street, Yizhuang economic and Technological Development Zone, Beijing Patentee after: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co.,Ltd. Address before: Jiangnan hi tech Zone, South Ring Road, Licheng District, Quanzhou, Fujian Patentee before: Fujian Golden Sun Solar Technic Co., Ltd. |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: FUJIAN APOLLO PRECISION LIMITED |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110811 Address after: 100176 building, No. 11, Kangding street, Yizhuang economic and Technological Development Zone, Beijing, 11 Co-patentee after: Apollo Precision (Fujian) Limited Patentee after: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co.,Ltd. Address before: 100176 building, No. 11, Kangding street, Yizhuang economic and Technological Development Zone, Beijing, 11 Patentee before: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210207 Address after: 101400 No.31 Yanqi street, Yanqi Economic Development Zone, Huairou District, Beijing (cluster registration) Patentee after: Beijing Huihong Technology Co., Ltd Address before: 100176 building 11, yard 11, Kangding street, Yizhuang Economic and Technological Development Zone, Beijing Patentee before: HANERGY HOLDING Group Ltd. Patentee before: APOLLO PRECISION (FUJIAN) Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211012 Address after: 101400 Yanqi Street, Yanqi Economic Development Zone, Huairou District, Beijing Patentee after: Dongjun new energy Co.,Ltd. Address before: 101400 No.31 Yanqi street, Yanqi Economic Development Zone, Huairou District, Beijing (cluster registration) Patentee before: Beijing Huihong Technology Co., Ltd |
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| TR01 | Transfer of patent right |