CN213519994U - 一种薄膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种薄膜太阳能电池，属于太阳能电池器件领域。负电极层上开设有与导电玻璃玻璃层相通的第一刻线槽，第一刻线槽内填充有吸收层，吸收层上表面开设有与负电极层相通的第二刻线槽，第二刻线槽的底部位于第一刻线槽顶部的侧边，吸收层上表面设有正电极层，第二刻线槽内填充有正电极层，正电极层上开设有与吸收层相通的第三刻线槽，第三刻线槽位于第二刻线槽顶部的侧边。通过本实用新型的电池结构能够将正电极层、吸收层和负电极层通过不同的刻线槽分隔开，同时，三个刻线槽相邻，能够有效避免正负极直接接触，有效避免了电池死区短路发热的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能电池器件领域，涉及一种薄膜太阳能电池。
背景技术
太阳能是直接利用太阳光照的清洁能源，在化石能源日益枯竭以及自然环境不断恶化的今天，世界各国愈加重视太阳能的使用，不断提太阳能发电在整个发电系统的占比。通常以薄膜形式生产的太阳能电池大部分是在大尺寸的导电玻璃基底上制备而成，通过激光刻线工艺分离成有效尺寸的互连单体电池。激光划线的经典方法是在电池衬底上进行P1、P2、P3有一定位置规律的不同深度的激光划线来实现电池间的串联。该方法不可避免的会造成P1、P2、P3刻线间电池死区正负极直接接触，导致电池死区短路发热，会对太阳能电池的光电转换效率以及电池的稳定性造成不利影响。即经典的激光刻线工艺会造成电池死区的存在，死区电池正负电极直接接触，会导致死区电池短路发热。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中，激光刻线工艺会引起电池死区并导致死去电池短路发热缺点，提供一种薄膜太阳能电池。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种薄膜太阳能电池，包括导电玻璃，导电玻璃上表面设有吸收层，吸收层的上下表面分别设有正电极层和负电极层；
负电极层上开设有与导电玻璃的玻璃层相通的第一刻线槽，第一刻线槽内填充有吸收层，吸收层上表面开设有与负电极层相通的第二刻线槽，第二刻线槽的底部位于第一刻线槽顶部的侧边，吸收层上表面设有正电极层，第二刻线槽内填充有正电极层，正电极层上开设有与吸收层相通的第三刻线槽，第三刻线槽位于第二刻线槽顶部的侧边。
优选地，所述第一刻线槽、第二刻线槽和第三刻线槽的宽度均为28～32μm。
优选地，所述第一刻线槽、第二刻线槽和第三刻线槽均通过纳秒激光器进行激光刻线得到。
优选地，所述负电极层为导电氧化层或电子传输层；所述的正电极层为导电氧化层或空穴传输层。
优选地，所述吸收层为钙钛矿层，所述导电玻璃为ITO玻璃或FTO玻璃。
优选地，所述吸收层的厚度为500～700nm；所述正电极层和负电极层的厚度均为300～700nm。
优选地，所述第二刻线槽底部的一端与第一刻线槽顶部的一端连接；第二刻线槽顶部的一端与第三刻线槽底部的一端连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型公开了一种薄膜太阳能电池，负电极层上开设有与导电玻璃相通的第一刻线槽，第一刻线槽内填充有吸收层，吸收层上表面开设有与负电极层相通的第二刻线槽，第二刻线槽的底部位于第一刻线槽顶部的侧边，吸收层上表面设有正电极层，第二刻线槽内填充有正电极层，正电极层上开设有与吸收层相通的第三刻线槽，第三刻线槽位于第二刻线槽顶部的侧边。通过本实用新型的电池结构能够将正电极层、吸收层和负电极层通过不同的刻线槽分隔开，同时，三个刻线槽相邻，能够有效避免正负极直接接触，从而解决了死区短路发热的问题。
进一步地，导电玻璃选用如ITO玻璃或FTO玻璃，这些玻璃上沉积有透明导电氧化物的玻璃，能够增强制备的电池的导电性。
附图说明
图1为本实用新型薄膜太阳能电池中的导电玻璃上沉积负电极层后的电池截面结构示意图；
图2为本实用新型薄膜太阳能电池中激光P1刻线后的电池截面结构示意图；
图3为本实用新型薄膜太阳能电池中吸收层沉积后的电池截面结构示意图；
图4为本实用新型薄膜太阳能电池中激光P2刻线后的电池截面结构示意图；
图5为本实用新型薄膜太阳能电池中正电极层沉积后的电池截面结构示意图；
图6为本实用新型薄膜太阳能电池中激光P3后的电池截面结构示意图。
图7为刻线工艺中激光镜头与电池的相对位图；
其中：101-负电极层；102-导电玻璃；201-第一刻线槽；301-吸收层；401- 第二刻线槽；501-正电极层；601-第三刻线槽；701-激光镜头。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
实施例1
一种薄膜太阳能电池，包括导电玻璃102，导电玻璃102上表面设有吸收层 301，吸收层301的上下表面分别设有正电极层501和负电极层101；负电极层 101上开设有与导电玻璃102相通的第一刻线槽201，第一刻线槽201内填充有吸收层301，吸收层301上表面开设有与负电极层101相通的第二刻线槽401，第二刻线槽401的底部位于第一刻线槽201顶部的侧边，吸收层301上表面设有正电极层501，第二刻线槽401内填充有正电极层501，正电极层上开设有与吸收层301相通的第三刻线槽601，第三刻线槽601位于第二刻线槽401顶部的侧边。第二刻线槽401底部的一端与第一刻线槽201顶部的一端连接；第二刻线槽 401顶部的一端与第三刻线槽601底部的一端连接。
实施例2
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
第一刻线槽201、第二刻线槽401和第三刻线槽601的宽度均为28～32μm。第一刻线槽201、第二刻线槽401和第三刻线槽601均通过纳秒激光器进行激光刻线得到。第一刻线槽201和第三刻线槽601均为长方体结构，第二刻线槽401 为平行六面体结构，第二刻线槽401中，竖直方向沿顺时针或逆时针倾斜30～75度。
实施例3
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
负电极层101为导电氧化层或电子传输层；所述的正电极层501为导电氧化层或空穴传输层。所述吸收层301由铜铟镓硒、钙钛矿和碲化镉制备而成。所述导电玻璃102为ITO玻璃或FTO玻璃。所述吸收层301为钙钛矿层，吸收层301 的厚度为500nm；所述正电极层501和负电极层101的厚度均为300nm。
实施例4
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
吸收层301的厚度为650nm；所述正电极层501和负电极层101的厚度均为 500nm。
实施例5
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
吸收层301的厚度为700nm；所述正电极层501和负电极层101的厚度均为 700nm。
实施例6
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
吸收层301的厚度为510nm；所述正电极层501和负电极层101的厚度均为 690nm。
实施例7
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
吸收层301的厚度为505nm；所述正电极层501和负电极层101的厚度均为 310nm。
实施例8
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
吸收层301的厚度为690nm；所述正电极层501和负电极层101的厚度均为 560nm。
上述薄膜太阳能电池的激光刻线方法，包括如下步骤：
S1：如图1所示，在导电玻璃102上沉积负电极层101，然后对负电极层101 进行激光P1刻线，由负电极层101刻至导电玻璃102，在负电极层101上形成若干个将负电极层101分割的第一刻线槽201，如图2所示；激光P1刻线的同时在导电玻璃102边缘标记Mask点，用来定位后续刻线的位置；
S2：如图3所示，在负电极层101和第一刻线槽201上沉积吸收层301，然后在吸收层301上进行激光P2刻线，由吸收层301刻至负电极层101，在吸收层 301上形成若干个将吸收层301分割的第二刻线槽401，如图4所示；
S3：如图5所示，在吸收层301和第二刻线槽401上沉积正电极层501，然后在正电极层501上进行激光P3刻线，由正电极层501刻至吸收层301，在正电极层501上形成若干个将正电极层501分割的第三刻线槽601，如图6所示，得到薄膜太阳能电池。
所述第二刻线槽401底部的一端与第一刻线槽201顶部的一端连接；第二刻线槽401顶部的一端与第三刻线槽601底部的一端连接。激光刻线过程中，脉冲持续时间为0.1～100纳秒；
综上所述，本实用新型的激光刻线方法，是对太阳能电池结构进行刻线以形成单片集成光伏模块，刻线将太阳能板分离成个体太阳能电池后在以刻线方式形成互联的多个太阳能电池。利用纳秒激光器即脉冲频率在纳秒范围内的激光器，采用激光器通过激光器精确的位置、角度定位，实现激光P2刻线精准倾斜处理。
需要说明的是，在激光P2刻线前需通过预估第一刻线槽201和第三刻线槽 601的间距来确定第二刻线槽401的宽度，并通过测算吸收层301的厚度及第一刻线槽201、第三刻线槽601的间距来确定第二刻线槽401的倾斜角度。一般为确保P2刻线后，正电极层的金属电极有足够的沉积空间与对电极接触，第一刻线槽201和第二刻线槽401刻线的间距要控制在30-35微米间，如此所述第一刻线槽201、第二刻线槽401和第三刻线槽601的间距在百纳米级左右，前提是本实施例采用的吸收层是钙钛矿层，而该钙钛矿层的厚度在500-700纳米范围，对激光器的定位精度及稳定度提出了更高的要求。
如图7所示，激光镜头701在刻线工艺操作中所处位置。通过激光器Mask 点的精准定位以及激光器倾斜角度的精确控制，P2刻线可以达到如图6所示的刻线效果。P2刻线完成后，在电池吸收层上制备电荷传输电极层，该电极层一般由沉积的金属或者电荷传输层和金属层组合而成。P3刻线的刻线位置需按照事先确定的P1、P3间距来确定。P3的刻线宽度同样在30微米左右，在保证金属电极能够被P3刻线分隔开的同时又尽量减少电池的无效面积。
需要说明的是，薄膜太阳能电池可以是钙钛矿电池、非晶硅电池、铜铟镓硒电池、碲化镉电池等中的任何一种。吸收层是将光中的光子转化成电子的层。所述的吸收层包含铜铟镓硒CIGS、钙钛矿、碲化镉等。对于钙钛矿太阳能电池，吸收层为钙钛矿层；对于非晶硅电池，吸收层基本组成成分是非晶硅化合物，又称为a-Si和无定型硅；对于铜铟镓硒电池，吸收层由铜、铟、硒等金属元素组成的直接带隙化合物半导体材料，以CIS和CuGaSe2任意比例混合形成 CuIn1-xGaxSe2。对于碲化镉电池，吸收层主要由p型的CdTe和n型的CdS组合而成。
透明导电氧化物(TCO)是一种在可见光光谱范围(380nm＜λ＜780nm) 透过率很高且电阻率较低的薄膜材料。TCO材料主要有CdO、In2O3、SnO2和ZnO等氧化物及其相应的复合多元化合物半导体材料。
电子传输层和空穴传输层主要针对钙钛矿电池来讲，电子传输层一般有 SnO2、FTO等材料，空穴传输层一般有氧化镍、spiroOMeTAD等物质，厚度在几十纳米。
薄膜太阳能电池还包括位于吸收层一侧的负电极层，用于提取吸收层中的电子，成分可以是透明导电氧化层TCO或TCO和电子传输层组成。太阳能电池还包括位于吸收层另一侧的正电极层，用于提取吸收层中的空穴，成分可以是透明导电氧化层TCO、导电金属层或TCO和空穴传输层组。
正电极层和负电极层的大致厚度一般都在几十纳米，正负电极层一般有金属电池或透明导电氧化物组成。导电玻璃厚度主要一般在1到3毫米，其中的导电层一般在几十纳米到二百多纳米。
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包括导电玻璃(102)，导电玻璃(102)上表面设有吸收层(301)，吸收层(301)的上下表面分别设有正电极层(501)和负电极层(101)；
负电极层(101)上开设有与导电玻璃(102)的玻璃层相通的第一刻线槽(201)，第一刻线槽(201)内填充有吸收层(301)，吸收层(301)上表面开设有与负电极层(101)相通的第二刻线槽(401)，第二刻线槽(401)的底部位于第一刻线槽(201)顶部的侧边，吸收层(301)上表面设有正电极层(501)，第二刻线槽(401)内填充有正电极层(501)，正电极层上开设有与吸收层(301)相通的第三刻线槽(601)，第三刻线槽(601)位于第二刻线槽(401)顶部的侧边。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一刻线槽(201)、第二刻线槽(401)和第三刻线槽(601)的宽度均为28～32μm。
3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第二刻线槽(401)底部的一端与第一刻线槽(201)顶部的一端连接；第二刻线槽(401)顶部的一端与第三刻线槽(601)底部的一端连接。
4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述负电极层(101)为导电氧化层或电子传输层。
5.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述的正电极层(501)为导电氧化层或空穴传输层。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述导电玻璃(102)为ITO玻璃或FTO玻璃。
7.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述吸收层(301)为钙钛矿层。
8.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述吸收层(301)的厚度为500～700nm；所述正电极层(501)和负电极层(101)的厚度均为300～700nm。
9.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一刻线槽(201)、第二刻线槽(401)和第三刻线槽(601)均通过纳秒激光器进行激光刻线得到。
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