專利名稱：一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型創(chuàng)造涉及一種內(nèi)部并聯(lián)低電壓輸出的硅基薄膜太陽能電池及制備方法，屬于太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景 硅基薄膜太陽能電池是光伏行業(yè)里被認為是極具潛力的光伏電池器件。硅基薄膜材料作為一種光電功能轉(zhuǎn)換材料的研究歷史可以一直追溯到20世紀60年代末，英國標準通訊實驗室用輝光放電法制得了氫化非晶硅(a-Si:H)薄膜，發(fā)現(xiàn)了非晶硅薄膜的摻雜效應(yīng)。1975年Dundee大學的W. E. Spear等成功實現(xiàn)了對非晶硅薄膜的改進和替位式摻雜，發(fā)現(xiàn)了氫的飽和懸掛鍵的作用以及非晶硅薄膜優(yōu)越的光敏性能。1976年，美國RCA的D. E.Carlson等研制出了 p-i_n結(jié)構(gòu)非晶娃薄膜器件,光電能量轉(zhuǎn)換效率達到2. 4%,由此掀起了對非晶硅薄膜太陽能電池的研究熱潮。1980年，Carlson等人將非晶硅電池器件的轉(zhuǎn)換效率提升至8%，標志著達到了可用于生產(chǎn)的技術(shù)水平，成為最早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的薄膜電池。隨著近三十年來的研究發(fā)展，非晶硅薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)化能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到10%以上，目前全世界有數(shù)十所大學、國家實驗室和公司從事硅基薄膜太陽能電池的研究，其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)正日趨成熟。硅基薄膜太陽能電池與傳統(tǒng)晶硅電池相比有成本低、弱光性能好、柔韌性強、生產(chǎn)能耗少、污染少等優(yōu)點。然而，在光伏市場上，目前多晶硅以及單晶硅太陽能電池組件仍是主流。因此，在并網(wǎng)和離網(wǎng)市場，配合太陽能電池組件工作的逆變器、蓄電池等光伏系統(tǒng)設(shè)備的規(guī)格大都是基于塊狀晶硅太陽能電池或組件系列。晶硅電池的開路電壓在70V以下，而硅基薄膜電池或組件在100V以上(非晶/微晶疊層組件的開路電壓甚至是在130V以上)。將針對晶硅組件低電壓特性設(shè)計的逆變器等系統(tǒng)應(yīng)用于較高電壓的硅基薄膜電池組件上，勢必會增加系統(tǒng)成本。因而，發(fā)展低電壓硅基薄膜電池組件是目前薄膜光伏電池市場上的一個趨勢。硅基薄膜電池開路電壓較高是非晶硅薄膜材料本身以及電池組件的生產(chǎn)方式所決定。一方面，非晶硅材料比晶硅材料具有較低的自由載流子密度和電導率，短路電流密度也低于晶硅電池組件。所以對于相同的輸出功率，非晶硅薄膜電池需要更高的開路電壓來彌補較低的短路電流。另一方面在生產(chǎn)過程中，非晶硅薄膜太陽能電池由激光刻劃，將整塊電池芯板(通常稱沒封裝的電池為芯板或芯片)分割成具有數(shù)十或上百個具有一定寬度的單元電池節(jié)，其串聯(lián)后組成一個硅基薄膜電池(通常封裝后為電池組件)。這樣，整個電池組件的輸出開路電壓是各個單元電池節(jié)開路電壓之和。申請?zhí)枮?5104992. 5的中國實用新型專利公開了一種內(nèi)聯(lián)式集成型非晶硅太陽能電池,通過激光刻劃將不同單元電池節(jié)內(nèi)部串聯(lián)起來。為了能夠降低硅基薄膜太陽能電池的輸出電壓，將電池板分成數(shù)個區(qū)域，匯流并聯(lián)輸出。申請?zhí)枮?01010502031. 9的中國實用新型專利“一種高功率低電壓硅基薄膜太陽能電池及其制造方法”公開了一種將電池分區(qū)域，匯流并聯(lián)連接的低電壓硅基薄膜太陽能電池。雖實現(xiàn)了低電壓，但在背電極上通過焊接導電帶，將其共用陽極(陰極)并聯(lián)，使背電極導電帶排布變得較復雜和厚度增加(導電帶與下面絕緣帶加起來總厚度一般在0. 3mm以上)，會增加電池后序?qū)訅汗に嚪庋b難度。若導電帶排布相互交叉，形成回路死區(qū)，則在后序?qū)訅汗に囍腥菀仔纬蓺馀輾堄?，影響產(chǎn)品耐候性能，無法通過濕漏等電性能測試，造成不良品、次品。試驗證明并聯(lián)區(qū)域越多，導電帶排布越復雜，三個以上的區(qū)域進行并聯(lián)，背電極上的導電帶排布基本上不可避免地會出現(xiàn)回路死區(qū)。采用基于導電帶連接的外部并聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加了封裝工藝的難度和相應(yīng)生產(chǎn)成本
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于改進現(xiàn)有技術(shù)的不足，將電池芯板分區(qū)域，將不同區(qū)域內(nèi)的單元電池并聯(lián)，以獲得硅基薄膜太陽能電池大功率低電壓輸出特性。本實用新型的另一目的，避免因并聯(lián)出現(xiàn)的回路死區(qū)、回路交叉等，避免和減少導電帶引發(fā)的后續(xù)工藝中氣泡殘余，以增加硅基薄膜太陽能電池組件的耐候性。為實現(xiàn)本實用新型任務(wù)，所提出的技術(shù)解決方案是基于硅基薄膜太陽能電池PIN結(jié)各單元電池節(jié)內(nèi)部串聯(lián)形成的電池組件結(jié)構(gòu)，其特征在于絕緣襯底的透明導電膜上設(shè)置前電極導電區(qū)域，包括前電極導電區(qū)域內(nèi)單元電池節(jié)相同極性的共用電極和前電極預(yù)埋絕緣線，還包括預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜連接各單元電池組件前電極導電區(qū)域形成內(nèi)部并聯(lián)輸出。由激光橫向刻劃線垂直于縱向分布的前電極區(qū)域內(nèi)的第一溝道的上下兩端，分別為前電極的頂端預(yù)埋絕緣線和底端預(yù)埋絕緣線，該絕緣線在前電極區(qū)域的共用電極區(qū)域有缺口，該缺口覆蓋有前電極透明導電膜層。所說的前電極區(qū)域的共用電極將整個前電極透明導電膜分成多個并聯(lián)區(qū)域，該并聯(lián)區(qū)域由預(yù)埋絕緣線外透明電導膜連接形成并聯(lián)；以上所說的預(yù)埋絕緣線垂直于激光刻劃光電轉(zhuǎn)換層形成的第二溝道，該溝道與預(yù)埋絕緣線之間由一定間隙。預(yù)埋絕緣線與第二溝道的位置不會產(chǎn)生交叉。激光刻劃背電極形成的第三溝道，沿著垂直于第三溝道方向，對應(yīng)前電極預(yù)埋絕緣線位置分別刻除背電極和光電轉(zhuǎn)換膜層的一條絕緣線，選擇一對正負共用電極以及由第二溝道與背電極連接，形成光電性能輸出。本實用新型實施過程中產(chǎn)生的積極效果主要表現(xiàn)在通過激光對前電極透明導電膜區(qū)域進行刻劃，直接實現(xiàn)薄膜太陽能電池組件分區(qū)的內(nèi)部并聯(lián)，形成低電壓高功率輸出。制備電池芯板對并聯(lián)的區(qū)域數(shù)目沒有限制，各不同區(qū)域的內(nèi)部并聯(lián)已在前電極激光刻劃的過程中形成。最后輸出功率信號，只要選擇一對不同極性的共用電極到接線盒，無需復雜的導電帶，避免了回路死區(qū)的形成。便于后部封裝控制層壓工藝，以保障產(chǎn)品的耐候性。這是導電帶外部并聯(lián)不可能實現(xiàn)的。
以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型內(nèi)部并聯(lián)低電壓硅基薄膜太陽能電池組件的工作原理圖I (a)、是本實用新型的前電極激光刻劃示意圖。

圖1(b)、是相對比于圖1(a)中前電極激光刻劃示意圖的內(nèi)部并聯(lián)電路示意圖。圖2、是本實用新型光電轉(zhuǎn)換層激光刻線示意圖。[0016]圖3、是本實用新型背電極激光刻線以及組件絕緣線示意圖。圖4、是本實用新型的內(nèi)部并聯(lián)低電壓組件的新版剖視圖。圖5、是本實用新型中實施例2的前電極激光刻劃示意圖。圖6、本實用新型中實施例3的前電極激光刻劃示意圖。共用電極將整個單元電池組件分成不同的區(qū)域；相同極性的共用電極通過前電極預(yù)埋絕緣線外的透明電極內(nèi)部連接，將各單元電池組件分布在不同區(qū)域形成內(nèi)部并聯(lián)輸出，在組件的各區(qū)域內(nèi)，激光刻劃第一溝道、第二溝道、第三溝道將各區(qū)域內(nèi)的單元電池節(jié)串聯(lián)起來；不同的組件區(qū)域內(nèi)，第一溝道、第二溝道、第三溝道的位置順序不同；第二溝道不與前電極預(yù)埋絕緣線位置交叉；僅選擇一對不同極性的共用電極，連接接線盒，形成光電性能輸出。排布來實現(xiàn)組件分區(qū)域的外部并聯(lián)；這樣，由于避免了導電帶回路死區(qū)的形成，組件在后部封裝階段，更易于控制層壓工藝，提高了產(chǎn)品的耐候性。同時采用內(nèi)部并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，對并聯(lián)的區(qū)域數(shù)目沒有限制，甚至可以實現(xiàn)所有單元電池節(jié)的內(nèi)部并聯(lián)，這也是采用導電帶外部并聯(lián)的方式所不可能實現(xiàn)的。圖1(a)其中I為傳統(tǒng)的前電極激光刻線槽，即第一溝道，刻除將前電極透明導電膜，將整個電池芯板劃分成若干單元電池節(jié)；2，4，7，9為四個選定的共用電極區(qū)域；3和8分別為頂端和底端前電極預(yù)埋絕緣線，頂端前電極預(yù)埋絕緣線3在共用電極區(qū)域7和9處留有缺口。共用電極區(qū)域7和9分別通過頂端前電極預(yù)埋絕緣線3外的透明導電膜5連接起來，為共用陰極輸出。同樣地，底端前電極預(yù)埋絕緣線8在共用電極區(qū)域2和4處留有缺口，因此，共用電極區(qū)域2和4即通過底端預(yù)埋絕緣線8外的透明導電膜6連接起來，為共用陽極輸出。這樣，共用電極2，4，7，9實際上將整個電池芯板劃分成三個區(qū)域，或認為三個子電池串，單個子電池串通過相互連接的共用電極，實現(xiàn)內(nèi)部并聯(lián)輸出，其輸出的開路電壓相當于常規(guī)輸出的三分之一，而其輸出的短路電流則相當于常規(guī)輸出的三倍。圖I (b)其中四個電路節(jié)點分別對應(yīng)四個共用電極2，4，7，9。這個四個共用電極將整個組件分成三個電池串。共用電極2和4通過底端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜連接，相當于將三個電池串的陽極連接起來；同時共用電極7和9通過頂端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜連接，相當于將三個子電池串的陰極連接起來，形成內(nèi)部并聯(lián)輸出；由圖1(b)可以看出，這種內(nèi)部并聯(lián)的結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，除了需要通過前電極刻劃實現(xiàn)共用電極的連接，同時三個區(qū)域的電池串的正負極必須首尾相連，也即是三個電池串的正負極排布方向依次相反。圖2、是本實用新型光電轉(zhuǎn)換層激光刻線示意圖。圖中10為光電轉(zhuǎn)換層激光刻線槽，即第二溝道，激光將光電轉(zhuǎn)換膜層刻除掉。圖中虛線表示圖1(a)中前電極預(yù)埋絕緣線3和8的位置。本實用新型中第二溝道的線槽與傳統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換層的線槽不同，區(qū)別在于本實用新型中的第二溝道長度要略短于圖1(a)中的第一溝道1，同時第二溝道的兩端的位置不能與前電極預(yù)埋絕緣線3和8位置交叉，第二溝道的頂端距離頂端前電極預(yù)埋絕緣線
1-3_，第二溝道的底端距離底端前電極預(yù)埋絕緣線1-3_。這樣，在沉積背電極的時候，就避免了背電極與前電極預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜直接接觸，降低了電池內(nèi)部微短路的幾率，提高了并聯(lián)電阻，對整個電池的性能輸出是有益的。同時，本實用新型中的第二溝道與第一溝道的相對位置，在不同區(qū)域依次相反。在圖1(a)中共用電極2和共用電極7之間的電池區(qū)域，第二溝道在第一溝道的右側(cè)；在共用電極7和共用電極4之間的電池區(qū)域，第二溝道在第一溝道的左側(cè)；在共用電極4與共用電極9之間的電池區(qū)域，第二溝道在第一溝道的右側(cè)。圖3、是本實用新型背電極激光刻線以及絕緣線示意圖。圖中11為背電極激光刻線槽，即第三溝道。圖中12和13分別為頂部芯板絕緣線和底部芯板絕緣線，其位置分別與圖I中的頂端預(yù)埋絕 緣線3、底端預(yù)埋絕緣線8重合，且絕緣線12和13的激光刻線寬度(線寬)略寬于預(yù)埋絕緣線3和8的激光刻線寬度，這樣可以避免前電極激光刻線邊緣的毛刺與背電極接觸，降低電池區(qū)域微短路的幾率。本實用新型中第三溝道11與絕緣線12、13交叉，同時第三溝道與第一、二溝道的位置排列順序在不同的三個不同的組件區(qū)域依次相反。圖4、是本實用新型的內(nèi)部并聯(lián)低電壓組件的剖視圖。圖中14是透明絕緣襯底，可以為玻璃、柔性PET等；15是前電極，可以為摻氟的氧化錫薄膜(FT0)、氧化銦錫薄膜(ITO)、摻鋁的氧化鋅薄膜(AZO)、摻硼的氧化鋅薄膜(BZO)等；16是光電轉(zhuǎn)換層，可以為非晶硅單結(jié)結(jié)構(gòu)，也可以為非晶/微晶疊層結(jié)構(gòu)；17是背電極，可以為氧化鋅與金屬的復合背電極，也可以為氧化鋅背電極；18是導電連接處，將并聯(lián)后的電池組件光電性能通過接線盒輸出。圖4中的2，4，7，9分別對應(yīng)于圖I (a)中的共用電極2，4，7，9。組件通過共用電極2,4, 7，9以及前電極預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜5和6形成各區(qū)域電池串的內(nèi)部并聯(lián)，在電池芯板制備完成后，通過與共用電極連接的相鄰單元電池節(jié)的背電極(如圖4中導電帶18或19所連接的背電極)，將組件的光電性能輸出。圖5、是本實用新型中實施例2的前電極激光刻劃示意圖。圖中20為前電極激光刻線槽，即第一溝道，將電池芯板分成若干單元電池節(jié)。在導電膜區(qū)域內(nèi)等間距選擇21，23，25，27，29，30作為共用電極，將整個芯板分成五個區(qū)域。其中21，23，25為共用陽極，27，29，30為共用陰極。圖中22和28分別為頂端預(yù)埋絕緣線和底端預(yù)埋絕緣線。頂端預(yù)埋絕緣線22在共用電極27，29，30處留有缺口 ；底端預(yù)埋絕緣線28在共用電極21，23，25處留有缺口。這樣，共用電極21，23，25即通過底端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜26連接起來；共用電極27，29，30即通過頂端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜24連接起來，最終形成內(nèi)部并聯(lián)輸出。圖6、本實用新型中實施例3的前電極激光刻劃示意圖。圖中31為前電極激光刻線槽，即第一溝道，將電池芯板分成若干單元電池節(jié)。在該芯板區(qū)域內(nèi)等間距選擇32，34，35作為共用電極，將整個電池分成兩個區(qū)域。其中32，35為共用陽極，34為共用陰極。圖中33和37分別為頂端預(yù)埋絕緣線和底端預(yù)埋絕緣線。底端預(yù)埋絕緣線37在共用電極32，35處留有缺口 ；頂端預(yù)埋絕緣線33不留缺口。這樣，共用電極32，35即通過底端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜36連接起來；與共用電極34最終形成內(nèi)部并聯(lián)輸出。結(jié)合附圖進一步說明本實用新型內(nèi)部并聯(lián)的低電壓硅基薄膜太陽能電池組件的制備方法和步驟如下見圖4，清洗絕緣襯底以浮法玻璃、超白玻璃、高硅氧玻璃或者其他透明絕緣材料做絕緣襯底，透明絕緣襯底14經(jīng)磨邊、倒角及粗清洗。通過自動光學檢測系統(tǒng)AOI檢測玻璃表面潔凈程度以及內(nèi)部氣泡或劃痕殘余；沉積透明導電膜前電極在透明絕緣襯底14上通過磁控濺射PVD或氣相沉積CVD方式沉積摻氟的氧化錫薄膜(FTO)、氧化銦錫薄膜(ITO)、摻鋁的氧化鋅薄膜(AZO)、摻硼的氧化鋅薄膜(BZO)等透明導電膜作為前電極15 ；[0032]見圖1(a)精細清洗導電襯底將帶有透明導電膜透明導電玻璃進行精細清洗，去除表面沉積顆粒。[0033]激光刻劃前電極圖形采用紅外波段(1064nm)的激光或紫外波段(355nm)的激光，刻劃前電極第一溝道I，該溝道兩端分別距離襯底頂端和底邊邊緣16mm-20mm ；預(yù)埋絕緣線距離頂端邊緣和底端邊緣18_23mm處分別刻劃頂端和底端預(yù)埋絕緣線3、8，線寬為40-80 Um0其中，頂端預(yù)埋絕緣線3在共用電極7與共用電極9處有3_5_寬的缺口 ；底端預(yù)埋絕緣線8在共用電極2和共用電極4處有3-5_寬的缺口。共用電極7和9通過頂端絕緣線3外的透明導電膜5連接并聯(lián)，共用電極2和4則通過底端絕緣線外8的透明導電膜6連接并聯(lián)。見圖2，刻劃光電轉(zhuǎn)換膜層采用532nm波長激光刻除電轉(zhuǎn)換膜層，形成第二溝道10，第二溝道10兩端分別距離頂端預(yù)埋絕緣線3和底端預(yù)埋絕緣線垂直距離為2-3mm。第二溝道10的位置，在共用電極2，4，7，9的不同區(qū)域內(nèi)，依次緊鄰第一溝道I的右側(cè)和左側(cè)。前電極上的非晶硅(p-i-n)、微晶硅(p-i-n)或者單結(jié)非晶硅(p-i_n)薄膜層，作為光電轉(zhuǎn)換膜層16。見圖3，刻劃背電極采用532nm波長激光刻除背電極導電膜形成第三溝道11，激光功率<300mW，激光刻劃不會損傷前電極導電膜層。第三溝道11與預(yù)埋絕緣線12和13交叉，且穿過整個電池區(qū)域。第三溝道11的位置，在被共用電極2，4，7，9分出的不同區(qū)域內(nèi)，依次緊鄰第二溝道10的右側(cè)和左側(cè)。在垂直于第三溝道11的位置的頂端和底端，刻除背電極膜層、光電轉(zhuǎn)換膜層、前電極膜層，頂部絕緣線12和底部芯板絕緣線13，線寬為130-200 Um0采用532nm激光，控制功率300mW以下，頻率為25_40Hz，不損傷前電極，去除光電功能轉(zhuǎn)換層以及背電極。背電極在光電轉(zhuǎn)換層上，采用濺射或化學氣相沉積形成透明導電膜背電極或者金屬復合背電極17。在后部封裝工序中，分別選擇與共用電極2和共用電9，通過第二溝道10連接背電極，作為組件輸出的正、負極，焊接兩條導電帶18和19，連接接線盒輸出光電性能。激光清邊寬度為13_15mm，激光刻除襯底上沉積膜層，形成第四溝道，用熱熔丁基膠作為邊部封裝膠，其涂覆寬度為10-12mm。組件封裝，采用EVA或PVB以及半鋼化背板玻璃作為媒介，進行層壓封裝。最后進行性能測試，分等級包裝入庫。至此，具有內(nèi)部并聯(lián)結(jié)構(gòu)的低電壓硅基薄膜太陽能電池組件制備完畢。
具體實施方式
實施例I見圖1(a)、圖2、圖3、圖4，本實施例采用高透過率超白玻璃作為透明絕緣襯底14，摻硼氧化鋅(BZO)薄膜作為前電極，非晶硅p-i-n結(jié)構(gòu)薄膜作為光電功能轉(zhuǎn)換層，摻鋁氧化鋅與鋁復合導電膜(AZ0+A1)作為背電極，整個組件區(qū)域由四條共用電極劃分為三個區(qū)域，內(nèi)部電極并聯(lián)匯流輸出。制備如下I.見圖4，選用3. 2mm厚度的超白玻璃作為透明絕緣襯底14，經(jīng)過超聲清洗以及AOI表面顆粒度的檢測，送入金屬有機化學氣相沉積設(shè)備MOCVD中，采用硼烷、二乙基鋅、去離子水以及氫氣作為反應(yīng)媒介，沉積摻硼氧化鋅薄膜，厚度在I. 3-1. 7 ym，作為前電極15 ；[0043] 2.圖1(a)，BZO鍍膜玻璃經(jīng)過精清洗，去除表面沉積顆粒，溫度降低至50攝氏度以下，采用355nm紫外激光，所示的第一溝道I，兩端距離玻璃襯底頂端和底端邊緣各17mm。激光功率2-3W，頻率130KHz，刻劃速度80m/min。在組件區(qū)域內(nèi)等間距地選擇四條共用電極2，4，7，9，采用355nm紫外激光，分別在距離襯底頂端和底端邊緣各19mm處刻劃兩條預(yù)埋絕緣線3和8，線寬為35-45 u m,刻劃速度80m/min。頂端預(yù)埋絕緣線3在共用電極7和9處留有5mm缺口，底端預(yù)埋絕緣線8在共用電極2和4處留有5mm缺口。共用電極2和4作為共用陽極，通過底端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜6連接，共用電極7和9作為共用陰極，通過頂端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜5并聯(lián)連接。3.見圖2在透明導電膜上沉積非晶硅p-i-n單結(jié)結(jié)構(gòu)，作為光電功能轉(zhuǎn)換層16，P層厚度10-50nm，i層厚度700-800nm，n層厚度50_100nm。采用523nm波長的激光，刻劃第二溝道10。第二溝道10兩端分別與預(yù)埋絕緣線3和8距離2mm。見圖4，在共用電極2和7之間,第二溝道10緊鄰第一溝道I右側(cè)；在共用電極7和4之間,第二溝道10緊鄰第一溝道I左側(cè)；在共用電極4和9之間，第二溝道10緊鄰第一溝道I右側(cè)。激光IOOmW,頻率35Hz，刻劃速度90m/min，線寬30 y m。4.見圖3、圖4，在光電功能轉(zhuǎn)換層16之上，采用磁控濺射的方法依次沉積50nm摻鋁氧化鋅以及150nm金屬Al導電膜作為背電極17。采用532nm激光，刻劃第三溝道11。第三溝道11與預(yù)埋絕緣線位置交叉，且穿過整個組件區(qū)域。如圖4，在共用電極2和7之間，第三溝道11緊鄰第二溝道10右側(cè)；在共用電極7和4之間，第三溝道11緊鄰第二溝道10左側(cè)；在共用電極4和9之間，第三溝道11緊鄰第二溝道10右側(cè)。激光功率280mW，頻率 25kHz，刻劃速度 80m/min，線寬 35-40 u m。5.見圖3，在與前電極預(yù)埋絕緣線相同的位置，采用532nm激光刻劃兩條絕緣線12和13，去除光電功能轉(zhuǎn)換層以及背電極，不損傷前電極。激光功率300mW，頻率25kHz，刻劃速度80m/min，線寬130 y m。6.如圖4所示，選擇與共用電極2連接的背電極作為陽極，選擇與共用電極9連接的背電極作為組件陰極。焊接兩條導電帶18和19，連接線盒。7.激光清邊寬度15mm，采用熱熔丁基膠作為邊封膠，涂覆寬度13mm。裁切EVA膜，采用半鋼化背板玻璃，經(jīng)過層壓封裝、測試分類，最后包裝入庫。制備完成。實施例2見圖5，本實施例采用高透過率超白玻璃作為透明絕緣襯底14，摻硼氧化鋅(BZO)薄膜作為前電極，非晶硅P-i-n結(jié)構(gòu)薄膜作為光電功能轉(zhuǎn)換層，摻硼氧化鋅導電膜(BZO)作為背電極，如圖5，整個組件區(qū)域由六條共用電極劃分為五個區(qū)域，內(nèi)部并聯(lián)輸出。制備如下I.選用4mm厚度的超白玻璃作為透明絕緣襯底14，經(jīng)過超聲清洗以及AOI表面顆粒度的檢測，送入金屬有機化學氣相沉積設(shè)備MOCVD中，采用硼烷、二乙基鋅、去離子水以及氫氣作為反應(yīng)媒介，沉積摻硼氧化鋅薄膜，厚度在I. 9iim,作為前電極15 ；2. BZO鍍膜玻璃經(jīng)過精清洗，去除表面沉積顆粒，溫度降低至50攝氏度以下，采用355nm紫外激光，刻劃如圖5所示的第一溝道20，兩端距離玻璃襯底頂端和底端邊緣各19mm。激光功率3W，頻率125KHz，刻劃速度90m/min。在組件區(qū)域內(nèi)等間距地選擇六條共用電極21，23，25，27，29，30，將整個芯板劃分成五個區(qū)域。采用355nm紫外激光，分別在距離襯底頂端和底端邊緣各21mm處刻劃兩條預(yù)埋絕緣線3和8，線寬為45 ii m，刻劃速度85m/min。如圖5，頂端預(yù)埋絕緣線22在共用電極21，23，25處留有5mm缺口，底端預(yù)埋絕緣線28在共用電極27，29，30處留有5mm缺口。共用電極21，23，25作共用陽極，通過底端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜26連接并聯(lián)，共用電極27，29，30作共用陰極，通過頂端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜24連接并聯(lián)。這樣，六條共用電極將芯板劃分成的五個區(qū)域即通過內(nèi)部導電膜并聯(lián)起來，在芯板沉積完畢，即可形成更低電壓輸出。3.在透明導電膜上沉積非晶硅p-i-n單結(jié)結(jié)構(gòu)，作為光電功能轉(zhuǎn)換層。采用523nm波長的激光，刻劃第二溝道。第二溝道兩端分別與預(yù)埋絕緣線22和28距離I. 5mm，在共用電極21和27之間，第二溝道緊鄰第一溝道20右側(cè)；在共 用電極27和23之間，第二溝道緊鄰第一溝道20左側(cè)；在共用電極23和29之間，第二溝道緊鄰第一溝道20右側(cè)；在共用電極29和25之間，第二溝道緊鄰第一溝道20左側(cè)；在共用電極25和30之間,第二溝道緊鄰第一溝道20右側(cè)。激光90mW，頻率45Hz，刻劃速度85m/min，線寬35 u m。4.在光電功能轉(zhuǎn)換層16之上，MOCVD的方法依次沉積I. 6 U m厚度摻硼氧化鋅BZO作為背電極17。采用532nm激光，刻劃第三溝道。第三溝道與預(yù)埋絕緣線位置交叉，且穿過整個組件區(qū)域。在共用電極21和27之間，第三溝道緊鄰第二溝道右側(cè)；在共用電極27和23之間，第三溝道緊鄰第二溝道左側(cè)；在共用電極23和29之間，第三溝道緊鄰第二溝道20右側(cè)；在共用電極29和25之間，第三溝道緊鄰第二溝道左側(cè)；在共用電極25和30之間，第三溝道緊鄰第二溝道右側(cè)。激光功率300mW，頻率30kHz，刻劃速度100m/min，線寬45 u m。5.在與預(yù)埋絕緣線相同的位置，采用532nm激光刻劃兩條芯板絕緣線，去除光電功能轉(zhuǎn)換層以及背電極，不損傷前電極。激光功率280mW，頻率35kHz，刻劃速度100m/min，線寬145 u m。6.選擇與共用電極21連接的背電極作為組件陽極，選擇與共用電極30連接的背電極作為組件陰極。焊接兩條導電帶，連接接線盒。7.激光清邊寬度17mm，采用熱熔丁基膠作為邊封膠，涂覆寬度15mm。裁切EVA膜，采用半鋼化背板玻璃，經(jīng)過層壓封裝、測試分類，最后包裝入庫。制備完成。實施例3見圖6，本實施例采用高透過率超白玻璃作為透明絕緣襯底14，摻硼氧化鋅(BZO)薄膜作為前電極，非晶硅/微晶硅疊層結(jié)構(gòu)薄膜作為光電功能轉(zhuǎn)換層，摻硼氧化鋅導電膜(BZO)作為背電極，如圖6整個組件區(qū)域由三條共用電極劃分為兩個區(qū)域，內(nèi)部并聯(lián)輸出。制備如下I.選用3. 2mm厚度的超白玻璃作為透明絕緣襯底14，經(jīng)過超聲清洗以及AOI表面顆粒度的檢測，送入金屬有機化學氣相沉積設(shè)備MOCVD中，采用硼烷、二乙基鋅、去離子水以及氫氣作為反應(yīng)媒介，沉積摻硼氧化鋅薄膜，厚度在I. 4iim,作為前電極15 ；2. BZO鍍膜玻璃經(jīng)過精清洗，去除表面沉積顆粒，溫度降低至50攝氏度以下，采用355nm紫外激光，刻劃如圖5所示的第一溝道31，兩端距離玻璃襯底頂端和底端邊緣各17mm。激光功率I. 5W，頻率120KHz，刻劃速度75m/min。如圖6所示，在組件區(qū)域內(nèi)等間距地選擇三條共用電極32，34，35，將整個組件劃分成兩個區(qū)域。采用355nm紫外激光，分別在距離襯底頂端和底端邊緣各19mm處刻劃兩條預(yù)埋絕緣線33和37，線寬為35 y m,刻劃速度75m/min。如圖6，底端預(yù)埋絕緣線37在共用電極32，35處留有5mm缺口，頂端預(yù)埋絕緣線33不留缺口。共用電極32，35作為共用陽極，通過底端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜36連接，共用電極34作為共用陰極。這樣，三條共用電極將組件劃分成的兩個區(qū)域即通過內(nèi)部導電膜并聯(lián)起來，在組件芯板沉積完畢，即可形成低電壓輸出。3.在透明導電膜上沉積非晶硅/微晶硅疊層結(jié)構(gòu)，作為光電功能轉(zhuǎn)換層。采用523nm波長的激光，刻劃第二溝道。第二溝道兩端分別與預(yù)埋絕緣線33和37距離2mm，在共用電極32和34之間，第二溝道緊鄰第一溝道31右側(cè)；在共用電極34和35之間，第二溝道緊鄰第一溝道31左側(cè)。激光功率IOOmW,頻率55Hz，刻劃速度95m/min，線寬40iim。4.在光電功能轉(zhuǎn)換層16之上，用MOCVD的方法依次沉積I. 5 y m厚度摻硼氧化鋅BZO作為背電極17。采用532nm激光，刻劃第三溝道。第三溝道與預(yù)埋絕緣線位置交叉，且穿過整個組件區(qū)域。在共用電極32和34之間，第三溝道緊鄰第二溝道右側(cè)；在共用電極34和35之間，第三溝道緊鄰第二溝道左側(cè)。激光功率290mW，頻率25kHz，刻劃速度90m/min，線寬40 Um05.在與預(yù)埋絕緣線相同的位置，采用532nm激光刻劃兩條芯板絕緣線，去除光電功能轉(zhuǎn)換層以及背電極，不損傷前電極。激光功率290mW，頻率40kHz，刻劃速度100m/min，線寬150 Um06.選擇與共用電極32連接的背電極作為組件陽極，選擇與共用電極34連接的背電極作為組件陰極。焊接兩條導電帶，連接接線盒。7.激光清邊寬度15mm，采用熱熔丁基膠作為邊封膠，涂覆寬度13mm。裁切EVA膜，采用半鋼化背板玻璃，經(jīng)過層壓封裝、測試分類，最后包裝入庫。制備完成。本實用新型中的關(guān)鍵技術(shù)是采用激光刻線的方式，刻劃前電極頂端和底端預(yù)埋絕緣線時，在相應(yīng)的共用電極處留有缺口，使得相應(yīng)的共用電極通過預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜內(nèi)部連接起來，這樣，在電池芯板制備完成時，被共用電極分成的不同區(qū)域內(nèi)的電池串通過透明導電膜形成內(nèi)部并聯(lián)結(jié)構(gòu)。既實現(xiàn)了硅基薄膜太陽能電池組件的高效率低電壓輸出，同時也避免了基于背電極復雜導電帶排布連接的外部并聯(lián)方式所帶來的后部封裝問題。而且，采用本實用新型的內(nèi)部并聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)任意數(shù)目區(qū)域的并聯(lián)，而不會增加后部封裝困難。
權(quán)利要求1.一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，基于硅基薄膜太陽能電池PIN結(jié)各單元電池節(jié)內(nèi)部串聯(lián)形成的電池組件結(jié)構(gòu)，包括前電極及第一溝道和PIN結(jié)內(nèi)部串聯(lián)結(jié)構(gòu)的第二、第三溝道，其特征在于還包括前電極區(qū)域內(nèi)的單元電池節(jié)，相同極性的共用電極和前電極預(yù)埋絕緣線及絕緣線之間的缺口，所述共用電極將整個前電極透明導電膜分成多個并聯(lián)區(qū)域，該并聯(lián)區(qū)域由預(yù)埋絕緣線外透明電導膜連接形成內(nèi)部并聯(lián)、匯流及電壓輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于所說的預(yù)埋絕緣線垂直于縱向分布的前電極第一溝道的上下兩端，分別為前電極的頂端預(yù)埋絕緣線和底端預(yù)埋絕緣線，該絕緣線在前電極共用電極區(qū)域有缺口。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于由預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜連接各前電極區(qū)域內(nèi)單元電池節(jié)構(gòu)成內(nèi)部并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于所說的 前電極預(yù)埋絕緣線橫向分布并垂直于激光刻劃光電轉(zhuǎn)換層形成的第二溝道的兩端，該溝道與預(yù)埋絕緣線之間有間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于所說的前電極預(yù)埋絕緣線分別對應(yīng)于激光刻除背電極和光電轉(zhuǎn)換膜層的絕緣線第四溝道，第四溝道垂直于第三溝道。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于所說的內(nèi)部并聯(lián)匯流及電壓輸出，是由一對正負共用電極以及由第二溝道與背電極連接所形成的光電性能輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于所說的相同極性的共用電極，各單元電池組件分布在不同區(qū)域內(nèi)，由前電極預(yù)埋絕緣線外的透明電極內(nèi)部連接，并形成內(nèi)部并聯(lián)匯集電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于所說的共用電極是將激光刻劃的第一溝道、第二溝道、第三溝道串聯(lián)的單元電池節(jié)分區(qū)，形成內(nèi)部并聯(lián)連接至接線盒。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于所說的預(yù)埋絕緣線包括頂端前電極預(yù)埋絕緣線，及底端前電極預(yù)埋絕緣線在共用電極區(qū)域留有缺□。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于所說的共用電極包括由頂端預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜連接形的共用陰極輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于所說的共用陽極，由前電極底端的預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜連接形成內(nèi)部并聯(lián)的陽極輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，其特征在于所說的激光刻除光電轉(zhuǎn)換膜層的第二溝道短于激光刻除前電極第一溝道，第二溝道的兩端的位置與前電極預(yù)埋絕緣線位置未形成交叉。
專利摘要本實用新型涉及一種低壓大電流硅基薄膜太陽能電池，屬于太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。主要技術(shù)特征前電極區(qū)域內(nèi)的單元電池節(jié)，相同極性的共用電極和前電極預(yù)埋絕緣線及絕緣線之間的缺口，由預(yù)埋絕緣線外的透明導電膜連接各前電極區(qū)域內(nèi)單元電池節(jié)構(gòu)成內(nèi)部并聯(lián)、匯流及電壓輸出。本實用新型的積極效果，通過激光對前電極透明導電膜區(qū)域進行刻劃，直接實現(xiàn)薄膜太陽能電池組件分區(qū)的內(nèi)部并聯(lián)，形成低電壓高功率輸出。便于后部封裝控制層壓工藝，以保障產(chǎn)品的耐候性。
文檔編號H01L31/0224GK202363469SQ20112051186
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者孫曉宇, 李毅 申請人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司