專利名稱：柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源中薄膜太陽(yáng)能電池的領(lǐng)域，具體涉及一種柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能潛力巨大，采用光能發(fā)電是緩解能源危機(jī)和改善生態(tài)環(huán)境的一條重要途徑。太陽(yáng)電池作為一種直接將光能轉(zhuǎn)化成電能的器件，在工業(yè)化生產(chǎn)中，由于單個(gè)電池的電能輸出很小，不能滿足使用的需求，必須在電池結(jié)構(gòu)上進(jìn)行有效的串并聯(lián)，以達(dá)到所要的電壓、電流及功率。集成內(nèi)聯(lián)是玻璃襯底薄膜太陽(yáng)電池上普遍采用的一種方式，集成內(nèi)聯(lián)在太陽(yáng)電池沉積的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)，不需要后續(xù)的處理工作，這一簡(jiǎn)化將使生產(chǎn)提高并降低成本，也是減少組件拼接復(fù)雜性，提高組件可靠性的有效途徑。太陽(yáng)能電池的種類繁多，在多個(gè)種類中，應(yīng)用較多的是硅基太陽(yáng)電池。而薄膜太陽(yáng)電池是當(dāng)今發(fā)展最為迅速的太陽(yáng)電池，硅基薄膜柔性電池具有實(shí)現(xiàn)大面積組件生產(chǎn)的可行性，并且硅基薄膜太陽(yáng)電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，受到人們的普遍重視并得到迅速的發(fā)展。相比與其它太陽(yáng)電池，柔性聚酰亞胺襯底硅基薄膜太陽(yáng)電池，具有重量輕、高重量比功率、可彎曲、不怕碰撞等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論在在衛(wèi)星、航天器、空間站等各種特殊場(chǎng)合，還是民用上都有很廣闊的應(yīng)用前景。目前，玻璃襯底硅基薄膜太陽(yáng)電池集成內(nèi)聯(lián)技術(shù)，比較成熟，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。由于柔性聚酰亞胺透光性不好，及電池為NIP結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，柔性聚酰亞胺襯底硅基薄膜太陽(yáng)電池集成內(nèi)聯(lián)需要解決更多問(wèn)題，尚在研究摸索階段。本發(fā)明目的在于提供一種制備薄膜太陽(yáng)電池集成內(nèi)聯(lián)組件的設(shè)計(jì)方法及制備過(guò)程。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)太陽(yáng)能電池薄層電阻大、透光性能不好，且組件拼接復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案一種柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，包括步驟1 將聚酰亞胺襯底放入乙醇溶液中，經(jīng)多次超聲振蕩，清洗干凈，并吹干待用；步驟2 采用磁控濺射設(shè)備，在清洗后的聚酰亞胺襯底上，制備銀和氧化鋅導(dǎo)電膜層作為背電極；步驟3 在濺射了背電極的樣品上，Nd YVO4激光刻蝕背電極膜層，將背電極分割成多個(gè)小面積區(qū)域。步驟4 在激光刻蝕了背電極的樣品上，制備NIP型硅基薄膜吸收層；
步驟5 采用磁控濺射的方法，在生長(zhǎng)了硅基吸收層的樣品上，制備氧化銦錫前電極；步驟6 在生長(zhǎng)了前電極的樣品上，倍頻NchYVO4激光刻蝕前電極和吸收層；步驟7 在上述激光刻蝕了前電極和吸收層的樣品上，通過(guò)印刷技術(shù)，在前電極膜層上印刷銀柵線，并用銀漿填充在前電極和吸收層的刻槽；步驟8 在印刷了銀柵線的樣品上，倍頻NchYVO4激光刻蝕前電極；步驟9 激光刻蝕絕緣線；步驟10 從集成內(nèi)聯(lián)組件引出電池的正極和負(fù)極，然后進(jìn)行封裝。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，在步驟2中，制備背電極的腔室溫度為200°C，導(dǎo)電膜層厚度在600-1000nm;依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，所述的激光刻蝕采用NchYVO4和倍頻NchYVO4兩種激光。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，在步驟4中，制得的NIP型硅基薄膜電池為單結(jié)或雙結(jié)疊成結(jié)構(gòu)。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，所述NIP型硅基薄膜電池結(jié)構(gòu)為磷摻雜N型硅基薄膜/I型硅基薄膜/硼摻雜P型硅基薄膜依次排列。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，在步驟5中制得的前電極膜層厚度在70-90nm，其制備的腔室溫度為100°C。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，步驟7中采用的銀漿為選擇低溫固化銀漿。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，步驟7還包括在較低溫度下烘烤樣品，固化銀漿。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，在步驟8中刻蝕掉部分吸收層材料。依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，步驟9包括兩種實(shí)現(xiàn)方式方式一采用倍頻NchYVO4激光刻蝕前電極及部分吸收層；方式二 采用倍頻Nd: YVO4激光刻蝕前電極，并在這一刻蝕位置上，采用Nd: YVCMf 吸收層和背電極材料全部刻蝕掉。由于采用了以上的技術(shù)特征，使得本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果首先，采用本發(fā)明提出的聚酰亞胺襯底硅基薄膜太陽(yáng)電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制造方法，可以提高電池的開路電壓，簡(jiǎn)化電池組件拼接的復(fù)雜性，組件的可靠性也會(huì)有很大的提高。其次，便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，加快該類型太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。滿足平流層飛艇、航空等對(duì)高功率一質(zhì)量比光伏電池的迫切需求。
圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是本發(fā)明制得的聚酰亞胺襯底薄膜太陽(yáng)電池集成內(nèi)聯(lián)組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對(duì)本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說(shuō)明了具體的細(xì)節(jié)，而對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明的一種柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法的流程圖。本發(fā)明的方法包括SlOl 將聚酰亞胺襯底放入乙醇溶液中，經(jīng)多次超聲振蕩，清洗干凈，并吹干待用；S102:采用磁控濺射設(shè)備，在清洗后的聚酰亞胺襯底上，制備銀和氧化鋅導(dǎo)電膜層作為背電極；采用磁控濺射設(shè)備，制備銀和氧化鋅導(dǎo)電膜層作為背電極的過(guò)程中，腔室溫度為 200°C，制得的導(dǎo)電膜層厚度在600-1000nm。S103:在濺射了背電極的樣品上，激光刻蝕背電極膜層，將背電極分割成多個(gè)小面積區(qū)域。采用NchYVO4激光，進(jìn)行激光刻蝕背電極膜層，將背電極分割成多個(gè)小面積區(qū)域。 為了確保被加工面的平整度，加工平臺(tái)采用真空吸附系統(tǒng)。并且調(diào)節(jié)激光加工參數(shù)(功率、重復(fù)頻率、加工速度、聚焦位置等)，確保刻蝕區(qū)域的背電極膜層刻蝕干凈，且刻蝕線周圍無(wú)明顯尖峰。S104 在激光刻蝕了背電極的樣品上，制備NIP型硅基薄膜吸收層；采用PECVD設(shè)備，利用硅基薄膜太陽(yáng)電池的工藝制備NIP型硅基薄膜吸收層，NIP 型硅基薄膜吸收層為單結(jié)或雙結(jié)疊成結(jié)構(gòu)。S105:采用磁控濺射的方法，在生長(zhǎng)了硅基吸收層的樣品上，制備氧化銦錫前電極；采用磁控濺射的方法，制備氧化銦錫前電極，腔室溫度為100°C，前電極膜層厚度在 70-90nm。S106 在生長(zhǎng)了前電極的樣品上，激光刻蝕前電極和吸收層；采用倍頻NchYVO4激光，激光刻蝕前電極和吸收層(當(dāng)然，在此步驟中也可以采用或激光燒蝕孔，孔貫穿前電極和吸收層)。加工平臺(tái)采用真空吸附系統(tǒng)，確保被加工面的平整度，尋找合適的激光加工參數(shù)；S107:在上述激光刻蝕了前電極和吸收層的樣品上，通過(guò)印刷技術(shù)，在前電極膜層上印刷銀柵線，并用銀漿填充S106所述的激光刻槽(或激光燒蝕孔)；選擇低溫固化銀漿，在較低溫度下對(duì)印刷了銀柵線的樣品進(jìn)行烘烤，固化銀漿；S108 在印刷了銀柵線的樣品上，激光刻蝕前電極；
采用倍頻NchYVO4激光，在上述印刷銀柵線的樣品上，激光刻蝕前電極，可以刻蝕掉部分吸收層材料。完成集成內(nèi)聯(lián)電池組件的結(jié)構(gòu)加工。S109 激光刻蝕絕緣線；激光刻蝕絕緣線，絕緣線包括兩種A 采用倍頻NchYVO4激光刻蝕前電極及部分吸收層；B 采用倍頻Nd = YVO4激光刻蝕前電極，并在這一刻蝕位置上，采用Nd = YVO4將吸收層和背電極材料全部刻蝕掉。SllO 從集成內(nèi)聯(lián)組件引出電池的正極和負(fù)極，然后進(jìn)行封裝。請(qǐng)參考圖2，依照本發(fā)明的方法，制造出的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括聚酰亞胺襯底1，背反銀和透明導(dǎo)電膜氧化鋅制成的背電極 2，包含有N型硅基薄膜、I型硅基薄膜、P型硅基薄膜的吸收層3和透明導(dǎo)電膜氧化銦錫的前電極4，以及銀漿印刷的柵線5。激光刻蝕的背電極2后產(chǎn)生的刻槽6將背電極2分成多個(gè)小面積的區(qū)域；刻蝕吸收層3和前電極4的刻槽7以銀漿填充；在印刷了柵線后，刻蝕前電極4后的刻槽8。實(shí)施例一將聚酰亞胺襯底放入乙醇溶液，超聲波振蕩15分鐘，振蕩三次。用氮?dú)鈱⑶逑春玫木埘啺芬r底吹干，放入磁控濺射設(shè)備中，在400°C高真空狀態(tài)下烘烤一個(gè)小時(shí)；在 400°C高真空濺射銀背反射層，并在200°C高真空濺射氧化鋅層，背電極膜層總厚度約為 900nm。采用1064nm的激光刻蝕銀/氧化鋅背反層(刻槽6)，刻蝕線寬在30 μ m左右。分別在PECVD設(shè)備的三個(gè)不同反應(yīng)室內(nèi)沉積N、I、P三層薄膜。非晶硅薄膜沉積完畢后，將電池樣品自然冷卻至室溫，從PECVD設(shè)備中取出。放入磁控濺射設(shè)備中，100°C高真空狀態(tài)下，制備氧化銦錫透明前電極，膜層厚度約為80nm。采用532nm的激光刻蝕吸收層和氧化銦錫前電極層(刻槽7)，刻蝕線寬在70 μ m 左右，刻槽6和刻槽7間距約為60 μ m。采用低溫固化銀漿，用絲網(wǎng)印刷設(shè)備印刷銀柵線，并保證導(dǎo)電銀漿填充刻槽7，120°C烘烤電池樣品半個(gè)小時(shí)，固化銀漿。用532nm的激光刻蝕氧化銦錫層(刻槽8)，刻蝕線寬在60 μ m左右；刻槽7、8間距約為140 μ m;刻槽6、刻槽7、刻槽8相互平行，且依次右移(或左移)一定距離，，刻蝕三線的總寬度約為360 μ m?？涛g絕緣線，用532nm激光在電池周圍刻蝕氧化銦錫前電極及部分硅基吸收層， 引出電池的正負(fù)電極，并封裝電池，完成集成內(nèi)聯(lián)組件的制備。綜上所述，本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果首先，采用本發(fā)明提出的聚酰亞胺襯底硅基薄膜太陽(yáng)電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制造方法，可以提高電池的開路電壓，簡(jiǎn)化電池組件拼接的復(fù)雜性，組件的可靠性也會(huì)有很大的提尚ο其次，便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，加快該類型太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。滿足平流層飛艇、航空等對(duì)高功率一質(zhì)量比光伏電池的迫切需求。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式
。顯然，根據(jù)本說(shuō)明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，其特征在于，包括 步驟1 將聚酰亞胺襯底放入乙醇溶液中，經(jīng)多次超聲振蕩，清洗干凈，并吹干待用； 步驟2 采用磁控濺射設(shè)備，在清洗后的聚酰亞胺襯底上，制備銀和氧化鋅導(dǎo)電膜層作為背電極；步驟3:在濺射了背電極的樣品上，而1￥04激光刻蝕背電極膜層，將背電極分割成多個(gè)小面積區(qū)域；步驟4 在激光刻蝕了背電極的樣品上，制備NIP型硅基薄膜吸收層； 步驟5 采用磁控濺射的方法，在生長(zhǎng)了硅基吸收層的樣品上，制備氧化銦錫前電極； 步驟6 在生長(zhǎng)了前電極的樣品上，倍頻NchYVO4激光刻蝕前電極和吸收層； 步驟7 在上述激光刻蝕了前電極和吸收層的樣品上，通過(guò)印刷技術(shù)，在前電極膜層上印刷銀柵線，并用銀漿填充在前電極和吸收層的刻槽；步驟8 在印刷了銀柵線的樣品上，倍頻NchYVO4激光刻蝕前電極； 步驟9 激光刻蝕絕緣線；步驟10 從集成內(nèi)聯(lián)組件引出電池的正極和負(fù)極，然后進(jìn)行封裝。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，其特征在于，在步驟2中，制備背電極的腔室溫度為200°C，導(dǎo)電膜層厚度在600-1000nm。
3.如權(quán)利要求1所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，其特征在于，在步驟4中，制得的NIP型硅基薄膜吸收層為單結(jié)或雙結(jié)疊成結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，其特征在于，所述NIP型硅基薄膜電池結(jié)構(gòu)為磷摻雜N型硅基薄膜/I型硅基薄膜/硼摻雜P型硅基薄膜依次排列。
5.如權(quán)利要求1所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，其特征在于，在步驟5中制得的前電極膜層厚度在70-90nm，其制備的腔室溫度為100°C。
6.如權(quán)利要求1所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，其特征在于，步驟7中采用的銀漿為選擇低溫固化銀漿。
7.如權(quán)利要求1所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，其特征在于，步驟7還包括在較低溫度下烘烤樣品，固化銀漿。
8.如權(quán)利要求1所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，其特征在于，在步驟8中刻蝕掉部分吸收層材料。
9.如權(quán)利要求1所述的柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，其特征在于，步驟9包括兩種實(shí)現(xiàn)方式方式一采用倍頻NchYVO4激光刻蝕前電極及部分吸收層；方式二 采用倍頻Nd YVO4激光刻蝕前電極，并在這一刻蝕位置上，采用Nd YVO4將吸收層和背電極材料全部刻蝕掉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種柔性襯底硅基薄膜太陽(yáng)能電池集成內(nèi)聯(lián)組件的制備方法，涉及到太陽(yáng)電池集成內(nèi)聯(lián)技術(shù)，屬于新型能源中薄膜太陽(yáng)電池的領(lǐng)域。本發(fā)明在于根據(jù)襯底透光性差及電池為NIP結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)電池的內(nèi)聯(lián)方式，將激光刻蝕工藝貫穿于硅基薄膜太陽(yáng)電池制備的流程中，并將絲網(wǎng)印刷技術(shù)結(jié)合進(jìn)來(lái)，最終獲得硅基薄膜電池集成內(nèi)聯(lián)組件。有利于使生產(chǎn)提高并降低成本，加快該類型電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；提高大面積電池的開路電壓，有利于降低組件拼接的復(fù)雜性，提高組件的可靠性。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102270694SQ20101019114
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者陳亮, 陳鳴波, 馬寧華 申請(qǐng)人:上海空間電源研究所