一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池及其製備方法
2024-02-24 19:30:15
專利名稱：一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種內部並聯低電壓輸出的矽基薄膜太陽能電池及製備方法，屬於太陽能光電轉換技術領域。
背景技術：
矽基薄膜太陽能電池是光伏行業裡被認為是極具潛力的光伏電池器件。矽基薄膜材料作為一種光電功能轉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製得了氫化非晶矽(a_Si:H)薄膜，發現了非晶矽薄膜的摻雜效應。1975年Dundee大學的W. E. Spear等成功實現了對非晶矽薄膜的改進和替位式摻雜， 發現了氫的飽和懸掛鍵的作用以及非晶矽薄膜優越的光敏性能。1976年，美國RCAWD. E. Carlson等研製出了 p-i-n結構非晶矽薄膜器件，光電能量轉換效率達到2. 4%，由此掀起了對非晶矽薄膜太陽能電池的研究熱潮。1980年，Carlson等人將非晶矽電池器件的轉換效率提升至8%，標誌著達到了可用於生產的技術水平，成為最早實現產業化的薄膜電池。隨著近三十年來的研究發展，非晶矽薄膜太陽能電池產業化能量轉換效率已經達到10%以上，目前全世界有數十所大學、國家實驗室和公司從事矽基薄膜太陽能電池的研究，其產業化技術正日趨成熟。矽基薄膜太陽能電池與傳統晶矽電池相比有成本低、弱光性能好、柔韌性強、生產能耗少、汙染少等優點。然而，在光伏市場上，目前多晶矽以及單晶矽太陽能電池組件仍是主流。因此，在併網和離網市場，配合太陽能電池組件工作的逆變器、蓄電池等光伏系統設備的規格大都是基於塊狀晶矽太陽能電池或組件系列。晶矽電池的開路電壓在70V以下， 而矽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)。將針對晶矽組件低電壓特性設計的逆變器等系統應用於較高電壓的矽基薄膜電池組件上，勢必會增加系統成本。因而，發展低電壓矽基薄膜電池組件是目前薄膜光伏電池市場上的一個趨勢。矽基薄膜電池開路電壓較高是非晶矽薄膜材料本身以及電池組件的生產方式所決定。一方面，非晶矽材料比晶矽材料具有較低的自由載流子密度和電導率，短路電流密度也低於晶矽電池組件。所以對於相同的輸出功率，非晶矽薄膜電池需要更高的開路電壓來彌補較低的短路電流。另一方面在生產過程中，非晶矽薄膜太陽能電池由雷射刻劃，將整塊電池芯板(通常稱沒封裝的電池為芯板或晶片)分割成具有數十或上百個具有一定寬度的單元電池節，其串聯後組成一個矽基薄膜電池(通常封裝後為電池組件)。這樣，整個電池組件的輸出開路電壓是各個單元電池節開路電壓之和。申請號為95104992. 5的中國發明專利公開了一種內聯式集成型非晶矽太陽能電池，通過雷射刻劃將不同單元電池節內部串聯起來。為了能夠降低矽基薄膜太陽能電池的輸出電壓，將電池板分成數個區域，匯流並聯輸出。申請號為201010502031.9的中國發明專利「一種高功率低電壓矽基薄膜太陽能電池及其製造方法」公開了一種將電池分區域，匯流並聯連接的低電壓矽基薄膜太陽能電池。雖實現了低電壓，但在背電極上通過焊接導電帶，將其共用陽極(陰極)並聯，使背電極導電帶排布變得較複雜和厚度增加(導電帶與下面絕緣帶加起來總厚度一般在0. 3mm以上)，會增加電池後序層壓工藝封裝難度。若導電帶排布相互交叉，形成迴路死區，則在後序層壓工藝中容易形成氣泡殘餘，影響產品耐候性能，無法通過溼漏等電性能測試，造成不良品、次品。試驗證明並聯區域越多，導電帶排布越複雜，三個以上的區域進行並聯，背電極上的導電帶排布基本上不可避免地會出現迴路死區。採用基於導電帶連接的外部並聯結構， 增加了封裝工藝的難度和相應生產成本。
發明內容
本發明的目的在於改進現有技術的不足，將電池芯板分區域，將不同區域內的單元電池並聯，以獲得矽基薄膜太陽能電池大功率低電壓輸出特性。本發明的另一目的，避免因並聯出現的迴路死區、迴路交叉等，避免和減少導電帶引發的後續工藝中氣泡殘餘，以增加矽基薄膜太陽能電池組件的耐候性。為實現本發明任務，所提出的技術解決方案是基於矽基薄膜太陽能電池PIN結各單元電池節內部串聯形成的電池組件結構，其特徵在於絕緣襯底的透明導電膜上設置前電極導電區域，包括前電極導電區域內單元電池節相同極性的共用電極和前電極預埋絕緣線，還包括預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域形成內部並聯輸出。由雷射橫向刻劃線垂直於縱向分布的前電極區域內的第一溝道的上下兩端，分別為前電極的頂端預埋絕緣線和底端預埋絕緣線，該絕緣線在前電極區域的共用電極區域有缺口，該缺口覆蓋有前電極透明導電膜層。所說的前電極區域的共用電極將整個前電極透明導電膜分成多個並聯區域，該並聯區域由預埋絕緣線外透明電導膜連接形成並聯；以上所說的預埋絕緣線垂直於雷射刻劃光電轉換層形成的第二溝道，該溝道與預埋絕緣線之間由一定間隙。預埋絕緣線與第二溝道的位置不會產生交叉。雷射刻劃背電極形成的第三溝道， 沿著垂直於第三溝道方向，對應前電極預埋絕緣線位置分別刻除背電極和光電轉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。本發明實施過程中產生的積極效果主要表現在通過雷射對前電極透明導電膜區域進行刻劃，直接實現薄膜太陽能電池組件分區的內部並聯，形成低電壓高功率輸出。製備電池芯板對並聯的區域數目沒有限制，各不同區域的內部並聯已在前電極雷射刻劃的過程中形成。最後輸出功率信號，只要選擇一對不同極性的共用電極到接線盒，無需複雜的導電帶，避免了迴路死區的形成。便於後部封裝控制層壓工藝，以保障產品的耐候性。這是導電帶外部並聯不可能實現的。
以下結合附圖進一步說明本發明內部並聯低電壓矽基薄膜太陽能電池組件的工作原理
圖1(a)、是本發明的前電極雷射刻劃示意圖。圖1(b)、是相對比於圖1(a)中前電極雷射刻劃示意圖的內部並聯電路示意圖。圖2、是本發明光電轉換層雷射刻線示意圖。
圖3、是本發明背電極雷射刻線以及組件絕緣線示意圖。圖4、是本發明的內部並聯低電壓組件的芯版橫向剖視圖。圖5、是本發明中實施例2的前電極雷射刻劃示意圖。圖6、本發明中實施例3的前電極雷射刻劃示意圖。圖7、是本發明的內部並聯低電壓組件的芯版縱向剖視圖。共用電極將整個單元電池組件分成不同的區域；相同極性的共用電極通過前電極預埋絕緣線外的透明電極內部連接，將各單元電池組件分布在不同區域形成內部並聯輸出，在組件的各區域內，雷射刻劃第一溝道、第二溝道、第三溝道將各區域內的單元電池節串聯起來；不同的組件區域內，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，形成光電性能輸出無需複雜的導電帶排布來實現組件分區域的外部並聯；這樣，由於避免了導電帶迴路死區的形成，組件在後部封裝階段，更易於控制層壓工藝，提高了產品的耐候性。同時採用內部並聯的結構，對並聯的區域數目沒有限制，甚至可以實現所有單元電池節的內部並聯，這也是採用導電帶外部並聯的方式所不可能實現的。圖1 (a)其中1為傳統的前電極雷射刻線槽，即第一溝道，刻除前電極透明導電膜， 將整個電池芯板劃分成若干單元電池節；2，4，7，9為四個選定的共用電極區域；3和8分別為頂端和底端前電極預埋絕緣線，頂端前電極預埋絕緣線3在共用電極區域7和9處留有缺口。共用電極區域7和9分別通過頂端前電極預埋絕緣線3外的透明導電膜5連接起來， 為共用陰極輸出。同樣地，底端前電極預埋絕緣線8在共用電極區域2和4處留有缺口，因此，共用電極區域2和4即通過底端預埋絕緣線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，實現內部並聯輸出，其輸出的開路電壓相當於常規輸出的三分之一，而其輸出的短路電流則相當於常規輸出的三倍。圖1 (b)其中四個電路節點分別對應四個共用電極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通過底端預埋絕緣線外的透明導電膜連接，相當於將三個電池串的陽極連接起來；同時共用電極7和9通過頂端預埋絕緣線外的透明導電膜連接，相當於將三個子電池串的陰極連接起來，形成內部並聯輸出；由圖1(b)可以看出，這種內部並聯的結構的實現，除了需要通過前電極刻劃實現共用電極的連接，同時三個區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、是本發明光電轉換層雷射刻線示意圖。圖中10為光電轉換層雷射刻線槽， 即第二溝道，雷射將光電轉換膜層刻除掉。圖中虛線表示圖1(a)中前電極預埋絕緣線3和 8的位置。本發明中第二溝道的線槽與傳統的光電轉換層的線槽不同，區別在於本發明中的第二溝道長度要略短於圖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埋絕緣線l_3mm，第二溝道的底端距離底端前電極預埋絕緣線l_3mm。這樣，在沉積背電極的時候，就避免了背電極與前電極預埋絕緣線外的透明導電膜直接接觸，降低了電池內部微短路的機率，提高了並聯電阻，對整個電池的性能輸出是有益的。同時，本發明中的第二溝道與第一溝道的相對位置，在不同區域依次相反。在圖1(a)中共用電極2和共用電極7之間的電池區域，第二溝道在第一溝道的右側；在共用電極7和共用電極4之間的電池區域，第二溝道在第一溝道的左側；在共用電極4與共用電極9之間的電池區域，第二溝道在第一溝道的右側。圖3、是本發明背電極雷射刻線以及絕緣線示意圖。圖中11為背電極雷射刻線槽， 即第三溝道。圖中12和13分別為頂端芯板絕緣線和底端芯板絕緣線，其位置分別與圖1中的頂端預埋絕緣線3、底端預埋絕緣線8重合，且絕緣線12和13的雷射刻線寬度(線寬) 略寬於預埋絕緣線3和8的雷射刻線寬度，這樣可以避免前電極雷射刻線邊緣的毛刺與背電極接觸，降低電池區域微短路的機率。本發明中第三溝道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域依次相反。圖4、是本發明的內部並聯低電壓組件的芯版橫向剖視圖。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(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；16是光電轉換層，可以為非晶矽單結結構，也可以為非晶/微晶疊層結構；17是背電極，可以為氧化鋅與金屬的複合背電極，也可以為氧化鋅背電極；18是導電連接處，將並聯後的電池組件光電性能通過接線盒輸出。圖4中的2，4，7，9分別對應於圖1(a)中的共用電極2，4，7，9。組件通過共用電極 2,4, 7，9以及前電極預埋絕緣線外的透明導電膜5和6形成各區域電池串的內部並聯，在電池芯板製備完成後，通過與共用電極連接的相鄰單元電池節的背電極(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、是本發明中實施例2的前電極雷射刻劃示意圖。圖中20為前電極雷射刻線槽，即第一溝道，將電池芯板分成若干單元電池節。在導電膜區域內等間距選擇21，23，25， 27，29，30作為共用電極，將整個芯板分成五個區域。其中21，23，25為共用陽極，27，29，30 為共用陰極。圖中22和觀分別為頂端預埋絕緣線和底端預埋絕緣線。頂端預埋絕緣線22 在共用電極27，29，30處留有缺口 ；底端預埋絕緣線觀在共用電極21，23，25處留有缺口。 這樣，共用電極21，23，25即通過底端預埋絕緣線外的透明導電膜沈連接起來；共用電極 27，29，30即通過頂端預埋絕緣線外的透明導電膜M連接起來，最終形成內部並聯輸出。圖6、本發明中實施例3的前電極雷射刻劃示意圖。圖中31為前電極雷射刻線槽， 即第一溝道，將電池芯板分成若干單元電池節。在該芯板區域內等間距選擇32，34，35作為共用電極，將整個電池分成兩個區域。其中32，35為共用陽極，34為共用陰極。圖中33和 37分別為頂端預埋絕緣線和底端預埋絕緣線。底端預埋絕緣線37在共用電極32，35處留有缺口 ；頂端預埋絕緣線33不留缺口。這樣，共用電極32，35即通過底端預埋絕緣線外的透明導電膜36連接起來；與共用電極34最終形成內部並聯輸出。圖7、是本發明的內部並聯低電壓組件的芯版縱向剖視圖。圖中3和8分別為頂端和底端預埋絕緣線，12和13分別頂端和底端芯板絕緣線，其刻線寬度要寬於預埋絕緣線寬度，以確保絕緣效果。14是透明絕緣襯底，15是前電極，16是光電轉換層，17是背電極。結合附圖進一步說明本發明內部並聯的低電壓矽基薄膜太陽能電池組件的製備方法和步驟如下
見圖4，清洗絕緣襯底以浮法玻璃、超白玻璃、高矽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經磨邊、倒角及粗清洗。通過自動光學檢測系統AOI檢測玻璃表面潔淨程度以及內部氣泡或劃痕殘餘；
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 ；
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。雷射刻劃前電極圖形採用紅外波段(1064nm)的雷射或紫外波段(355nm)的雷射，刻劃前電極第一溝道1，該溝道兩端分別距離襯底頂端和底邊邊緣16mm-20mm ；
預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埋絕緣線3、 8，線寬為40-80μπι。其中，頂端預埋絕緣線3在共用電極7與共用電極9處有3_5mm寬的缺口 ；底端預埋絕緣線8在共用電極2和共用電極4處有3-5mm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連接並聯，共用電極2和4則通過底端絕緣線外8的透明導電膜6連接並聯。見圖2，刻劃光電轉換膜層採用532nm波長雷射刻除電轉換膜層，形成第二溝道 10，第二溝道10兩端分別距離頂端預埋絕緣線3和底端預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的不同區域內，依次緊鄰第一溝道1的右側和左側。 前電極上的非晶矽(p-i-n)、微晶矽(p-i-n)或者單結非晶矽(ρ-i-n)薄膜層，作為光電轉換膜層16。見圖3，刻劃背電極採用532nm波長雷射刻除背電極導電膜形成第三溝道11，雷射功率<300mW，雷射刻劃不會損傷前電極導電膜層。第三溝道11與預埋絕緣線12和13 交叉，且穿過整個電池區域。第三溝道11的位置，在被共用電極2，4，7，9分出的不同區域內，依次緊鄰第二溝道10的右側和左側。在垂直於第三溝道11的位置的頂端和底端，刻除背電極膜層、光電轉換膜層、前電極膜層，頂端絕緣線12和底端芯板絕緣線13，線寬為 130-200Mm。採用532nm雷射，控制功率300mW以下，頻率為25_40Hz，不損傷前電極，去除光電功能轉換層以及背電極。背電極在光電轉換層上，採用濺射或化學氣相沉積形成透明導電膜背電極或者金屬複合背電極17。在後部封裝工序中，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。雷射清邊寬度為13_15mm，雷射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，其塗覆寬度為10-12mm。組件封裝，採用EVA或PVB以及半鋼化背板玻璃作為媒介，進行層壓封裝。最後進行性能測試，分等級包裝入庫。至此，具有內部並聯結構的低電壓矽基薄膜太陽能電池組件製備完畢。
具體實施例方式實施例1
見圖1(a)、圖2、圖3、圖4，本實施例採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，非晶矽p-i-n結構薄膜作為光電功能轉換層，摻鋁氧化鋅與鋁複合導電膜(AZ0+A1)作為背電極，整個組件區域由四條共用電極劃分為三個區域，內部電極並聯匯流輸出。製備如下
1.見圖4，選用3. 2mm厚度的超白玻璃作為透明絕緣襯底14，經過超聲清洗以及AOI表面顆粒度的檢測，送入金屬有機化學氣相沉積設備MOCVD中，採用硼烷、二乙基鋅、去離子水以及氫氣作為反應媒介，沉積摻硼氧化鋅薄膜，厚度在1. 3-1. 7Mm，作為前電極15 ；
2.圖l(a)，BZ0鍍膜玻璃經過精清洗，去除表面沉積顆粒，溫度降低至50攝氏度以下， 採用355nm紫外雷射，所示的第一溝道1，兩端距離玻璃襯底頂端和底端邊緣各17mm。雷射功率2-3W，頻率130KHz，刻劃速度80m/min。在組件區域內等間距地選擇四條共用電極 2，4，7，9，採用355nm紫外雷射，分別在距離襯底頂端和底端邊緣各19mm處刻劃兩條預埋絕緣線3和8，線寬為35-45Mm，刻劃速度SOm/min。頂端預埋絕緣線3在共用電極7和9處留有5mm缺口，底端預埋絕緣線8在共用電極2和4處留有5mm缺口。共用電極2禾Π 4作為共用陽極，通過底端預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， 通過頂端預埋絕緣線外的透明導電膜5並聯連接。3.見圖2在透明導電膜上沉積非晶矽p-i-n單結結構，作為光電功能轉換層16， P層厚度10-50nm，i層厚度700_800歷，η層厚度50_100nm。採用523nm波長的雷射，刻劃第二溝道10。第二溝道10兩端分別與預埋絕緣線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1右側；在共用電極7和4之間，第二溝道10緊鄰第一溝道1左側；在共用電極4和9之間，第二溝道10緊鄰第一溝道1右側。雷射IOOmW,頻率35Hz，刻劃速度90m/min，線寬30Mm。4.見圖3、圖4，在光電功能轉換層16之上，採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。採用532nm雷射，刻劃第三溝道11。 第三溝道11與預埋絕緣線位置交叉，且穿過整個組件區域。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；在共用電極7和4之間，第三溝道11緊鄰第二溝道 10左側；在共用電極4和9之間，第三溝道11緊鄰第二溝道10右側。雷射功率^OmW,頻率 25kHz，刻劃速度 80m/min，線寬;35-40Mm。5.見圖3，在與前電極預埋絕緣線相同的位置，採用532nm雷射刻劃兩條絕緣線 12和13，去除光電功能轉換層以及背電極，不損傷前電極。雷射功率300mW，頻率25kHz，刻劃速度80m/min，線寬130Mm。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.雷射清邊寬度15mm，採用熱熔丁基膠作為邊封膠，塗覆寬度13mm。裁切EVA膜， 採用半鋼化背板玻璃，經過層壓封裝、測試分類，最後包裝入庫。製備完成。實施例2
見圖5，採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，非晶矽P-i-n結構薄膜作為光電功能轉換層，摻硼氧化鋅導電膜(BZO)作為背電極，如圖5，整個組件區域由六條共用電極劃分為五個區域，內部並聯輸出。製備如下
1.選用4mm厚度的超白玻璃作為透明絕緣襯底14，經過超聲清洗以及AOI表面顆粒度的檢測，送入金屬有機化學氣相沉積設備MOCVD中，採用硼烷、二乙基鋅、去離子水以及氫氣作為反應媒介，沉積摻硼氧化鋅薄膜，厚度在1. 9Mm，作為前電極15 ；
2.BZO鍍膜玻璃經過精清洗，去除表面沉積顆粒，溫度降低至50攝氏度以下，採用 355nm紫外雷射，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。雷射功率3W，頻率125KHz，刻劃速度90m/min。在組件區域內等間距地選擇六條共用電極21，23，25，27，四，30，將整個芯板劃分成五個區域。採用355nm紫外雷射，分別在距離襯底頂端和底端邊緣各21mm處刻劃兩條預埋絕緣線3和8，線寬為45Mm，刻劃速度85m/ min。如圖5，頂端預埋絕緣線22在共用電極27，29，30處留有5mm缺口，底端預埋絕緣線觀在共用電極21，23，25處留有5mm缺口。共用電極21，23，25作共用陽極，通過底端預埋絕緣線外的透明導電膜沈連接並聯，共用電極27，29，30作共用陰極，通過頂端預埋絕緣線外的透明導電膜M連接並聯。這樣，六條共用電極將芯板劃分成的五個區域即通過內部導電膜並聯起來，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矽p-i-n單結結構，作為光電功能轉換層。採用523nm 波長的雷射，刻劃第二溝道。第二溝道兩端分別與預埋絕緣線22和觀距離1. 5mm，在共用電極21和27之間，第二溝道緊鄰第一溝道20右側；在共用電極27和23之間，第二溝道緊鄰第一溝道20左側；在共用電極23和四之間，第二溝道緊鄰第一溝道20右側；在共用電極四和25之間，第二溝道緊鄰第一溝道20左側；在共用電極25和30之間，第二溝道緊鄰第一溝道20右側。雷射90mW，頻率45Hz，刻劃速度85m/min，線寬35Mm。4.在光電功能轉換層16之上，MOCVD的方法依次沉積1. 6Mm厚度摻硼氧化鋅BZO 作為背電極17。採用532nm雷射，刻劃第三溝道。第三溝道與預埋絕緣線位置交叉，且穿過整個組件區域。在共用電極21和27之間，第三溝道緊鄰第二溝道右側；在共用電極27和 23之間，第三溝道緊鄰第二溝道左側；在共用電極23和四之間，第三溝道緊鄰第二溝道右側；在共用電極四和25之間，第三溝道緊鄰第二溝道左側；在共用電極25和30之間，第三溝道緊鄰第二溝道右側。雷射功率300mW，頻率30kHz，刻劃速度lOOm/min，線寬45Mm。5.在與預埋絕緣線相同的位置，採用532nm雷射刻劃兩條芯板絕緣線，去除光電功能轉換層以及背電極，不損傷前電極。雷射功率^OmW,頻率35kHz，刻劃速度lOOm/min， 線寬145Mm。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.雷射清邊寬度17mm，採用熱熔丁基膠作為邊封膠，塗覆寬度15mm。裁切EVA膜， 採用半鋼化背板玻璃，經過層壓封裝、測試分類，最後包裝入庫。製備完成。實施例3
見圖6，採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，非晶矽/微晶矽疊層結構薄膜作為光電功能轉換層，摻硼氧化鋅導電膜(BZO)作為背電極，如圖6整個組件區域由三條共用電極劃分為兩個區域，內部並聯輸出。製備如下
1.選用3.2mm厚度的超白玻璃作為透明絕緣襯底14，經過超聲清洗以及AOI表面顆粒度的檢測，送入金屬有機化學氣相沉積設備MOCVD中，採用硼烷、二乙基鋅、去離子水以及氫氣作為反應媒介，沉積摻硼氧化鋅薄膜，厚度在1. 4Mm，作為前電極15 ；
2.BZO鍍膜玻璃經過精清洗，去除表面沉積顆粒，溫度降低至50攝氏度以下，採用 355nm紫外雷射，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。雷射功率1. 5W，頻率120KHz，刻劃速度75m/min。如圖6所示，在組件區域內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域。採用355nm紫外雷射，分別在距離襯底頂端和底端邊緣各19mm處刻劃兩條預埋絕緣線33和37，線寬為35Mm，刻劃速度 75m/min。如圖6，底端預埋絕緣線37在共用電極32，35處留有5mm缺口，頂端預埋絕緣線 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域即通過內部導電膜並聯起來，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矽/微晶矽疊層結構，作為光電功能轉換層。採用 523nm波長的雷射，刻劃第二溝道。第二溝道兩端分別與預埋絕緣線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；在共用電極34和35之間，第二溝道緊鄰第一溝道31左側。雷射功率100mW，頻率55Hz，刻劃速度95m/min，線寬40Mm。4.在光電功能轉換層16之上，用MOCVD的方法依次沉積1. 5Mm厚度摻硼氧化鋅 BZO作為背電極17。採用532nm雷射，刻劃第三溝道。第三溝道與預埋絕緣線位置交叉，且穿過整個組件區域。在共用電極32和34之間，第三溝道緊鄰第二溝道右側；在共用電極34 和35之間，第三溝道緊鄰第二溝道左側。雷射功率^OmW,頻率25kHz，刻劃速度90m/min， 線寬40Mm。5.在與預埋絕緣線相同的位置，採用532nm雷射刻劃兩條芯板絕緣線，去除光電功能轉換層以及背電極，不損傷前電極。雷射功率^OmW,頻率40kHz，刻劃速度lOOm/min， 線寬150Mm。6.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.雷射清邊寬度15mm，採用熱熔丁基膠作為邊封膠，塗覆寬度13mm。裁切EVA膜， 採用半鋼化背板玻璃，經過層壓封裝、測試分類，最後包裝入庫。製備完成。本發明中的關鍵技術是採用雷射刻線的方式，刻劃前電極頂端和底端預埋絕緣線時，在相應的共用電極處留有缺口，使得相應的共用電極通過預埋絕緣線外的透明導電膜內部連接起來，這樣，在電池芯板製備完成時，被共用電極分成的不同區域內的電池串通過透明導電膜形成內部並聯結構。既實現了矽基薄膜太陽能電池組件的高效率低電壓輸出， 同時也避免了基於背電極複雜導電帶排布連接的外部並聯方式所帶來的後部封裝問題。而且，採用本發明的內部並聯結構，可以實現任意數目區域的並聯，而不會增加後部封裝困難。
權利要求
1.一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，基於矽基薄膜太陽能電池PIN結各單元電池節內部串聯形成的電池組件結構，包括前電極及第一溝道和PIN結內部串聯結構的第二、 第三溝道，其特徵在於還包括前電極區域內的單元電池節，相同極性的共用電極和前電極預埋絕緣線及絕緣線之間的缺口，由預埋絕緣線外的透明導電膜連接各前電極區域內單元電池節構成內部並聯、匯流及電壓輸出。
2.根據權利要求1所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於所說的預埋絕緣線垂直於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埋絕緣線和底端預埋絕緣線，該絕緣線在前電極共用電極區域有缺口。
3.根據權利要求1所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於所說的共用電極將整個前電極透明導電膜分成多個並聯區域，該並聯區域由預埋絕緣線外透明導電膜連接形成內部並聯。
4.根據權利要求2所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於所說的前電極預埋絕緣線橫向分布並垂直於雷射刻劃光電轉換層形成的第二溝道的兩端，該第二溝道與預埋絕緣線之間有間隙。
5.根據權利要求1所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於所說的前電極預埋絕緣線分別對應於雷射刻除背電極和光電轉換膜層的絕緣線，垂直於第三溝道。
6.根據權利要求1所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於所說的內部並聯匯流及電壓輸出，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.根據權利要求1所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於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域內，由前電極預埋絕緣線外的透明電極內部連接，並形成內部並聯匯集電流。
8.根據權利要求1所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於所說的共用電極是將雷射刻劃的第一溝道、第二溝道、第三溝道串聯的單元電池節分區，形成內部並聯連接至接線盒。
9.根據權利要求7所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於所說的預埋絕緣線包括頂端前電極預埋絕緣線，及底端前電極預埋絕緣線在共用電極區域留有缺
10.根據權利要求9所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於所說的共用電極包括由頂端預埋絕緣線外的透明導電膜連接形的共用陰極輸出。
11.根據權利要求9所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於所說的共用電極，包括由前電極底端的預埋絕緣線外的透明導電膜連接形成內部並聯的陽極輸出ο
12.根據權利要求1所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池，其特徵在於所說的雷射刻除光電轉換膜層的第二溝道短於雷射刻除前電極第一溝道，第二溝道的兩端的位置與前電極預埋絕緣線位置未形成交叉。
13.一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池製備方法，基於矽基薄膜太陽能電池PIN結各單元電池節內部串聯製備方法，包括前電極及第一溝道和PIN結內部串聯結構的第二、 第三溝道，其特徵在於還包括採用雷射橫向刻劃前電極區域內的預埋絕緣線，形成相同極性的共用電極，在前電極預埋絕緣線之間有缺口，由預埋絕緣線外的透明導電膜連接各單元電池節構成內部並聯匯流及電壓輸出。
14.根據權利要求13所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池製備方法，其特徵在於所說的前電極預埋絕緣線是雷射沿橫向方向，垂直於縱向分布的前電極第一溝道的上下兩端，刻除前電極透明導電膜層所形成的頂端預埋絕緣線和底端預埋絕緣線，該絕緣線在前電極共用電極區域有缺口。
15.根據權利要求14所述的一種低壓大電流矽基薄膜太陽能電池製備方法，其特徵在於所說的雷射刻劃的前電極預埋絕緣線，將整個前電極透明導電膜分成多個並聯區域，該區域由預埋絕緣線外透明電導膜連接形成並聯連接的共用電極。
全文摘要
本發明涉及一種內部並聯低電壓輸出的矽基薄膜太陽能電池及製備方法，屬於太陽能光電轉換技術領域。主要技術特徵前電極區域內的單元電池節，相同極性的共用電極和前電極預埋絕緣線及絕緣線之間的缺口，由預埋絕緣線外的透明導電膜連接各前電極區域內單元電池節構成內部並聯、匯流及電壓輸出。本發明的積極效果，通過雷射對前電極透明導電膜區域進行刻劃，直接實現薄膜太陽能電池組件分區的內部並聯，形成低電壓高功率輸出。便於後部封裝控制層壓工藝，以保障產品的耐候性。
文檔編號H01L31/05GK102496643SQ201110408648
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者孫曉宇, 李毅 申請人:深圳市創益科技發展有限公司