用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法及其設備的製作方法
2023-06-20 12:47:41
專利名稱：用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法及其設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種劃線技術，尤其涉及用於薄膜太陽能電池生產的雷射劃線方法及其設備。
背景技術：
雷射劃線被廣泛應用於薄膜太陽能電池模組的生產.通過使用雷射劃線可以在單片基板上形成多個電池並串聯形成電池模組.傳統工藝通常採用3次雷射劃線P1、P2 和P3，其中Pl用於TCO的雷射劃線，然後進行半導體鍍膜，然後P2進行半導體膜的雷射劃線，然後背電極鍍膜，然後P3進行背電極雷射劃線。傳統工藝Pl和P2分別需要一臺劃線設備，而且Pl劃線後需要增加清洗步驟來去除Pl劃線形成的粉塵。第一太陽能公司的專利US6559411B2公開了一種在塗膜基板上雷射劃線的設備和方法，其中提及採用雷射劃線Pi放在半導體鍍膜之後，但它仍然使用兩臺雷射劃線設備分別作雷射劃線Pl和P2，並在Pl和P2之間增加一臺設備來填充Pl溝槽，生產成本高， 基板需二次定位，死區面積大，有效電池面積小。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種劃線定位準確、死區面積小、有效電池面積和轉換效率高、成本低的用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法。本發明的目的之二是提供一種劃線定位簡單準確、成本低的用於薄膜太陽能電池的劃線設備。本發明的第一技術目的是通過以下技術方案得以實現的
用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法，包括兩道劃線Pl和P2，Pl劃線使用雷射對透明導電氧化物膜(TCO)層進行劃線，P2劃線使用雷射對半導體膜層進行劃線，而所述兩道劃線Pl和P2均在半導體鍍膜之後和背電極鍍膜之前的時間內進行，所述Pl劃線穿越所述半導體膜層和所述透明導電氧化物膜層形成第一溝槽；所述P2劃線穿越所述半導體膜層形成與所述第一溝槽相平行的第二溝槽。本發明所述兩道劃線Pl和P2均在所述半導體鍍膜之後和所述背電極鍍膜之前的時間內進行是指兩道劃線Pl和P2可以同時在所述半導體鍍膜和所述背電極鍍膜之間的時間段內完成；也可以依次在該時間段內完成兩道劃線。本發明的雷射劃線方法至少具有以下四個優點
①將傳統的Pl雷射劃線、清洗、P2雷射劃線三段工藝步驟合併為一段工藝步驟，本發明的三道劃線Pl和P2可同時在所述半導體鍍膜之後和所述背電極鍍膜之前的這段時間內進行，生產方法簡單；
②本發明的Pl雷射劃線和P2雷射劃線在半導體鍍膜之後和背電極鍍膜之前的時間內、在同一機械平臺上進行，不存在不同設備間的定位誤差，也不需要嚴格控制玻璃基板的溫度，不存在溫度不同造成的熱膨脹等因素引起的定位精準度問題；③能減少死區面積，提聞有效電池面積和轉換效率；
④本發明將傳統的先進行Pi雷射劃線、再進行半導體鍍膜的方法變為先直接在TCO膜層上進行半導體鍍膜、再進行Pi劃線，避免了 Pi劃線後的清洗步驟，從而避免了可能的粉塵和沾汙問題，可提高TCO層和半導體膜層間的界面性能，優化電池性能和長期穩定性。作為本發明技術方案的一種優選，所述第二溝槽與所述第一溝槽的間距為20 50 μ m0作為本發明技術方案的一種優選，所述雷射劃線方法還包括採用絕緣材料填充所述Pi雷射劃線後形成的所述第一溝槽。作為本發明技術方案的進一步優選，所述絕緣材料為絕緣材料墨水，所述填充通過噴墨列印形成。再優選地，在所述半導體膜層上進行背電極鍍膜形成背電極層，然後在所述背電極層上進行第三道P3劃線，所述P3劃線穿越所述背電極層形成第三溝槽。本發明的第二技術目的是通過以下技術方案實現的
用於薄膜太陽能電池的劃線設備，包括兩個或兩組雷射頭，一個或一組用於Pi劃線， 另一個或一組用於P2劃線，使用雷射劃線形成的第一溝槽和第二溝槽相互平行。傳統用於薄膜太陽能電池的劃線設備至少需要兩臺雷射劃線機來進行Pl和P2 劃線，而雷射劃線機是薄膜太陽能電池生產中成本較大的裝置；本發明用於薄膜太陽能電池的Pl和P2劃線裝置合併為一臺劃線機，使裝置成本大幅降低，實現本發明特殊的劃線方法。作為本發明技術方案的一種優選，在所述劃線設備的平臺上還配備有填充裝置。本發明所述填充裝置用於填充所述第一溝槽，所述填充裝置形成的填充線與雷射劃線形成的第一溝槽完全重疊。本發明在同一個劃線設備平臺上整合填充裝置，用於在所述半導體鍍膜之後和所述背電極鍍膜之前的相同時間段進行所述Pl劃線、P2劃線和Pl劃線形成的第一溝槽的填充，使設備成本進一步降低。再優選地，所述填充裝置為噴墨式列印頭或雷射列印頭。
圖Ia-圖If是傳統用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法的示意圖2a_圖2f是本發明用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法的示意圖3是本發明用於薄膜太陽能電池的劃線設備的示意圖4a是傳統用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法的工藝流程圖4b是本發明用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法的工藝流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。圖I系列為是傳統用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法的示意圖，帶有透明氧化物TCO膜層110的玻璃基板100 (圖la)，受到第一次雷射劃線Pl形成TCO溝槽114 (圖 lb)，然後對玻璃基板100進行清洗，接著在劃線後的TCO膜層110上鍍半導體膜120 (圖
4lc)，玻璃基板100接受第二次雷射劃線P2，形成半導體層溝槽124 (圖Id);然後繼續在劃線後的半導體膜層120上鍍背電極膜層130(圖le)，玻璃基板100接受第三次雷射劃線P3， 形成背電極溝槽134 (圖lf)，背電極溝槽134隻需涉及背電極層即可，但通常傳統的第三次雷射劃線P3會同時穿透被電極膜層130和半導體膜層120。雷射劃線114和124間的部分屬於死區(距離通常200微米以上)，對電流轉換沒有貢獻。實施例一
圖2系列是本發明用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法的示意圖。帶有透明氧化物 TCO膜層110的基板100 (圖2a)，在接受任何雷射劃線之前先鍍半導體膜120 (圖2b)，當使用圖3所示的劃線設備時，玻璃基板100傳輸的過程中，玻璃基板100同時受到兩個雷射劃線Pl和P2，其中雷射劃線Pl發出的雷射束穿越TCO膜層110和半導體膜層120形成第一溝槽122，雷射劃線P2隻穿透半導體膜層120形成第二溝槽126，第一溝槽122與第二溝槽126相平行，見圖2c。同時噴墨列印頭噴出絕緣材料墨水128填充雷射劃線Pl形成的第一溝槽122，見圖2d。然後繼續在劃線後的半導體膜層120上鍍背電極膜層130(圖2e)，玻璃基板100接受第三次雷射劃線P3，形成背電極溝槽134 (圖2f)，由於兩道雷射劃線在同一個機械平臺中同時完成，不存在不同設備間的定位誤差，也不需要嚴格控制玻璃基板100 的溫度。因為不存在熱膨脹引起的定位變化，第一溝槽122與第二溝槽126的距離可以很容易地控制到20微米，與傳統的薄膜太陽能電池相比，光電轉換效率可至少提高2% 5%。實施例二
雷射劃線方法同實施例一。不同的是在所述半導體鍍膜之後和所述背電極鍍膜之前的時間內先進行Pl雷射劃線，再進行噴墨列印以填充第一溝槽122，然後再進行P2雷射劃線。雖然兩道雷射劃線Pl和P2先後完成，但基板沒有離開機械平臺，不存在二次定位的誤差，不同於傳統的兩道雷射劃線Pl和P2在三次鍍膜之間完成，也不需要嚴格控制玻璃基板100的溫度，因為不存在熱膨脹引起的定位變化，第一溝槽122與第二溝槽126的距離可以很容易地控制到20 50微米，死區面積減小。然後繼續在劃線後的半導體膜層120上鍍背電極膜層130，基板100接受第三次雷射劃線P3，形成背電極溝槽134，見圖2f。圖3可以更直觀地顯示本發明的工作原理。半導體鍍膜完成後，玻璃基板100與雷射頭或填充裝置保持相對運動。例如，玻璃基板100運行，雷射頭和填充裝置保持靜止， 雷射頭I發射的雷射束3在基板100上形成溝槽122 ;雷射頭2發射的雷射束4在基板100 上形成溝槽126 ;噴墨列印頭5使用絕緣材料墨水填充溝槽122形成線條128 ;三個步驟在同一個設備中可以同時進行，也可以依次進行。從圖4a和圖4b的對比也可以看出，傳統工藝中第一次雷射劃線Pl後的玻璃清洗步驟330容易引入粉塵，汙染後續的鍍膜層。而本實施例的工藝是將半導體膜層120直接鍍在TCO膜層110的新鮮乾淨表面上，有助於提到界面特性，提高電池模件的性能。本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，其並不是對本發明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書後可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本發明的權利要求範圍內都受到專利法的保護。
權利要求
1.用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法，包括兩道劃線Pl和P2，Pl劃線使用雷射對透明導電氧化物膜層進行劃線，P2劃線使用雷射對半導體膜層進行劃線，其特徵在於所述兩道劃線Pl和P2均在半導體鍍膜之後和背電極鍍膜之前的時間內進行，所述Pl劃線穿越所述半導體膜層和所述透明導電氧化物膜層形成第一溝槽；所述P2劃線穿越所述半導體膜層形成與所述第一溝槽相平行的第二溝槽。
2.根據權利要求I所述的用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法，其特徵在於還包括 採用絕緣材料填充所述Pl劃線後形成的所述第一溝槽。
3.根據權利要求2所述的用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法，其特徵在於所述絕緣材料為絕緣材料墨水，所述填充通過噴墨列印形成。
4.根據權利要求3所述的用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法，其特徵在於在所述半導體膜層上進行背電極鍍膜形成背電極層，然後在所述背電極層上進行第三道P3劃線， 所述P3劃線穿越所述背電極層形成第三溝槽。
5.根據權利要求I所述的用於薄膜太陽能電池的雷射劃線方法的劃線設備，其特徵在於包括兩個或兩組雷射頭，一個或一組用於Pl劃線，另一個或一組用於P2劃線，使用雷射劃線形成的第一溝槽和第二溝槽相互平行。
6.根據權利要求5所述的用於薄膜太陽能電池的劃線設備，其特徵在於在所述劃線設備的平臺上還配備有填充裝置。
7.根據權利要求6所述的用於薄膜太陽能電池的劃線設備，其特徵在於所述填充裝置為噴墨式列印頭或雷射列印頭。
全文摘要
本發明涉及一種雷射劃線技術,尤其涉及用於薄膜太陽能電池生產的雷射劃線方法及其設備。該方法包括兩道劃線P1和P2，P1劃線使用雷射對透明導電氧化物膜(TCO)層進行劃線，P2劃線使用雷射對半導體膜層進行劃線，而兩道劃線P1和P2均在半導體鍍膜之後和背電極鍍膜之前的時間內進行，P1劃線穿越半導體膜層和透明導電氧化物膜層形成第一溝槽；P2劃線穿越半導體膜層形成與第一溝槽相平行的第二溝槽。用於薄膜太陽能電池的劃線設備，包括兩個或兩組雷射頭，一個或一組用於P1劃線，另一個或一組用於P2劃線。本發明生產工藝簡單、成本低、能優化電池性能和長期穩定性。
文檔編號B23K26/36GK102593238SQ20111030476
公開日2012年7月18日 申請日期2011年10月10日 優先權日2010年10月12日
發明者梅芳, 趙軍 申請人:上方能源技術(杭州)有限公司