專利名稱：應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法，屬于薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，光伏建筑一體化(BIPV)建筑是最先進、最有潛力的高科技綠色節(jié)能建筑，也是目前世界上大規(guī)模利用光伏技術(shù)的重要方向。BIPV是指將太陽能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的維護結(jié)構(gòu)外表面來提供電力。由于光伏方陣與建筑的結(jié)合不占用額外的地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中廣泛應(yīng)用的最佳安裝方式，因而倍受關(guān)注。根據(jù)光伏組件與建筑結(jié)合形式的不同，BIPV系統(tǒng)可分為兩大類一類是光伏組件與建筑的結(jié)合，將光伏組件依附于建筑物上，建筑物作為光伏組件載體，起支承作用。另一類是光伏組件與建筑的集成，光伏組件以一種建筑材料的形式出現(xiàn)，光伏組件成為建筑不可分割的一部分，如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂?shù)?、具有發(fā)電、隔熱、遮陰及防紫外線等多種功能，顯然后者將大大減少建筑材料的消耗，更有利于未來BIPV的發(fā)展；本發(fā)明主要適用于第二類BIPV。可以與建筑集成的太陽電池組件種類包括單晶硅、多晶硅以及硅基系列薄膜電池、碲化鎘系列薄膜電池、銅銦鎵錫系列薄膜電池等，其中后者幾類薄膜電池以其獨特的美觀性能(透射光為自然光，可以實現(xiàn)均勻透光)、穩(wěn)定可靠的發(fā)電性能、經(jīng)濟低廉的成本和設(shè)計選型的多樣性，能夠比較完美的實現(xiàn)光伏建筑一體化。要使薄膜電池組件代替當前建筑中普遍使用的玻璃幕墻，組件必須具有透過一定自然光的能力，目前通常使用的工藝是采用激光劃刻的方法，一般的工藝流程為當電池的背電極沉積完后，利用波長為532nm的高能密度的激光束，把組件中的背電極和吸收層刻蝕掉，露出前透明導(dǎo)電薄膜，這樣自然光就可以透過組件。通過控制激光頭的運動，在電池上可以制作出具有規(guī)則的溝槽狀結(jié)構(gòu)的透光結(jié)構(gòu)，組件的透光率可以通過改變劃刻溝槽狀結(jié)構(gòu)的線寬和密度來調(diào)整。但上述方法存在許多無法克服的缺點(1)、首先該技術(shù)產(chǎn)率較低，以面積為1. IX 1.3m2、透光率30%的電池組件為例，假如激光劃刻速度達到1. 5m/s，光斑直徑范圍通常為200 μ m，為了實現(xiàn)30%的透過率，需要劃刻1800次，一塊組件耗時達30分鐘，不利于大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。(2)、其次，該技術(shù)會引入劃刻缺陷，影響電池電學(xué)特性。尤其對于透光率要求較高的產(chǎn)品，直線槽劃刻的條數(shù)越多，與電池相交叉的位置就越多，出現(xiàn)劃刻缺陷的幾率就越大，從而降低組件性能，嚴重影響組件的效率和產(chǎn)率。(3)、該方法僅限于平行子電池或垂直子電池的直線槽或透光孔，除此之外，無法變換圖形和花樣，制作的產(chǎn)品單一簡單。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法，在保證太陽能薄膜電池組件的輸出電性能及透光性的同時，具有成本低、工作效率高、操作簡單，透光圖像多樣化、易實現(xiàn)等特點，解決背景技術(shù)中存在的上述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法，包含如下工藝步驟 (1)在完成絕緣透光基板上沉積前透明導(dǎo)電電極、薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背導(dǎo)電電極后，采用不同波長的激光器，通過將上述三層薄膜切斷，來形成不同大小、不同長寬比的絕緣區(qū)域；
(2)使用具有振鏡系統(tǒng)的激光劃刻設(shè)備，在絕緣區(qū)域利用高能量密度的激光透過玻璃基板內(nèi)去除前透明導(dǎo)電電極、薄膜光電轉(zhuǎn)換層及背導(dǎo)電電極三層薄膜，通過改變振鏡角度、 激光能量的大小及激光實時開關(guān)，劃刻出需要的圖案；露出前玻璃的位置，光線可以直接透過電池，實現(xiàn)透光的功能，絕緣區(qū)域外的膜層可實現(xiàn)發(fā)電功能；
(3)使用具有振鏡系統(tǒng)的激光設(shè)備，使激光透過玻璃基板依照所設(shè)計的絕緣區(qū)域的大小掃除電池四周的部分膜層，實現(xiàn)電池的邊絕緣。所說的薄膜電池為硅基系列薄膜電池、碲化鎘系列薄膜電池、銅銦鎵錫系列薄膜電池或有機化合物材料薄膜電池等
所說的絕緣區(qū)域面積可占總面積的5%-50%，同時絕緣區(qū)域的數(shù)量及大小可根據(jù)美觀及比例任意調(diào)整，并且其選擇區(qū)域可平行于單個子電池也可垂直于單個子電池。絕緣區(qū)域的制作步驟包括(1)使用波長為532nm的綠激光對所選區(qū)域的邊緣進行劃刻，去除前透明導(dǎo)電電極、薄膜光電轉(zhuǎn)換層；(2)使用波長為1064nm的紅激光或355nm 的紫外激光對所選區(qū)域的邊緣進行劃刻，去除背導(dǎo)電電極。所說的使用具有振鏡系統(tǒng)的激光劃刻設(shè)備，在絕緣區(qū)域能夠同時去除前透明導(dǎo)電電極、薄膜光電轉(zhuǎn)換層及背導(dǎo)電電極三層薄膜。所說的使用具有振鏡系統(tǒng)的激光劃刻設(shè)備與下道工序使用具有振鏡系統(tǒng)的激光設(shè)備實現(xiàn)電池的邊絕緣，為同一臺設(shè)備。所述的具有振鏡系統(tǒng)的激光劃刻設(shè)備，在絕緣區(qū)域劃刻出需要的圖案，包括條狀、 網(wǎng)狀、孔狀、點線狀以及其它圖案。本發(fā)明能夠與通常的薄膜太陽能電池組件生產(chǎn)相兼容。該方法主要是在完成絕緣透光基板上沉積前透明導(dǎo)電電極、光電轉(zhuǎn)換層、背透明導(dǎo)電電極后，選擇適當?shù)膮^(qū)域與位置，利用激光劃刻形成單個或多個絕緣的區(qū)域。絕緣區(qū)域外部保留正常的薄膜電池結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電池發(fā)電的功能；絕緣區(qū)域內(nèi)部，利用具有振鏡系統(tǒng)的激光設(shè)備，通過振鏡結(jié)構(gòu)角度的變化與激光適時的開閉，根據(jù)軟件輸入的圖案指令，實現(xiàn)絕緣區(qū)域內(nèi)特定位置的逐點掃描劃刻，按照設(shè)計好的圖案對絕緣區(qū)域內(nèi)部的膜層進行移除，圖案可以是條狀、網(wǎng)狀、孔狀、點線狀以及各種特定圖案。被移除膜層的部分，光線可以直接透過電池，實現(xiàn)透光的功能，同時透光與非透光區(qū)域的明暗對比，顯示出預(yù)設(shè)的圖案花型。本發(fā)明具備如下優(yōu)點本發(fā)明利用振鏡系統(tǒng)激光設(shè)備制備透光薄膜太陽能電池， 該工藝由于圖案所在的絕緣區(qū)域與參與發(fā)電的各個子電池完全絕緣，所以絕緣區(qū)域內(nèi)部任何圖案的掃描劃刻質(zhì)量完全不會影響到電池發(fā)電區(qū)域，這將大大降低透光處理對太陽能薄膜電池組件電性能的影響；同時振鏡掃描系統(tǒng)具有單位時間內(nèi)劃刻面積大，可操控性好，圖形變化靈活等優(yōu)點，所以該方法在有效提高工作效率的同時能夠極大的豐富薄膜電池透光組件產(chǎn)品的多樣性，滿足不同市場需求。應(yīng)用本發(fā)明實現(xiàn)新型透光太陽能組件的制備，在達到不低于現(xiàn)有技術(shù)制備的太陽能薄膜電池組件的輸出電性能及透光性的同時，還具有成本低、工作效率高、操作簡單，透光圖像多樣化、易實現(xiàn)等特點。


圖1為本發(fā)明新型薄膜透光組件的剖面圖；其中1是玻璃襯底；2是前電極層；3是光電轉(zhuǎn)換層；4是背電極層。圖2為依照透光要求所設(shè)計的實施例一長條形絕緣區(qū)域與透光組件的俯視圖； 圖3為依照透光要求所設(shè)計的實施例二長方形絕緣區(qū)域與透光組件的俯視圖； 其中5為絕緣區(qū)域；6為電池發(fā)電區(qū)域；7為透光區(qū)域，8為絕緣線。圖4為絕緣區(qū)域絕緣線劃刻切面其中1是玻璃襯底；2是前電極層；3是光電轉(zhuǎn)換層，4是背電極層。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。絕緣透光基板為玻璃襯底1，前透明導(dǎo)電電極為前電極層2、薄膜光電轉(zhuǎn)化層為光電轉(zhuǎn)換層3、背導(dǎo)電電極為背電極層4。實施例一
應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件透光的方法包括以下步驟
a.參見附圖1在浮法玻璃襯底1上利用低壓化學(xué)氣相沉積的技術(shù)或磁控濺射技術(shù)沉積透明導(dǎo)電薄膜作為電池的前電極層2 ；然后利用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PECVD)在鍍膜玻璃襯底上沉積薄膜硅p-i-n或者p-i-n/p-i-n疊層結(jié)構(gòu)及三結(jié)硅基薄膜光電轉(zhuǎn)換層 3;在上述光電轉(zhuǎn)換層上面采用低壓化學(xué)氣相沉積的技術(shù)生長透明導(dǎo)電薄膜作為電池背電極層4;
b.參見附圖2本實施例采用長條形絕緣區(qū)域5，此區(qū)域是用作進行透光處理的，邊緣為分割電池區(qū)域與絕緣區(qū)的絕緣線8 ；通過改變長條形的長寬比例及數(shù)量，可改變絕緣區(qū)域的大小；
c.參見附圖4利用波長為532nm的綠光激光器使激光光束透過玻璃襯底1對太陽能薄膜組件按步驟b中所述絕緣區(qū)域邊緣進行劃刻；光電轉(zhuǎn)換層3吸收激光能量、氣化并頂開覆蓋在上方的透明導(dǎo)電背電極層4，從而同時去除薄膜的光電轉(zhuǎn)換層3和背電極層4，單線劃線線寬在70 μ m-500 μ m之間優(yōu)化，劃線條數(shù)在1_10條之間優(yōu)化，本實施實例總線線寬取值 IOOOym ；
d.參見附圖4在上述總線寬為1000 μ m的劃刻凹槽內(nèi)部，利用波長為1064nm的紅外激光器或波長為355nm的紫外激光器對遺留的ZnO前透明導(dǎo)電薄膜進行劃刻，移除部分ZnO 薄膜，則該位置三層薄膜均被移除，單線劃線線寬在40 μ m -90 μ m之間優(yōu)化，劃線條數(shù)在 2-5條之間優(yōu)化，本實施實例總線線寬取值300 μ m。劃刻過程中，要保證步驟c中所述劃線均在步驟b中所述劃線內(nèi)側(cè)，且步驟c中劃線總線寬小于步驟b中劃線總線寬；通過進行上述兩次劃線，進而實現(xiàn)所選區(qū)域與外界區(qū)域的完全絕緣；
e.參見附圖2根據(jù)透光圖形的試樣、大小、位置，確定振鏡的掃描范圍，結(jié)合圖形信息編輯到軟件程序當中，通過軟件來控制振鏡的角度、能量變化，在絕緣區(qū)域內(nèi)部透過玻璃襯底進行劃刻，將前導(dǎo)電電極層、光電轉(zhuǎn)換層和背導(dǎo)電電極層去除，去除的部分露出前玻璃， 光線可以直接透過，實現(xiàn)組件的透光功能。f.使用具有振鏡系統(tǒng)的激光設(shè)備，使激光透過玻璃基板依照所設(shè)計同時去除電池四周的部分膜層，實現(xiàn)電池的邊絕緣。g.經(jīng)過振鏡系統(tǒng)激光掃描劃刻與邊絕緣處理后，需清洗掉電池上殘留的細微顆粒，從而保證電池的性能。
h.進行PVB或EVA層壓工藝，保證組件穩(wěn)定性。實施例二
應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件透光的方法包括以下步驟
a.參見附圖1在浮法玻璃襯底1上利用低壓化學(xué)氣相沉積的技術(shù)或磁控濺射技術(shù)沉積透明導(dǎo)電薄膜作為電池的前電極層2 ；然后利用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PECVD)在鍍膜玻璃襯底上沉積薄膜硅p-i-n或者p-i-n/p-i-n疊層結(jié)構(gòu)及三結(jié)硅基薄膜光電轉(zhuǎn)換層 3;在上述光電轉(zhuǎn)換層上面采用低壓化學(xué)氣相沉積的技術(shù)生長透明導(dǎo)電薄膜作為電池背電極層4;
b.參見附圖3本實施例采用長方形絕緣區(qū)域5，此區(qū)域是用作進行透光處理的，邊緣為絕緣線8。通過改變長方型的長寬比例及數(shù)量，可改變絕緣區(qū)域的大?。?br> c.參見附圖4利用波長為532nm的綠光激光器使激光光束透過玻璃襯底1對太陽能薄膜組件按步驟b中所述絕緣區(qū)域邊緣進行劃刻；光電轉(zhuǎn)換層3吸收激光能量、氣化并頂開覆蓋在上方的透明導(dǎo)電背電極層4，從而同時去除薄膜的光電轉(zhuǎn)換層3和背電極層4，單線劃線線寬在70 μ m-500 μ m之間優(yōu)化，劃線條數(shù)在1_10條之間優(yōu)化，本實施實例總線線寬取值 IOOOym ；
d.參見附圖4在上述總線寬為1000 μ m的劃刻凹槽內(nèi)部，利用波長為1064nm的紅外激光器或波長為355nm的紫外激光器對遺留的SiO前透明導(dǎo)電薄膜進行劃刻，移除部分SiO 薄膜，則該位置三層薄膜均被移除，單線劃線線寬在40 μ m -90 μ m之間優(yōu)化，劃線條數(shù)在 2-5條之間優(yōu)化，本實施實例總線線寬取值300 μ m。劃刻過程中，要保證步驟c中所述劃線均在步驟b中所述劃線內(nèi)側(cè)，且步驟c中劃線總線寬小于步驟b中劃線總線寬；通過進行上述兩次劃線，進而實現(xiàn)所選區(qū)域與外界區(qū)域的完全絕緣；
e.參見附圖3根據(jù)所設(shè)計特殊圖案透光圖形的試樣、大小、位置，確定振鏡的掃描范圍，結(jié)合圖形信息編輯到軟件程序當中，通過軟件來控制振鏡的角度、能量變化，在絕緣區(qū)域內(nèi)部透過玻璃進行劃刻，將前導(dǎo)電電極層、光電轉(zhuǎn)換層和背導(dǎo)電電極層去除，去除的部分露出前玻璃，光線可以直接透過，實現(xiàn)組件的透光功能；
f.使用具有振鏡系統(tǒng)的激光設(shè)備，使激光透過玻璃基板依照所設(shè)計同時去除電池四周的部分膜層，實現(xiàn)電池的邊絕緣；
g.經(jīng)過振鏡系統(tǒng)激光掃描劃刻與邊絕緣處理后，需清洗掉電池上殘留的細微顆粒，從而保證電池的性能；
h.進行PVB或EVA層壓工藝，保證組件穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法，其特征在于包含如下工藝步驟(1)在完成絕緣透光基板上沉積前透明導(dǎo)電電極、薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背導(dǎo)電電極后，采用不同波長的激光器，通過將上述三層薄膜切斷，來形成不同大小、不同長寬比的絕緣區(qū)域；(2)使用具有振鏡系統(tǒng)的激光劃刻設(shè)備，在絕緣區(qū)域利用高能量密度的激光透過玻璃基板內(nèi)去除前透明導(dǎo)電電極、薄膜光電轉(zhuǎn)換層及背導(dǎo)電電極三層薄膜，通過改變振鏡角度、 激光能量的大小及激光實時開關(guān)，劃刻出需要的圖案；露出前玻璃的位置，光線可以直接透過電池，實現(xiàn)透光的功能，絕緣區(qū)域外的膜層可實現(xiàn)發(fā)電功能；(3)使用具有振鏡系統(tǒng)的激光設(shè)備，使激光透過玻璃基板依照所設(shè)計的絕緣區(qū)域的大小掃除電池四周的部分膜層，實現(xiàn)電池的邊絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法，其特征在于所說的薄膜電池為硅基系列薄膜電池、碲化鎘系列薄膜電池、銅銦鎵錫系列薄膜電池或有機化合物材料薄膜電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法，其特征在于所說的絕緣區(qū)域面積可占總面積的5%-50%，同時絕緣區(qū)域的數(shù)量及大小可根據(jù)美觀及比例任意調(diào)整，并且其選擇區(qū)域可平行于單個子電池也可垂直于單個子電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述之應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法，其特征在于絕緣區(qū)域的制作步驟包括(1)使用波長為532nm的綠激光對所選區(qū)域的邊緣進行劃刻，去除前透明導(dǎo)電電極、薄膜光電轉(zhuǎn)換層；(2)使用波長為1064nm的紅激光或355nm 的紫外激光對所選區(qū)域的邊緣進行劃刻，去除背導(dǎo)電電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法，其特征在于所說的具有振鏡系統(tǒng)的激光劃刻設(shè)備與下道工序使用具有振鏡系統(tǒng)的激光設(shè)備實現(xiàn)電池的邊絕緣，為同一臺設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法，其特征在于所述的具有振鏡系統(tǒng)的激光劃刻設(shè)備，在絕緣區(qū)域劃刻出需要的圖案，包括條狀、網(wǎng)狀、孔狀、點線狀以及其它圖案。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用振鏡激光設(shè)備實現(xiàn)太陽能薄膜電池組件的透光方法，屬于薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是在完成絕緣透光基板上沉積前透明導(dǎo)電電極、薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背導(dǎo)電電極后，采用不同波長的激光器，通過將上述三層薄膜切斷，來形成不同大小、不同長寬比的絕緣區(qū)域；然后使用具有振鏡系統(tǒng)的激光劃刻設(shè)備，在絕緣區(qū)域內(nèi)去除三層薄膜，通過改變振鏡角度、激光能量的大小及激光適時開關(guān)，劃刻出圖案；絕緣區(qū)域外的膜層可實現(xiàn)發(fā)電功能；絕緣區(qū)域內(nèi)部，露出前玻璃的位置，光線可以直接透過電池，實現(xiàn)組件透光的功能。應(yīng)用本發(fā)明實現(xiàn)新型透光太陽能組件的制備，在達到不低于現(xiàn)有技術(shù)制備的太陽能薄膜電池組件的輸出電性能及透光性的同時，還具有成本低、工作效率高、操作簡單，透光圖像多樣化、易實現(xiàn)等特點。
文檔編號H01L31/18GK102237441SQ201110095998
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者佟鑫, 孫瑞萍, 杜潔, 王繼存, 賈海軍, 麥耀華 申請人:保定天威薄膜光伏有限公司, 保定天威集團有限公司