CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，使用激光器對制備在玻璃襯底上的作為背電極的Mo膜進行切割，所述激光器發(fā)出的激光的入射方向為先通過所述玻璃襯底再照射在Mo膜的表面上。采用本發(fā)明，可提高CIGS薄膜太陽能電池組件的電池效率。
【專利說明】CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光劃線技術(shù)，特別涉及用于CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在能源領(lǐng)域中，太陽能發(fā)電是利用硅或合金等半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，在光的照射下產(chǎn)生電能，從而能將可再生的太陽能轉(zhuǎn)換成無污染的電能。太陽能電池即是通過光電效應(yīng)或者光化學效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。當前所使用的太陽能電池包括硅晶電池、薄膜太陽能電池等。
[0003]其中，薄膜太陽能電池具有重量輕、厚度薄、可彎曲、易攜帶等優(yōu)點。其可克服傳統(tǒng)硅晶電池由于由硅晶體組成，電池主要部分易碎，易產(chǎn)生隱形裂紋，大多有一層鋼化玻璃作為防護，造成重量大，攜帶不便，抗震能力差，造價高，效率或多或少降低等缺陷。因而薄膜太陽能電池越來越受到關(guān)注。
[0004]作為薄膜太陽能電池的一種，CIGS (銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池，是以玻璃等板材為襯底，濺射銅銦鎵硒化合物半導(dǎo)體合金制備而成的電池。因其光吸收率高、帶隙可調(diào)、成本低廉、光電轉(zhuǎn)換率高、弱光性好、性能穩(wěn)定及抗輻射性能好等優(yōu)點，而成為業(yè)界研究開發(fā)的重點。
[0005]目前，激光劃線技術(shù)被廣泛應(yīng)用在CIGS薄膜太陽能電池組件的制備中。通過激光劃線將CIGS薄膜太陽能電池組件的Mo (鑰)背電極切割為若干獨立單元。
[0006]圖4示出了現(xiàn)有技術(shù)中的激光劃線方法的概略示意圖。如圖4所示，對于制備于玻璃襯底2上的Mo膜3，傳統(tǒng)的激光劃線都是激光正面入射切割Mo膜3。S卩、激光從Mo膜3的遠離于玻璃襯底2的表面的一側(cè)入射以對該Mo膜3進行切割。
[0007]但是發(fā)現(xiàn)采用圖4所示的現(xiàn)有技術(shù)中的激光劃線方法對Mo膜3進行劃線以此制備的CIGS薄膜太陽能電池組件，存在電流或者填充因子異常，從而導(dǎo)致效率降低的缺陷，這是由于激光刻劃過的Mo的溝槽出現(xiàn)大量的火山口狀的翹起。
[0008]通過圖5的掃描電子顯微鏡與圖6的原子力顯微鏡顯示出，以圖4所示的現(xiàn)有技術(shù)中的激光劃線方法進行劃線后的Mo膜的表面具有較差的平整度。這是由于正面切割時激光的能量會被散射，能量不能集中的切割Mo膜。且如圖7所示，激光刻劃過的Mo的溝槽出現(xiàn)大量的火山口狀的翹起的邊緣，這種翹起的邊緣很容易造成電池組件局部短路或者漏電，這樣極大地影響CIGS薄膜太陽能電池組件的電池效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，可提高CIGS薄膜太陽能電池組件的電池效率。
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，使用激光器對制備在玻璃襯底上的作為背電極的Mo膜進行切割，所述激光器發(fā)出的激光的入射方向為先通過所述玻璃襯底再照射在Mo膜的表面上。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，由于玻璃襯底較為平整且不會散射激光的能量，能量聚集的激光束透過玻璃襯底后對Mo膜進行劃刻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這樣積聚高能量的激光束刻劃出的Mo的溝槽不會出現(xiàn)大量的火山口狀的翹起的邊緣，從而可以極大地提升由此制備的CIGS薄膜太陽能電池組件的性能。
[0012]又，在本發(fā)明中，也可以，所述激光器為固態(tài)激光器或氣體激光器。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，采用固態(tài)激光器或氣體激光器進行激光劃線可以使激光刻劃精度高，刻劃切口平滑速度快。
[0014]又，在本發(fā)明中，也可以，所述激光器發(fā)出的激光的波長為1064 nm或532 nm或355 nm 或 266 nm。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，在刻劃Mo膜時選取諸如上述特定波長的激光可以劃透Mo膜而不損傷襯底玻璃。
[0016]又，在本發(fā)明中，也可以，所述激光器發(fā)出的激光的平均功率為0?20W。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，在激光器發(fā)出上述平均功率的激光下可以避免激光刻劃過的Mo膜的溝槽出現(xiàn)大量的火山口狀的翹起的邊緣。
[0018]又，在本發(fā)明中，也可以，所述激光器發(fā)出的激光的光斑直徑為10?IOOy m。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，激光器發(fā)出的激光的光斑直徑為10?IOOym可以使刻劃出的溝槽平滑。
[0020]又，在本發(fā)明中，也可以，所述激光器發(fā)出的激光的焦點與所述Mo膜的距離為0?IOmm0
[0021]根據(jù)本發(fā)明，控制激光器發(fā)出的激光焦點與所述Mo膜的距離為0?10mm，可以得到平滑連續(xù)的刻劃溝槽。
[0022]又，在本發(fā)明中，也可以，所述激光器發(fā)出的激光的脈沖頻率為IKHz?200KHZ。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，控制激光器發(fā)出的激光的脈沖頻率為IKHz?200KHZ，可以得到?jīng)]有斷點的刻劃溝槽。
[0024]又，在本發(fā)明中，也可以，所述激光器發(fā)出的激光的占空比為0.1%?10%。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置激光器發(fā)出的激光的占空比為0.1%?10%，可以得到平滑連續(xù)的刻劃溝槽。
[0026]又，在本發(fā)明中，也可以，所述激光器發(fā)出的激光的脈沖能量為10?300 y J。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，控制激光器發(fā)出的激光的脈沖能量為10?300y J，可以使Mo膜得到一定的刻劃深度。
[0028]又，在本發(fā)明中，也可以，所述激光器發(fā)出的激光與所述玻璃襯底的靠近所述激光器的表面所成的角度為60°?90°。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，激光器發(fā)出的激光與玻璃襯底的靠近激光器的表面所成的角度為60°?90°可以減小激光在刻劃中的散射。
[0030]又，在本發(fā)明中，也可以，所述玻璃襯底的靠近所述激光器的表面相對于所述激光器的激光出射點的移動速度為100?3000mm/s。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，控制玻璃襯底的靠近激光器的表面相對于激光器的激光出射點的移動速度為100?3000mm/s，可以得到?jīng)]有斷點的刻劃溝槽。
[0032]根據(jù)下述【具體實施方式】并參考附圖，將更好地理解本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施形態(tài)的激光劃線方法的概略示意圖；
圖2為采用圖1所示的激光劃線方法進行劃線而制備的CIGS薄膜太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為采用圖1所示的激光劃線方法進行劃線后的Mo膜的SEM圖；
圖4為示出了現(xiàn)有技術(shù)中的激光劃線方法的概略示意圖；
圖5為采用圖4所示的激光劃線方法進行劃線后的Mo膜表面SEM圖；
圖6為采用圖4所示的激光劃線方法進行劃線后的Mo膜表面AFM圖；
圖7為采用圖4所示的激光劃線方法進行劃線后的Mo膜的SEM圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體實施形態(tài)對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0035]目前所應(yīng)用的CIGS薄膜太陽能電池組件I的大致結(jié)構(gòu)例如可參照圖2所示，由下往上依次具備玻璃襯底2、作為背電極的Mo膜3、作為光吸收層的CIGS層4、具有透明導(dǎo)電性的AZO (鋁摻雜氧化鋅)層5、以及圖示省略的頂電極等。
[0036]該CIGS薄膜太陽能電池組件I工作時陽光從頂電極的上方入射，穿過頂電極、AZO層5，被CIGS層4吸收產(chǎn)生光生載流子。在內(nèi)建電場的作用下不同電荷的載流子分離，負電荷走向頂電極，正電荷走向背電極3。由此太陽能即源源不斷的轉(zhuǎn)為可供我們使用的電力。
[0037]如圖2所示，制備CIGS薄膜太陽能電池組件I的整個工藝流程為，首先在玻璃襯底2上濺射背電極Mo膜3，然后在該Mo膜3上用激光劃線技術(shù)進行Pl劃線，使Pl劃線把Mo膜劃透，然后制備CIGS薄膜4，用水浴的方法在CIGS薄膜4上制備CdS (硫化鎘)，然后在CdS上濺射1-ZnO，然后在1-ZnO上用機械劃線技術(shù)進行P2劃線，P2劃線劃透CIGS薄膜4劃到Mo膜3表面，然后再鍍AZO透明導(dǎo)電薄膜5，在該AZO透明導(dǎo)電薄膜5上用機械劃線技術(shù)進行P3劃線，P3劃線劃透CIGS薄膜4劃到Mo膜3的表面。
[0038]在上述制備過程中，在玻璃襯底2上制備了 Mo膜作為背電極3之后，采用激光劃線(如圖2中的Pl所示)將該Mo背電極3切割為若干獨立單元。在該過程中，與現(xiàn)有技術(shù)中所采用的激光正面入射切割Mo膜的方法不同，根據(jù)本發(fā)明的CIGS薄膜太陽能電池組件的Mo背電極的激光劃線方法，使用激光器對制備在玻璃襯底2上的作為背電極的Mo膜3進行切割，該激光器發(fā)出的激光的入射方向為先通過玻璃襯底2再照射在Mo膜3的表面上。
[0039]采用本發(fā)明的CIGS薄膜太陽能電池組件的Mo背電極的激光劃線方法，由于玻璃襯底2較為平整且不會散射激光的能量，能量聚集的激光束透過玻璃襯底2后對Mo膜3進行劃刻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這樣積聚高能量的激光束刻劃出的Mo的溝槽不會出現(xiàn)大量的火山口狀的翹起的邊緣，從而可以極大地提升由此制備的CIGS薄膜太陽能電池組件的性能。
[0040]具體如圖1的根據(jù)本發(fā)明的激光劃線方法的概略示意圖所示，對于制備了 Mo膜3的玻璃襯底2。激光器(圖示省略)所發(fā)出的激光從該玻璃襯底2的遠離于Mo膜3的一側(cè)入射，穿透該玻璃襯底2后再照射在Mo膜的表面上。即、激光器發(fā)出的激光的入射方向為先通過玻璃襯底2再照射在Mo膜3的表面上，由此實現(xiàn)對Mo膜的透射式切割。此外，還如圖1所示，在該Mo膜3的遠離于玻璃襯底2的一側(cè)還可具有吸塵裝置6，以便用于吸附在利用激光對Mo膜3進行劃線時所產(chǎn)生的塵屑。
[0041]圖3為采用圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的激光劃線方法進行劃線后的Mo膜的SEM圖。如圖3所示，采用本發(fā)明的激光劃線方法劃線后的Mo的溝槽兩邊平滑且無任何翹起邊緣，這樣的Mo的劃線有利于對電池組件的性能的極大的提升。
[0042]在上述方法中，玻璃襯底2優(yōu)選地可以是浮法玻璃。因為浮法玻璃的表面尤其平整，利用這個特點激光通過玻璃襯底2時更不會散射激光的能量，能量聚集的激光束透過浮法玻璃刻劃Mo膜3，更不會使Mo的溝槽出現(xiàn)大量的火山口狀的翹起的邊緣，從而更有利于提升由此制備的CIGS薄膜太陽能電池組件的性能。
[0043]以下結(jié)合圖1說明根據(jù)本發(fā)明的激光劃線方法的一優(yōu)選實施形態(tài)。
[0044]首先將Mo膜制備在作為玻璃襯底2的浮法玻璃表面上以形成背電極3。在該實施形態(tài)中，采用固態(tài)激光器或氣體激光器發(fā)出激光，由此可以使激光刻劃精度高，刻劃切口平滑速度快。在對Mo膜3進行刻劃前，可先設(shè)置激光器的參數(shù):使該激光器發(fā)出的激光的波長為1064 nm或532 nm或355 nm或266 nm，在刻劃Mo膜3時特定波長的激光可以劃透Mo膜3而不損傷襯底玻璃。該激光器發(fā)出的激光的平均功率可以為0?20W，激光0?20W的平均功率下可以避免激光刻劃過的Mo膜3的溝槽出現(xiàn)大量的火山口狀的翹起的邊緣。該激光器發(fā)出的激光的光斑直徑為10?lOOym，由此可以得到平滑連續(xù)的刻劃溝槽。該激光器發(fā)出的激光的焦點與Mo膜3的距離可以為0?10mm，從而可以得到平滑連續(xù)的刻劃溝槽。該激光器發(fā)出的激光的脈沖頻率可以為IKHz?200KHZ，因此可以得到?jīng)]有斷點的刻劃溝槽。該激光器發(fā)出的激光的占空比可以為0.1%?10%，因而可以得到平滑連續(xù)的刻劃溝槽。該激光器發(fā)出的激光的脈沖能量可以為10?300 iij，由此可以使Mo膜3得到一定的刻劃深度。
[0045]參照圖1所示的實施形態(tài)，鍍了 Mo膜3的浮法玻璃襯底2的Mo膜3朝下放置，激光從上方垂直入射于玻璃襯底2。但本發(fā)明不限于此,該激光器發(fā)出的激光與該玻璃襯底2的靠近該激光器的表面所成的角度可以在60°?90°之間可調(diào)，從而可以減小激光在刻劃中的散射。此外，該玻璃襯底2的靠近激光器的表面相對于該激光器的激光出射點的移動速度可以為100?3000mm/s，從而可以得到?jīng)]有斷點的刻劃溝槽。還如圖1所示，Mo膜3底部還可設(shè)置有吸塵裝置6。所有參數(shù)與設(shè)備設(shè)置好后，激光透過浮法玻璃襯底2對Mo膜3進行激光劃線。
[0046]在不脫離本發(fā)明的基本特征的宗旨下，本發(fā)明可體現(xiàn)為多種形式，因此本發(fā)明中的實施形態(tài)是用于說明而非限制，由于本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定而非由說明書限定，而且落在權(quán)利要求界定的范圍，或其界定的范圍的等價范圍內(nèi)的所有變化都應(yīng)理解為包括在權(quán)利要求書中。
【權(quán)利要求】
1.一種CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，包括: 使用激光器對制備在玻璃襯底上的作為背電極的Mo膜進行切割，所述激光器發(fā)出的激光的入射方向為先通過所述玻璃襯底再照射在Mo膜的表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，其特征在于，所述激光器為固態(tài)激光器或氣體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，其特征在于，所述激光器發(fā)出的激光的波長為1064 nm、532 nm、355 nm或266 nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，其特征在于，所述激光器發(fā)出的激光的平均功率為0?20W。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，其特征在于，所述激光器發(fā)出的激光的光斑直徑為10?100 Pm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，其特征在于，所述激光器發(fā)出的激光的焦點與所述Mo膜的距離為0?10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，其特征在于，所述激光器發(fā)出的激光的脈沖頻率為IKHz?200KHz。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，其特征在于，所述激光器發(fā)出的激光的占空比為0.1%?10%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，其特征在于，所述激光器發(fā)出的激光的脈沖能量為10?300 y J。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，其特征在于，所述激光器發(fā)出的激光與所述玻璃襯底表面所成的角度為60°?90°。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，其特征在于，所述玻璃襯底表面相對于所述激光器的激光出射點的移動速度為100?3000mm/S。
【文檔編號】H01L31/18GK103681966SQ201310640759
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】黃富強, 張雷, 王耀明, 朱小龍, 李愛民, 秦明升, 謝宜桉 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所