一種大面積銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池組件的全激光刻劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源危機(jī)和環(huán)境污染是當(dāng)今全球所面臨的兩大基本問(wèn)題。太陽(yáng)能取之不盡、用之不竭，是解決能源危機(jī)的一種重要途徑。銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池因?yàn)槠洳牧瞎鈱W(xué)帶隙可調(diào)、抗輻射能力強(qiáng)、電池性能穩(wěn)定、弱光性好等優(yōu)點(diǎn)，使之成為薄膜太陽(yáng)能電池中最有發(fā)展前景的光伏材料之一。
[0003]電池內(nèi)聯(lián)技術(shù)是銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能組件生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前對(duì)于大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)，業(yè)內(nèi)普遍采用機(jī)械針的方式進(jìn)行刻劃，其加工速度一般在0.5m/s左右，加工的線寬通常會(huì)達(dá)到50?80 μ m以上，并且容易發(fā)生翻邊和崩邊現(xiàn)象，死區(qū)寬度可達(dá)500 μ m?600 μ m以上，組件功率損失較高；同時(shí)機(jī)械針損耗嚴(yán)重，需要頻繁更換機(jī)械針并定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，加大了組件制造成本。采用本發(fā)明所述的全激光刻劃方法，由于激光器重復(fù)頻率可在30MHz?1GHz，因此加工速度可達(dá)2?3m/s，通過(guò)對(duì)激光聚焦可以減小刻線寬度，減小甚至消除翻邊和崩邊現(xiàn)象，將死區(qū)寬度降至200 μπι以下，因此大大減小了刻劃后的組件功率損失，并且加工效率高，生產(chǎn)成本低。另外，激光器具有運(yùn)行穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此降低了設(shè)備維護(hù)成本和生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件的全激光刻劃方法完成銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池的全部三道刻劃，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池組件的子電池內(nèi)聯(lián)。由于激光器重復(fù)頻率達(dá)到30MHz?1GHz，因此加工速度可達(dá)2?3m/s，通過(guò)對(duì)激光聚焦可以減小刻線寬度，減小甚至消除翻邊和崩邊現(xiàn)象，將死區(qū)寬度降至200 μπι以下，因此大大減少了刻劃后的組件功率損失，并且加工效率高，生產(chǎn)成本低。另外，激光器具有運(yùn)行穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此降低了設(shè)備維護(hù)成本。
[0005]本發(fā)明提供的一種大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件的全激光刻劃方法，所述方法包括以下步驟:
[0006](I)在鈉鈣玻璃基體上制備鉬層；
[0007](2)采用激光器一對(duì)鉬層進(jìn)行刻劃，將鉬層完全刻斷，形成第一道刻線(Pl);所述第一道刻線(PD —直刻劃到鈉鈣玻璃表面，使第一道刻線(PD兩側(cè)的子電池完全絕緣；
[0008](3)在鉬層上制備銅銦鎵砸膜層；
[0009](4)在銅銦鎵砸膜層上制備硫化鎘層；
[0010](5)在硫化鎘層上制備本征氧化鋅層；
[0011](6)采用激光器二進(jìn)行刻劃，將本征氧化鋅層、硫化鎘層以及銅銦鎵砸層同時(shí)刻斷，露出鉬層，形成第二道刻線(P2);所述的第二道刻線(P2)將本征氧化鋅層、硫化鎘層、以及銅銦鎵砸層三層薄膜完全刻斷，并且不損傷鉬層表面，所述第二道刻線(P2)與第一道刻線(Pl)刻線保持平行。
[0012](7)在本征氧化鋅層上制備摻鋁氧化鋅層；
[0013](8)采用激光器三進(jìn)行刻劃，將摻鋁氧化鋅層、本征氧化鋅層、硫化鎘層以及銅銦鎵砸層同時(shí)刻斷，露出鉬層，形成第三道刻線(P3)，從而完成銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件子電池的內(nèi)聯(lián)；所述P3刻線需要將摻鋁氧化鋅層、本征氧化鋅層、硫化鎘層、以及銅銦鎵砸層四層薄膜完全刻斷，并且不損傷鉬層表面；所述第三道(P3)和第一道刻線(P1)、第二道刻線(P2)保持平行。
[0014]根據(jù)上述的一種大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件的全激光刻劃方法，所述的激光器一、激光器二、激光器三均為納秒激光器、亞納秒激光器或者皮秒激光器中的一種；其中所述納秒激光器為光纖脈沖激光器，激光波長(zhǎng)為1064nm、532nm和355nm中的一種，或者兼具兩種以上波長(zhǎng)模式，光束模式(Beam Mode)為TEMc?，光束質(zhì)量(Μ2)〈1.3，脈沖寬度為I納秒?600納秒，單脈沖能量為I微焦?2000微焦，脈沖重復(fù)頻率為IKHz?ΙΟΟΟΚΗζ，平均功率O?25瓦特；所述亞納秒激光器為半導(dǎo)體激光器，激光波長(zhǎng)為1064nm、532nm和355nm中的一種，或者兼具兩種以上波長(zhǎng)模式，光束模式(Beam Mode)是TEMc?，光束質(zhì)量(Μ2)〈1.3，脈沖寬度為600皮秒?2000皮秒，單脈沖能量為I微焦?300微焦，脈沖重復(fù)頻率為1KHz?ΙΟΟΚΗζ，平均功率為O?3瓦特；所述皮秒激光器為光纖脈沖激光器，激光波長(zhǎng)為1064nm、532nm和355nm中的一種，或者兼具兩種以上波長(zhǎng)模式，光束模式(Beam Mode)是TEMcitl，光束質(zhì)量(M2)〈l.3，脈沖寬度為小于10皮秒，單脈沖能量為I微焦?40微焦，脈沖重復(fù)頻率為IHz?ΙΟΟΟΚΗζ，平均功率為O?6瓦特。
[0015]根據(jù)上述的一種大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件的全激光刻劃方法，其特征在于，所述的第一道刻線(PD既可以采用從膜面入射的方式也可以采用從玻璃面入射的方式；所述激光從膜面入射是指激光光束位于薄膜鍍面的方向，通過(guò)聚焦透鏡聚焦到薄膜表面；所述激光從玻璃面入射是指激光光束位于薄膜鍍膜面的反方向，也就是位于基片的底部，通過(guò)聚焦透鏡將激光穿過(guò)玻璃基底聚焦到薄膜上。
[0016]根據(jù)上述的一種大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件的全激光刻劃方法，其特征在于，所述的第二道刻線(Ρ2)采用從膜面入射的方式。
[0017]根據(jù)上述的一種大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件的全激光刻劃方法，其特征在于，所述的第三道刻線(Ρ3)采用從膜面入射的方式。
[0018]根據(jù)上述的一種大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件的全激光刻劃方法，其特征在于，所述鉬層厚度為600納米?1200納米；所述銅銦鎵砸層厚度為1.0?2.0微米；所述硫化鎘層厚度為30?80納米；所述本征氧化鋅薄膜厚度為50?150納米；所述摻鋁氧化鋅薄膜厚度為300?1000納米。
[0019]根據(jù)上述的一種大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件的全激光刻劃方法，其特征在于，所述第一道刻線(PD與玻璃基體邊緣平行，所述第二道刻線(Ρ2)與Pl平行，所述第三道刻線(Ρ3)也與Pl平行。
[0020]本發(fā)明采用全激光刻劃的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件的子電池內(nèi)聯(lián)，可有效降低組件死區(qū)面積，提高銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池的組件功率，可以避免傳統(tǒng)的機(jī)械刻劃需要經(jīng)常更換機(jī)械針頭的問(wèn)題，提高了組件生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述的銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2本發(fā)明銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池組件的全激光刻劃方法示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明所述的Pl刻劃的示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明所述的P2刻劃的示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明所述的P3刻劃的示意圖；
[0026]圖6為實(shí)施例一中Pl刻劃后的形貌圖；
[0027]圖7為實(shí)施例一中P2刻劃后的形貌圖；
[0028]圖8為實(shí)施例一中P3刻劃后的形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合實(shí)施案例以及說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步地說(shuō)明。
[0030]實(shí)施例一
[0031]圖1為本發(fā)明所述的大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，該電池包括玻璃基體、鉬層、銅銦鎵砸層、硫化鎘層、本征氧化鋅層以及摻鋁氧化鋅層；圖2為本發(fā)明所述的一種大面積銅銦鎵砸薄膜太陽(yáng)能電池的全激光刻劃的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，該全激光刻劃方法包含三道激光刻劃，首先在玻璃基底上制備鉬膜，使用激光器一將已經(jīng)制備好的鉬膜刻斷，形成第一道刻線(Pl);在完成Pl刻劃的鉬層上依次進(jìn)行以下膜層制備:銅銦鎵砸薄膜、硫化鎘薄膜、本征化鋅薄膜，使用激光器二進(jìn)行刻劃，形成第二道刻線(P2)，P2刻線與Pl刻線平行，第二道刻線將鉬層以上的銅銦鎵砸、硫化鎘以及本征氧化鋅完全清除；在完成P2刻劃的本征氧化鋅層上制備摻鋁氧化鋅層，使用激光器三進(jìn)行刻劃，形成第三道刻劃線(P3)，P3刻線與Pl刻線平行，第三道激光刻劃將鉬層以上的銅銦鎵砸、硫化鎘以、本征氧化鋅以及摻鋁氧化鋅完全清除。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，該電池的制作方法包括以下的步驟:
[0033]步驟一，制備鉬膜:采用直流磁控濺射的方法在鈉鈣玻璃基底上制備Mo膜，膜層的厚度為I ym。
[0034]步驟二，Pl刻劃:采用皮秒激光器，脈沖寬度8皮秒，波長(zhǎng)為1064nm，刻劃功率為
0.55W，單脈沖能量為6.88uJ，重復(fù)頻率為80kHz，激光從鍍膜基底背面入射，對(duì)樣品進(jìn)行Pl刻劃，刻劃速度為2m/s?？虅澓罂叹€的寬度為38.7 μπι，刻劃的示意圖如圖3所示，刻線內(nèi)鉬層被完全清除，露出鈉鈣玻璃表面，刻劃后的效果如圖6所示。
[0035]步驟三，制備銅銦鎵砸薄膜:采用磁控濺射金屬預(yù)置膜后砸化的方法，在完成Pl刻劃的基片上制備銅銦鎵砸層，膜層的厚度為I μπι。
[0036]步驟四，制備硫化鎘薄膜:采用化學(xué)水浴法，在沉積CIGS薄膜上制備硫化鎘層，膜層的厚度為50nmo
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