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異形硅薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法

文檔序號(hào):6872461閱讀:99來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):異形硅薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明公開(kāi)了一種異形的硅薄膜太陽(yáng)能電池,廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型電子產(chǎn)品之中,形態(tài)各異。尤其非晶硅太陽(yáng)能電池及其組件作為電源或傳感器。
背景技術(shù)
眾所周知,薄膜太陽(yáng)能電池或稱(chēng)薄膜電池,用低溫沉積技術(shù)在導(dǎo)電玻璃或柔性導(dǎo)電材料為基板上,材料和器件可以同時(shí)形成的大規(guī)模集成化生產(chǎn)。對(duì)于太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō),薄膜電池是第二代太陽(yáng)能電池,由于原材料來(lái)源豐富,無(wú)污染,能耗低,生產(chǎn)成本低,是綠色環(huán)保產(chǎn)品。目前,薄膜電池主要采用非晶硅材料,而非晶硅原子排列雜亂無(wú)章、不規(guī)則、原子之間的距離間隙不等,導(dǎo)致材料的晶格缺陷,使電子空穴移動(dòng)速度慢,光生載流子被撲獲,導(dǎo)電率低,太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率低,穩(wěn)定性有待改善。在文獻(xiàn)(SOLAR CELLS Chenming andRicheard M.White)公開(kāi)了AM1日照下,最大理論轉(zhuǎn)換效率與太陽(yáng)能電池材料禁帶寬度的關(guān)系,禁帶寬度/eV曲線(xiàn);各種半導(dǎo)體光吸收能量與光子能量關(guān)系及與有關(guān)的光吸收hv/eV曲線(xiàn)。目前開(kāi)發(fā)的薄膜太陽(yáng)能電池并能規(guī)模生產(chǎn),為了提高轉(zhuǎn)換率和穩(wěn)定性還有各個(gè)PN節(jié)的疊層電池包括同質(zhì)結(jié)的或異質(zhì)結(jié)的。根據(jù)市場(chǎng)需要除以玻璃為基底還有柔性材料為基底的薄膜電池。而以薄膜微晶硅材料為代表的非晶硅/微晶硅疊層電池,穩(wěn)定性強(qiáng),光譜吸收范圍寬,轉(zhuǎn)化效率提高。
一方面,薄膜太陽(yáng)能電池生產(chǎn)還存在不足之處,如前電極圖形制作采用化學(xué)蝕刻工藝,化學(xué)蝕刻后的殘留物對(duì)襯底會(huì)造成污染,使前電極透明導(dǎo)電膜圖形的精確度降低??涛g非晶硅膜,仍采用傳統(tǒng)激光刻劃工藝,只能刻劃直線(xiàn)和簡(jiǎn)單的字符,薄膜太陽(yáng)能電池外形單一,限制了薄膜太陽(yáng)能電池的適用范圍。
另一方面薄膜太陽(yáng)電池技術(shù)的不斷進(jìn)步,產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比合理,尤其目前晶體硅太陽(yáng)能電池原材料漲價(jià),原材料緊缺出現(xiàn)了“瓶頸”,把薄膜電池,尤其廉價(jià)材料非晶硅太陽(yáng)能電池,市場(chǎng)需求殷切。用途越來(lái)越多,中國(guó)專(zhuān)利CN2591590“集成式光輻照強(qiáng)度指示器”公開(kāi)的是用同一基片上集成光電傳感器和電源兩個(gè)獨(dú)立薄膜太陽(yáng)能電池,其中一塊薄膜電池作電源,另一塊作光電傳感器。檢測(cè)太陽(yáng)光輻照輻射強(qiáng)度,累加輻照時(shí)間。主要技術(shù)突破,轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性提高,如CN03134829.7公開(kāi)了一種低成本大規(guī)模生產(chǎn)非晶硅雙結(jié)疊層太陽(yáng)能電池。美國(guó)專(zhuān)利US 5865904“Flexible photoelectric conversionmodule and method for its manufacture”公開(kāi)了柔性光電組件,包括薄膜非晶硅太陽(yáng)能電池。非晶硅弱光性能比單晶硅好,在發(fā)明專(zhuān)利CN1665035A《非晶硅太陽(yáng)能電池夾膠玻璃組件》中,比功率發(fā)電量這一物理量提出,是說(shuō)薄膜非晶硅太陽(yáng)能電池年比功率的發(fā)電量或日比功率的發(fā)電量大于單晶硅太陽(yáng)能電池的比功率發(fā)電量,對(duì)于推廣應(yīng)用在建材市場(chǎng)潛力更大。
發(fā)明創(chuàng)造內(nèi)容正如以上所作說(shuō),現(xiàn)有硅薄膜太陽(yáng)能電池(以下可以簡(jiǎn)稱(chēng)薄膜電池或電池)在加工制造技術(shù)方面還存在不足,產(chǎn)品外觀(guān)形態(tài)過(guò)于簡(jiǎn)單,工藝不夠先進(jìn)。本發(fā)明的第一個(gè)目的是采用新技術(shù),加工薄膜太陽(yáng)能電池,可以使電池的外形和電池內(nèi)有效工作面的圖形,其形狀復(fù)雜多樣,可以是圓形、圓環(huán)、條形、扇形、正N邊形及其它不規(guī)則形狀。
另一個(gè)目的是采用先進(jìn)的工藝,加工異形的硅薄膜太陽(yáng)能電池,電池面內(nèi)任何位置可打圓孔或方孔,也可做成各種形狀的透明視窗,為滿(mǎn)足各類(lèi)電子產(chǎn)品的需要,如手表、計(jì)速器、電子玩具等,需要非規(guī)則外形和具有獨(dú)特內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池這種元器件或硅薄膜太陽(yáng)能電池器件。
為了實(shí)現(xiàn)提出的任務(wù),本發(fā)明所提出的技術(shù)解決方是異形硅薄膜太陽(yáng)能電池由電池的外形、電池內(nèi)的有效工作面及電池內(nèi)的透明視窗6所構(gòu)成,所說(shuō)電池的外形、電池內(nèi)的有效工作面及電池內(nèi)的透明視6可以是圓形、弧形、正N邊形及其它不規(guī)則形狀,電池以透明導(dǎo)電膜基板1(透明導(dǎo)電玻璃)為襯底,依序?qū)盈B,由前電極層7、薄膜電池層8、背電極層9、和背漆層5構(gòu)成,在背漆層5上有電極引出點(diǎn)2,在所說(shuō)的電池內(nèi)的有效工作面上至少有一個(gè)透明視窗6。所說(shuō)的前電極層7是由多個(gè)不規(guī)則導(dǎo)電區(qū)域構(gòu)成,薄膜電池層8對(duì)應(yīng)于前電極層7,由多個(gè)弧形或異形導(dǎo)電區(qū)域構(gòu)成,背電極層9是由對(duì)應(yīng)于薄膜電池層8的多個(gè)異形導(dǎo)電區(qū)域構(gòu)成。所說(shuō)的硅薄膜太陽(yáng)能電池的外形,是指電池的外部形狀和尺寸,由高精度程控異形玻璃切割機(jī)或超聲波玻璃切割機(jī)加工而成的異形的硅薄膜太陽(yáng)能電池。所說(shuō)的電池內(nèi)的有效工作面,可以是圓形、弧形、正N邊形及其它不規(guī)則形狀構(gòu)成,在采用高精度高速鉆床或高精度超聲波玻璃切割機(jī)在電池工作面內(nèi)打孔,制作成形狀各異的透明視窗6。所說(shuō)的硅薄膜電池可以是非晶硅太陽(yáng)能電池。
為了制造一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池,采用的工藝是前電極層7圖形以導(dǎo)電玻璃ITO或SnO2為襯底,采用激光標(biāo)刻把導(dǎo)電膜刻蝕成一定形狀和尺寸的獨(dú)立小塊;激光刻劃硅薄膜層8用激光刻除在前電極層7圖形區(qū)域內(nèi)相應(yīng)位置的硅薄膜層8,標(biāo)刻出前電極層7引出圖形;透明視窗6在電池內(nèi)部用激光標(biāo)刻硅薄膜層8及涂層,制成非穿透性透明視窗區(qū)域;切割分粒采用高精度程控玻璃切割機(jī),沿切割線(xiàn)4把薄膜電池切割成矩形小片;外形加工采用高精度程控異形玻璃切割機(jī)或超聲波玻璃切割機(jī),按電池形狀和尺寸切割外部成異形電池;打孔在電池工作面內(nèi)可打孔,制作成形狀各異的穿透性透明視窗,采用高精度高速鉆床制作直徑小的圓孔(Φ<3mm);采用高精度超聲波玻璃切割機(jī)制作直徑較大的圓孔和其他形狀的孔。
本發(fā)明創(chuàng)造產(chǎn)生的積極效果,采用先進(jìn)的激光標(biāo)刻技術(shù),高精度的刻劃出復(fù)雜圖形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的異形硅薄膜太陽(yáng)能電池。在電池工作面內(nèi)任何位置可打圓孔或方孔,也可做成各種形狀的透明視窗。提高了前電極透明導(dǎo)電膜圖形的精確度,減少了生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí),前電極材料拓寬為ITO、SnO2,提高了異形非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的綜合性能


圖1、是本發(fā)明背面外觀(guān)圖示意圖。
圖2、由圖1A-A剖面看到的本發(fā)明電池結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3、是本發(fā)明前電極7平面示意圖。
圖4、是本發(fā)明硅薄膜層8平面示意圖。
圖5、是本發(fā)明背電極9平面示意圖。
圖6、是本發(fā)明背漆層5的平面示意圖。
圖7是本發(fā)明引出電極點(diǎn)2的平面示意圖從圖1-7示出了本發(fā)明硅薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu),1透明導(dǎo)電膜基板或稱(chēng)基片、基底,2引出電極點(diǎn)即正負(fù)電極引出點(diǎn),3字符,4切割線(xiàn),5背漆層,6透明視窗,7前電極層,8薄膜電池層(非晶硅),9背電極層。
具體實(shí)施內(nèi)容實(shí)例1生產(chǎn)外形為正八邊形中間帶有圓形透明視窗的環(huán)形太陽(yáng)能電池(如圖1、圖2)步驟如下1、前電極層7圖形制作以ITO或SnO2透明導(dǎo)電膜玻璃為襯底,采用激光標(biāo)刻技術(shù),把襯底上的連續(xù)導(dǎo)電膜刻蝕成要求形狀和尺寸的獨(dú)立小塊,如圖3中7所示的陰影部分,即前電極圖形。設(shè)備采用大幅面紅外光激光標(biāo)刻系統(tǒng),激光波長(zhǎng)為1064nm,激光功率為30~100瓦,激光聲光頻率為3~25KHz,前電極相鄰圖形間絕緣隔離線(xiàn)寬度為0.1~0.4mm,絕緣電阻大于2MΩ;2、沉積非晶硅層8將已刻好前電極圖形的襯底經(jīng)超聲清洗烘干后,裝入鍍非晶硅膜的專(zhuān)用夾具,推入預(yù)熱烘箱預(yù)熱,烘箱預(yù)熱溫度為200-240℃,達(dá)到工藝溫度恒溫1~2小時(shí)后,將夾具從預(yù)熱烘箱內(nèi)取出,推入非晶硅沉積系統(tǒng)反應(yīng)真空室,采用等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方法,在襯底上依次沉積P型非晶硅摻雜層、I本征非晶硅層和N型非晶硅摻雜層,制作出電池的核心部分-非晶硅光電轉(zhuǎn)換層;3、激光刻劃非晶硅層8采用激光標(biāo)刻技術(shù),在沉積好非晶硅的襯底玻璃基片上,在前電極7圖形區(qū)域內(nèi)相應(yīng)位置,按設(shè)計(jì)要求圖形刻除非晶硅層8,露出前電極7引出圖形,如圖4中8所示的相鄰陰影圖塊之間的隔離線(xiàn),刻除非晶硅的圖形和前電極圖形隔離線(xiàn)邊緣間距為0.1~0.3mm。設(shè)備采用大幅面綠光激光標(biāo)刻系統(tǒng),激光波長(zhǎng)為532nm,激光功率為15~30瓦,激光聲光頻率為1~15KHz;4、背電極制作采用絲網(wǎng)印刷技術(shù),在非晶硅層表面絲印上按設(shè)計(jì)要求的碳漿導(dǎo)電漿料背電極圖形,如圖5中9所示的陰影部分,并推入烘箱烘干。絲網(wǎng)印刷采用150~250目的聚脂絲網(wǎng),碳漿采用艾奇森581SS型號(hào)碳漿,固化溫度為140~160℃,恒溫時(shí)間為0.5-1小時(shí);5、背漆保護(hù)層制作采用絲網(wǎng)印刷技術(shù),在已制作好背電極的襯底上絲印上絕緣、耐濕、耐酸堿的樹(shù)脂油墨保護(hù)層,如圖6中5所示的陰影部分,并推入烘箱烘干。絲網(wǎng)印刷采用150~300目的聚脂絲網(wǎng),背漆采用Nazid114背漆,固化溫度為100~140℃,恒溫時(shí)間為10-40分鐘;6、字符制作采用絲網(wǎng)印刷技術(shù),在已絲印好背漆層的襯底上引出電極的相應(yīng)位置,絲印上公司商標(biāo)、電池型號(hào)和正負(fù)電極標(biāo)識(shí),如圖1中3所示的字符,并光固固化。絲網(wǎng)印刷采用200~300目的聚脂絲網(wǎng),字符油墨采用紫外線(xiàn)光固油墨,采用紫外線(xiàn)光固機(jī)固化,光固機(jī)紫外燈功率為3KW,光固溫度為60~80℃,光固機(jī)傳送速度為3-10m/分鐘;7、可焊電極制作采用絲網(wǎng)印刷技術(shù),在已絲印好背漆層5的襯底上引出電極的相應(yīng)位置,絲印上可焊導(dǎo)電漿料--銅漿,如圖1中2所示的陰影部分,并推入烘箱烘干。絲網(wǎng)印刷采用100~200目的聚脂絲網(wǎng),銅漿采用三井S-5000型號(hào)銅漿,固化溫度為130~160℃,恒溫時(shí)間為0.5-1小時(shí);8、透明視窗制作采用激光標(biāo)刻技術(shù),把電池內(nèi)部按設(shè)計(jì)需要做成透明視窗區(qū)域的棕色非晶硅層刻除,制作出透明視窗,如圖1中6所示的白色部分。設(shè)備采用大幅面紅外光激光標(biāo)刻系統(tǒng),激光波長(zhǎng)為1064nm,激光功率為30~100瓦,激光聲光頻率為3~25KHz;9、切割分粒采用高精度程控玻璃切割機(jī),按設(shè)計(jì)排版陣列間距,把襯底上的成品電池切割成矩形小片,如圖1中的矩形外框;10、外形加工采用高精度程控異形玻璃切割機(jī),按電池要求形狀和尺寸切割出電池外形,如圖1中所示的正八邊形。
至此,外形為正八邊形中間帶有圓形透明視窗的環(huán)形非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池制作完成。電性能、外觀(guān)檢測(cè)合格后入庫(kù)。
權(quán)利要求
1.一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池,其特征在于所說(shuō)的硅薄膜太陽(yáng)能電池由電池的外形、電池內(nèi)的有效工作面及電池內(nèi)透明視窗(6)所構(gòu)成,所說(shuō)電池的外形、電池內(nèi)的有效工作面及電池內(nèi)的透明視窗(6)可以是圓形、弧形、正N邊形及其它不規(guī)則形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池,其特征在于所說(shuō)的硅薄膜太陽(yáng)能電池,是以透明導(dǎo)電膜基板(1)為襯底,依序?qū)盈B,由前電極層(7)、薄膜電池層(8)、背電極層(9)、和背漆層(5)構(gòu)成,在背漆層(5)上有電極引出點(diǎn)(2),在所說(shuō)的電池內(nèi)的有效工作面上至少有一個(gè)透明視窗(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池,其特征在于所說(shuō)的前電極層(7)是由多個(gè)不規(guī)則的導(dǎo)電區(qū)域所構(gòu)成,薄膜電池層(8)對(duì)應(yīng)于前電極層(7),由多個(gè)弧形或異形導(dǎo)電區(qū)域所構(gòu)成,背電極層(9)是由對(duì)應(yīng)于薄膜電池層(8)的多個(gè)異形導(dǎo)電區(qū)域所構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池,其特征在于所說(shuō)的前電極層(7)是由激光在透明導(dǎo)電膜基板(1)上連續(xù)刻蝕標(biāo)出的異形獨(dú)立的小塊圖形所構(gòu)成,透明導(dǎo)電膜可以是ITO或SnO2,所采用的大幅面紅外光激光標(biāo)刻的激光波長(zhǎng)為1064nm,激光功率為30~100瓦,激光聲光頻率為3~25KHz,前電極相鄰圖形間的絕緣隔離線(xiàn)寬度為0.1~0.4mm,絕緣電阻大于2MΩ。
5.根據(jù)權(quán)利要3所述一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池,其特征在于所說(shuō)的由激光在非晶硅層(8)上刻劃的非晶硅圖形和前電極圖形的隔離線(xiàn)邊緣間距為0.1~0.3mm,激光波長(zhǎng)為532nm,激光功率為15~30瓦,激光聲光頻率為1~15KHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池,其特征在于所說(shuō)的硅薄膜太陽(yáng)能電池的外形,是指電池的外部形狀和尺寸,由高精度程控異形玻璃切割機(jī)或超聲波玻璃切割機(jī)加工而成的異形的硅薄膜太陽(yáng)能電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池,其特征在于所說(shuō)的電池內(nèi)的有效工作面,可以是圓形、弧形、正N邊形及其它不規(guī)則形狀構(gòu)成,在采用高精度高速鉆床或高精度超聲波玻璃切割機(jī)在電池工作面內(nèi)打孔,制作成形狀各異的透明視窗(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池,其特征在于所說(shuō)的薄膜電池可以是非晶硅太陽(yáng)能電池。
9.一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池的制作工藝,其特征在于所說(shuō)的硅薄膜太陽(yáng)能電池由電池的外形、電池內(nèi)的有效工作面及電池內(nèi)透明視窗(6)所構(gòu)成,所說(shuō)電池的外形、電池內(nèi)的有效工作面及電池內(nèi)的透明視窗(6)可以是圓形、弧形、正N邊形及其它不規(guī)則形狀,其制造采用的生產(chǎn)工藝前電極層(7)圖形在透明導(dǎo)電膜基板(1),采用激光標(biāo)刻把導(dǎo)電膜刻蝕成一定形狀和尺寸的獨(dú)立小塊;激光刻劃硅薄膜層(8)用激光刻除在前電極層(7)圖形區(qū)域內(nèi)相應(yīng)位置的硅薄膜層(8),標(biāo)刻出前電極層(7)的引出圖形;透明視窗(6)在電池內(nèi)部用激光標(biāo)刻硅薄膜層(8)及涂層,制成非穿透性透明視窗區(qū)域;最后工序通過(guò)外部加工制成最終成品。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池的制作工藝,其特征在于所說(shuō)的電池外形由外部加工切割分粒采用高精度程控玻璃切割機(jī),延切割線(xiàn)(4)把薄膜電池切割成矩形小片;后進(jìn)行外形加工采用高精度程控異形玻璃切割機(jī)或超聲波玻璃切割機(jī),按電池形狀和尺寸切割成異形硅薄膜太陽(yáng)能電池;打孔在電池工作面內(nèi)打孔,制作成形狀各異的穿透性透明視窗,采用高精度高速鉆床制作直徑小的圓孔(Φ<3mm);采用高精度超聲波玻璃切割機(jī)制作直徑較大的圓孔和其他形狀的孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池的制作工藝,其特征在于所說(shuō)的前電極層(7)圖形制作在以透明導(dǎo)電膜玻璃為基板(1)的襯底上,采用激光連續(xù)刻蝕ITO或SnO2導(dǎo)電膜,制成一定形狀和尺寸的獨(dú)立小塊的前電極圖形,采用的大幅面紅外光激光標(biāo)刻的激光波長(zhǎng)為1064nm,激光功率為30~100瓦,激光聲光頻率為3~25KHz,前電極相鄰圖形間的絕緣隔離線(xiàn)寬度為0.1~0.4mm,絕緣電阻大于2MΩ。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池的制作工藝,其特征在于所說(shuō)的透明視窗(6)制作采用激光標(biāo)刻將電池內(nèi)部的棕色非晶硅層刻除,制作出透明視窗區(qū)域,設(shè)備采用大幅面紅外光激光標(biāo)刻系統(tǒng),激光波長(zhǎng)為1064nm,激光功率為30~100瓦,激光聲光頻率為3~25KHz;
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種異形硅薄膜太陽(yáng)能電池的制作工藝,其特征在于所說(shuō)的外部加工包括切割分粒采用高精度程控玻璃切割機(jī),按設(shè)計(jì)排版陣列間距,把襯底上的成品電池延切割線(xiàn)(4)切割成矩形小片;外形加工采用高精度程控異形玻璃切割機(jī),按電池要求形狀和尺寸切割出電池外形。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種異形的硅薄膜太陽(yáng)能電池,廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型電子產(chǎn)品之中,形態(tài)各異。非晶硅太陽(yáng)能電池及其組件在電子產(chǎn)品中作為電源或傳感器在透明導(dǎo)電膜基板上用激光刻除在前電極層7圖形區(qū)域內(nèi)相應(yīng)位置的硅薄膜層8,標(biāo)刻出前電極層7引出圖形,背電極層9,在背漆層5上有電極引出點(diǎn)2;在電池工作面內(nèi)任何位置可打圓孔或方孔,也可做成各種形狀的透明視窗6本發(fā)明創(chuàng)造的硅薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)品多樣化,有利于硅薄膜太陽(yáng)能電池的推廣和應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01L31/042GK1870303SQ200610061259
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者李毅, 李全相 申請(qǐng)人:李毅
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