本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池的制造技術(shù)，具體是一種用于制造超薄襯底薄膜太陽能電池的遮擋邊框，以及利用這種遮擋邊框的超薄襯底薄膜太陽能電池的制造方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)玻璃的厚度低于一定值如0.7mm以后，將呈現(xiàn)一定的柔性，而且玻璃越薄，柔性越明顯，如康寧公司發(fā)布的willow玻璃，厚度達(dá)到0.2mm，可以任意彎曲，制成柔性電子器件，并且可以貼附在任意曲面上。

(https://www.corning.com/worldwide/en/products/display-glass/products/corning-willow-glass.html)

利用薄玻璃的柔性，人們將薄玻璃作為襯底制作薄膜太陽能電池，并將其貼附在具有一定曲率的汽車玻璃上，形成汽車上用的太陽能發(fā)電裝置，如專利CN201310164794和專利CN201410132552。

在超薄襯底上均勻鍍膜是非常具有挑戰(zhàn)的，一方面，襯底越薄，其熱容量越小，局部的受熱不均勻就會(huì)引起襯底表面極大的溫度梯度，從而導(dǎo)致襯底快速的彎曲形變，彎曲形變會(huì)造成襯底表面不均勻的薄膜沉積，另一方面，當(dāng)薄膜的厚度與襯底的厚度可相比擬的時(shí)候，如襯底薄至200um厚，而薄膜為2um厚，薄膜和襯底的熱膨脹系數(shù)失配將明顯改變襯底的形態(tài)，使襯底在加熱或者冷卻過程中發(fā)生翹曲或者拱起，而且襯底尺寸越大，此形變?cè)矫黠@。這種現(xiàn)象在薄玻璃或者薄塑料襯底上面尤其顯著，因?yàn)楸〔ＡЩ蛘弑∷芰蠠釋?dǎo)率低，局部受熱不均勻不容易傳遞到其他區(qū)域，因此表面巨大的溫度梯度往往持續(xù)存在，導(dǎo)致襯底在加熱的初期四周快速翹曲，在這樣的襯底上鍍膜，不僅鍍膜均勻性差，而且容易形成襯底背面的繞鍍，沉積出來的薄膜厚度批次與批次之間差異也大，極大得影響了超薄襯底上電子器件的性能。要解決超薄襯底上鍍膜的問題必須有非常均勻的加熱方案，這在傳統(tǒng)的薄膜沉積設(shè)備上往往是不容易實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)還必須配備很好的超薄襯底固定的裝置，防止其在加熱過程中邊緣翹起，從而引起鍍膜的不均勻或者背面繞鍍的現(xiàn)象。

另一方面，在超薄襯底上鍍膜，通常薄膜會(huì)覆蓋到整個(gè)襯底的表面，包括襯底的邊緣，甚至有時(shí)會(huì)覆蓋到襯底背面周邊的一小部分區(qū)域（繞鍍），對(duì)于如太陽能電池之類的電子器件而言，這些薄膜通常都具有一定的導(dǎo)電性，邊緣上的薄膜會(huì)成為漏電的通路，引起器件失效，或者在潮濕的環(huán)境中，引起危害安全的濕漏電，或者邊緣殘留的薄膜會(huì)成為水汽進(jìn)入電子器件內(nèi)部的快速通道，導(dǎo)致器件長(zhǎng)期老化失效，這些情況都是在電子器件上不容許出現(xiàn)的。去除沉積在襯底邊緣的薄膜，起到邊緣絕緣的效果，在工業(yè)領(lǐng)域有許多不同的方法，如用砂輪磨邊US20090221217，用噴砂的方式去除襯底邊緣的薄膜US8569094，用激光燒蝕的方式去除US20120015471，還有用lift-off的方式在鍍膜前，先在不需要薄膜的區(qū)域涂敷上容易去除的材料，在鍍膜完成后，將上述涂敷的材料去除，從而將上面的膜層同時(shí)剝離，CN102867881A。上述的幾種方式有各自的局限性，比如用砂輪磨邊或者噴砂去除的方法，就不適用于薄玻璃襯底，因?yàn)楹鼙『艽嗟囊r底，極其容易在上述機(jī)械除邊過程中破損；又如lift-off的方式通常要用到一些揮發(fā)性的有機(jī)材料，如光阻，這類材料在鍍膜的加熱過程中揮發(fā)出來的物質(zhì)容易影響鍍膜的效果；激光燒蝕的方法雖然被廣泛應(yīng)用在薄膜電池的除邊上，但是需要昂貴的激光設(shè)備，而且激光燒蝕后玻璃邊緣有反應(yīng)殘留物，最終的器件可靠性仍然強(qiáng)烈依賴于后續(xù)的封裝工藝。專利US8071420提出一種利用shadow frame在鍍膜過程中實(shí)現(xiàn)襯底邊緣薄膜去除的方法，但是由于太陽能電池膜層有若干層，因此在此專利中仍然采用了激光燒蝕的方法去除金屬膜層，以確保器件的邊緣絕緣，防止邊緣漏電的發(fā)生。一種簡(jiǎn)單有效而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的除邊方法，避免昂貴的設(shè)備和復(fù)雜的工藝，是在薄玻璃或者其他超薄襯底上制作電子器件的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠防止薄膜太陽能電池邊緣膜層絕緣缺陷，并且制造工藝簡(jiǎn)單、成本低的超薄襯底薄膜太陽能電池的制造方法以及用于該方法的遮擋邊框。

本發(fā)明的遮擋邊框由在厚度方向上、下設(shè)置的矩形的上框和下框組成，上框的矩形內(nèi)孔尺寸小于下框的矩形內(nèi)孔尺寸，從而在內(nèi)壁上形成臺(tái)階面；所述下框的矩形內(nèi)孔尺寸與待加工薄膜太陽能電池的襯底邊緣尺寸相配合；所述上框的矩形內(nèi)孔尺寸與待加工薄膜太陽能電池的待鍍膜層的邊緣尺寸相配合。

本發(fā)明的超薄襯底薄膜太陽能電池的制造方法包括以下步驟：

a.取一超薄玻璃襯底，玻璃的厚度在0.70mm～0.05mm，對(duì)超薄玻璃進(jìn)行清洗。

b.在超薄玻璃襯底上沉積緩沖層。此緩沖層的作用有兩方面，一是阻擋玻璃里面的堿金屬離子進(jìn)入電池內(nèi)部，影響電池的可靠性，二是提供薄玻璃和前電極之間的緩沖，改善前電極在玻璃上的附著力。

c.在緩沖層上繼續(xù)沉積前電極，沉積前電極前，采用上述結(jié)構(gòu)的遮擋邊框覆蓋在超薄玻璃襯底上，遮擋邊框的下框與超薄玻璃襯底邊緣相互配合定位，遮擋邊框的上框?qū)㈦x超薄玻璃襯底邊緣D1距離的區(qū)域遮擋住，然后沉積形成前電極，使被遮擋住的部分不能形成鍍膜。

d.在前電極上繼續(xù)沉積吸收層，沉積前，采用另一種尺寸的遮擋邊框覆蓋，遮擋邊框的下框與超薄玻璃襯底邊緣相互配合定位，遮擋邊框的上框?qū)㈦x超薄玻璃襯底邊緣D2距離的區(qū)域遮擋住，D1大于D2，從而在上框與前電極側(cè)邊之間形成間隙，然后沉積吸收層，使被遮擋部分不能鍍上吸收層，同時(shí)使吸收層材料進(jìn)入上述間隙并包裹住前電極的側(cè)邊。

e.在吸收層上繼續(xù)沉積背電極，沉積背電極前，采用第三種尺寸的遮擋邊框覆蓋，遮擋邊框的下框與超薄玻璃襯底邊緣相互配合定位，遮擋邊框的上框?qū)㈦x超薄玻璃襯底邊緣D3距離的區(qū)域遮擋住，D3大于D2，優(yōu)選的為D3 > D1 > D2+2mm；然后沉積背電極，使被遮擋部分的襯底和吸收層不能鍍上背電極。背電極沉積在吸收層的上方，在邊緣沒有超出吸收層，因此不會(huì)跟前電極接觸造成短路。背電極和前電極至少其中一個(gè)為對(duì)太陽光透明的電極，否則太陽光就無法進(jìn)入吸收層被轉(zhuǎn)化成電能。

f.在上述背電極上引出一個(gè)電極，在前電極上引出相反的電極，再用一層玻璃或透光的高聚物通過透光的粘接材料將薄膜太陽能電池粘結(jié)封裝，形成太陽能電池結(jié)構(gòu)。

步驟b中，緩沖層采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）的方法沉積SiOx 20～100nm，采用SiH4和CO2作為反應(yīng)氣體，CO2/SiH4的比例在5～20之間，等離子功率密度在0.03～0.20W/cm2。

步驟c中，前電極為金屬或透明導(dǎo)電氧化物薄膜；優(yōu)選為摻硼氧化鋅薄膜，薄膜厚度1.0～2.0um，可見光透過率大于80%，方塊電阻為10～20ohm/sq。

步驟d中，所述吸收層為硅薄膜的PIN結(jié)構(gòu)或者NIP結(jié)構(gòu)、CIGS 薄膜電池、CdTe薄膜電池結(jié)構(gòu)、有機(jī)半導(dǎo)體薄膜這幾種結(jié)構(gòu)中的一種，或二至三種的串聯(lián)疊層組合。優(yōu)選為非晶硅薄膜的PIN結(jié)構(gòu)，其中包括沉積在前電極上面的P型非晶硅，本征型非晶硅，N型非晶硅，以及這三層之間的過渡層。

步驟e中，所述背電極為金屬或透明導(dǎo)電氧化物薄膜；優(yōu)選為摻硼氧化鋅薄膜，薄膜厚度1.0～2.0um，可見光透過率大于80%，方塊電阻為10～20ohm/sq。

步驟f中，所述高聚物為聚碳酸酯（PC）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）之一；所述粘接材料為EVA、PVB、有機(jī)硅之一。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：1. 通過遮擋邊框，能夠起到防止超薄襯底邊緣和背面鍍膜的作用，使得邊緣封裝更加可靠，保證長(zhǎng)期電子器件的可靠性；2. 在各鍍膜過程中使用不同尺寸的遮擋邊框，使形成的各薄膜層之間相互絕緣，防止器件的邊緣漏電發(fā)生；3. 鍍膜過程中通過遮擋邊框壓住超薄襯底的邊緣，可防止四周翹起，這樣可以更加有效地對(duì)襯底加熱，從而保證了鍍膜均勻性，改善薄膜電子器件的性能；4、通過遮擋邊框的使用，省去了傳統(tǒng)工藝過程中的邊緣膜層去除工序，不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝、提高了生產(chǎn)效率，并且避免了除邊過程可能造成的對(duì)電池片的損傷。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的遮擋邊框截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例制造方法中沉積前電極時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例制造方法中沉積吸收層時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例制造方法中沉積背電極時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例制造方法中沉積背電極時(shí)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，遮擋邊框由在厚度方向上、下設(shè)置的矩形的上框1和下框2組成，上框的矩形內(nèi)孔尺寸小于下框的矩形內(nèi)孔尺寸，從而在內(nèi)壁上形成臺(tái)階面；下框的矩形內(nèi)孔尺寸與待加工薄膜太陽能電池的襯底m1邊緣尺寸相配合；上框的矩形內(nèi)孔尺寸與待加工薄膜太陽能電池的待鍍膜層的邊緣尺寸相配合。

本發(fā)明的超薄襯底薄膜太陽能電池的制造方法第一個(gè)實(shí)施例包括以下步驟：

1、提供一超薄玻璃襯底m1，玻璃的厚度在0.70mm～0.05mm，對(duì)薄玻璃進(jìn)行清洗；

2、在超薄玻璃上沉積緩沖層m2，緩沖層采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）的方法沉積SiOx 20～100nm，采用SiH4和CO2作為反應(yīng)氣體，CO2/SiH4的比例在5～20之間，等離子功率密度在0.03～0.20W/cm2, 此緩沖層的作用有兩方面，一是阻擋玻璃里面的堿金屬離子進(jìn)入電池內(nèi)部，影響電池的可靠性，二是提供薄玻璃和前電極之間的緩沖，改善前電極在玻璃上的附著力；

3、在上述緩沖層繼續(xù)上沉積前電極m3，前電極可以是金屬也可以是透明導(dǎo)電氧化物薄膜，在此例中前電極為摻硼氧化鋅薄膜，薄膜厚度1.0～2.0um，可見光透過率大于80%，方塊電阻為10～20ohm/sq，沉積前電極的時(shí)候，采用第一種尺寸的遮擋邊框A，如圖3，離超薄玻璃襯底邊緣距離D1 =12mm的區(qū)域被遮擋邊框A擋住，沒有鍍上薄膜；

4、在上述前電極上繼續(xù)沉積吸收層m4，吸收層可以是硅薄膜的PIN結(jié)構(gòu)或者NIP結(jié)構(gòu)，也可以是CIGS 薄膜電池或者CdTe薄膜電池結(jié)構(gòu)，或者是有機(jī)半導(dǎo)體薄膜等，又或者是上述結(jié)構(gòu)的兩種或者三種的串聯(lián)疊層組合，在此例中我們采用非晶硅薄膜的PIN結(jié)構(gòu)，其中包括沉積在前電極上面的P型非晶硅，本征型非晶硅，N型非晶硅，以及這三層之間的過渡層，具體的沉積條件見專利CN201210478809.6，沉積吸收層的時(shí)候，采用遮擋邊框B，如圖4，離超薄玻璃襯底邊緣距離D2=10mm的區(qū)域被遮擋邊框B擋住，不會(huì)鍍上吸收層，但是由于遮擋邊框A和B的離邊距離有2mm的差別，因此吸收層包裹住了前電極的側(cè)邊；

5、在上述吸收層上繼續(xù)沉積背電極m5，背電極可以是金屬也可以是透明導(dǎo)電氧化物薄膜，在此例中背電極為摻硼氧化鋅薄膜，薄膜厚度1.0～2.0um，可見光透過率大于80%，方塊電阻為10～20ohm/sq，需要特別指出，背電極和前電極必須保證至少其中一個(gè)為對(duì)太陽光透明的電極，否則太陽光就無法進(jìn)入吸收層被轉(zhuǎn)化成電能，沉積背電極的時(shí)候，采用遮擋邊框C，如圖5，離超薄玻璃襯底邊緣距離D3=12mm的區(qū)域被遮擋邊框C擋住，沒有鍍上薄膜，背電極沉積在吸收層的上方，在邊緣沒有超出吸收層，因此不會(huì)跟前電極接觸造成短路；

6、在上述背電極上引出一個(gè)電極，在前電極上引出相反的電極，將上述薄玻璃上的薄膜電池跟另外一層玻璃或者透光的高聚物如聚碳酸酯（PC），聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET），乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）等，中間通過EVA，PVB，有機(jī)硅等透光的粘接材料封在一起，邊緣可再進(jìn)行額外的密封處理，形成長(zhǎng)期可靠的太陽能電池結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的超薄襯底薄膜太陽能電池的制造方法第二個(gè)實(shí)施例步驟與上述第一個(gè)實(shí)施例相似，鍍前電極時(shí)遮擋邊框A離超薄玻璃襯底邊緣距離為D1；鍍吸收層時(shí)遮擋邊框B離超薄玻璃襯底邊緣距離為D2；鍍背電極時(shí)遮擋邊框C離超薄玻璃襯底邊緣距離為D3；唯一區(qū)別是：如圖6，D3 > D1，即D3 > D1 > D2+2mm。