一种柔性不锈钢衬底太阳能电池组件的全激光刻划方法技术

一种柔性不锈钢衬底太阳能电池组件的全激光刻划方法，在柔性不锈钢衬底上依次制备绝缘层和钼层；使用激光器一对已经制备的绝缘层和钼层进行刻划，形成第一道刻线(P1)；在完成P1刻划的钼层上依次进行以下膜层制备：铜铟镓硒层、硫化镉层、本征氧化锌层，完成上述膜层制备后，使用激光器二进行刻划，形成第二道刻线(P2)，P2刻线与P1刻线平行；在完成P2刻划的本征氧化锌层上制备掺铝氧化锌层，使用激光器三进行刻划，形成第三道刻划线(P3)，P3刻线与P1刻线平行。本发明专利技术可以避免丝网印刷造成的死区面积大、丝网印刷浆料昂贵以及丝网印刷网版经常更换等弊端，从而提高组件效率和设备稳定性，达到降低成本、提高生产效率的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于薄膜太阳能电池
，尤其涉及柔性不锈钢衬底铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件制造方法。
技术介绍
能源危机和环境污染是当今全球所面临的两大基本问题。太阳能取之不尽、用之不竭，是解决能源危机的一种重要途径。铜铟镓硒薄膜太阳能电池因为其材料光学带隙可调、抗辐射能力强、电池性能稳定、弱光性好等优点，使之成为薄膜太阳能电池中最有发展前景的光伏材料之一。薄膜太阳能电池按照基底分类可以分为刚性基底和柔性基底两大类。其中，柔性衬底太阳能电池指在柔性材料(例如不锈钢、聚酰亚胺)上制作的电池，与晶硅电池、玻璃基底的电池相比较最大的优点是重量轻，可弯曲折叠且不易破碎。由于铜铟镓硒电池需要经过500阳以上的高温硒化，业内普遍采用的是在柔性不锈钢基底上制备柔性铜铟镓硒太阳能电池。柔性不锈钢基底的铜铟镓硒太阳能电池业内普遍采用丝网印刷的方式将电流引出，该方式的缺陷是死区面积占到整个电池的7％，组件效率损失非常高；同时丝网印刷工艺复杂，工艺重复性差，需要消耗大量的银浆，成本高昂；因此如果能够采用我司之前申请刚性基底全激光刻划的方式(申请号CN201510271942.8)进行电池内部串联就可以避免丝网印刷带来的缺陷；但是采用柔性不锈钢衬底，P1刻划后能够将Mo层刻断，由于不锈钢基底是导电的，故不能形成子电池间的绝缘；本专利技术创新的采用在不锈钢基底上溅射一层绝缘层，使不锈钢和背电极Mo层绝缘，然后采用全激光的刻划方式实现组件内联，同时为了避免将绝缘层损伤，所有刻划均采用离焦的方式避免将绝缘层损伤；所述的全激光刻划方法由于激光器重复频率可在30MHz～1GHz，因此加工速度可达2～3m/s，激光刻划斑点小，能够将死区宽度降至200μm以下，因此大大减小了刻划后的组件功率损失，并且加工效率高，生产成本低。另外，激光器具有运行稳定，寿命长等特点，因此降低了设备维护成本和生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性不锈钢衬底太阳能电池组件的全激光刻划方法完成铜铟镓硒薄膜太阳能电池的全部三道刻划，实现太阳能电池组件的子电池内联。由于激光器重复频率达到30MHz～1GHz，因此加工速度可达2～3m/s，通过对激光聚焦可以减小刻线宽度，减小甚至消除翻边和崩边现象，将死区宽度降至200μm以下，因此大大减少了刻划后的组件功率损失，并且加工效率高、降低对银浆等原材料的消耗，生产成本低。另外，激光器具有运行稳定，寿命长等特点，因此降低了设备维护成本。本专利技术提供的一种柔性不锈钢衬底太阳能电池组件的全激光刻划方法，所述方法包括以下步骤：(1)在柔性不锈钢基底上制备绝缘层；(2)在绝缘层上制备钼层；(3)采用激光器一对钼层进行刻划，将钼层完全刻断，形成第一道刻线(P1)；所述第一道刻线(P1)一直刻划绝缘层表面并且不能损伤绝缘层，使第一道刻线(P1)两侧的子电池完全绝缘，同时不能损伤底部的绝缘层；激光通过聚焦透镜进行聚焦后，经过扩束镜进行扩束，然后经过激光整形透镜，将激光能量从高斯分布整形为平顶分布，最后再次进行聚焦透镜将激光聚焦，得到能量均匀分布的平顶光束，利用该平顶光束将钼层刻断；(4)在钼层上制备铜铟镓硒膜层；(5)在铜铟镓硒膜层上制备硫化镉层；(6)在硫化镉层上制备本征氧化锌层；(7)采用激光器二进行刻划，将本征氧化锌层、硫化镉层以及铜铟镓硒层同时刻断，露出钼层，形成第二道刻线(P2)；所述的第二道刻线(P2)将本征氧化锌层、硫化镉层、以及铜铟镓硒层三层薄膜完全刻断，并且不损伤钼层表面，所述第二道刻线(P2)与第一道刻线(P1)刻线保持平行；(8)在本征氧化锌层上制备掺铝氧化锌层；(9)采用激光器三进行刻划，将掺铝氧化锌层、本征氧化锌层、硫化镉层以及铜铟镓硒层同时刻断，露出钼层，形成第三道刻线(P3)，从而完成铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件子电池的内联；所述P3刻线需要将掺铝氧化锌层、本征氧化锌层、硫化镉层、以及铜铟镓硒层四层薄膜完全刻断，并且不损伤钼层表面；所述第三道(P3)和第一道刻线(P1)、第二道刻线(P2)保持平行。根据上述的一种柔性不锈钢衬底太阳能电池组件的全激光刻划方法，所述的激光器一、激光器二、激光器三均可以采用纳秒激光器、亚纳秒激光器或者皮秒激光器中的一种或者多种；其中所述纳秒激光器为光纤脉冲激光器，激光波长为1064nm、532nm和355nm中的一种，或者兼具两种以上波长模式，光束模式(BeamMode)为TEM00，光束质量(M2)<1.3，脉冲宽度为1纳秒～600纳秒，单脉冲能量为1微焦～2000微焦，脉冲重复频率为1KHz～1000KHz，平均功率0～25瓦特；所述亚纳秒激光器为半导体激光器，激光波长为1064nm、532nm和355nm中的一种，或者兼具两种以上波长模式，光束模式(BeamMode)是TEM00，光束质量(M2)<1.3，脉冲宽度为600皮秒～2000皮秒，单脉冲能量为1微焦～300微焦，脉冲重复频率为10KHz～100KHz，平均功率为0～3瓦特；所述皮秒激光器为光纤脉冲激光器，激光波长为1064nm、532nm和355nm中的一种，或者兼具两种以上波长模式，光束模式(BeamMode)是TEM00，光束质量(M2)<1.3，脉冲宽度为小于10皮秒，单脉冲能量为1微焦～40微焦，脉冲重复频率为1Hz～1000KHz，平均功率为0～6瓦特。根据上述的一种柔性不锈钢基底的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的全激光刻划方法，其特征在于，所述的第一道刻线(P1)采用从膜面入射的方式或者背面入射的方式；所述膜面入射是指激光光束位于薄膜镀面的方向，通过聚焦透镜聚焦到薄膜表面；所述背面入射是指激光光束位于镀膜面的反方向；根据上述的一种柔性不锈钢基底太阳能电池组件的全激光刻划方法，其特征在于，所述的第二道刻线(P2)采用从膜面入射的方式。根据上述的一种柔性不锈钢基底太阳能电池组件的全激光刻划方法，其特征在于，所述的第三道刻线(P3)采用从膜面入射的方式。根据上述的一种柔性不锈钢基底太阳能电池组件的全激光刻划方法，其特征在于，所述所述的绝缘层可以是绝缘的二氧化硅、氮化硅、氧化锌、氧化铝、氮化铝等氧化物或氮化物材料中的一种或者多种；所述绝缘层的厚度1.0～2.0微米；所述钼层厚度为600纳米～1200纳米；所述铜铟镓硒层厚度为1.0～2.0微米；所述硫化镉层厚度为30～80纳米；所述本征氧化锌薄膜厚度为50～150纳米；所述掺铝氧化锌薄膜厚度为300～1000纳米。根据上述的一种大面积铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的全激光刻划方法，其特征在于，所述第一道刻线(P1)与不锈钢基体边缘平行，所述第二道刻线(P2)与P1平行，所述第三道刻线(P3)也与P1平行；所有的平行均采用自动光学追踪系统实现；本专利技术采用全激光刻划的方式实现对柔性不锈钢衬底的铜铟镓硒薄膜太阳能电池组件的子电池内联，可有效降低组件死区面积，提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池的组件功率，不需要传统方式的丝网印刷，提高了组件生产效率，降低了生产和维护成本。附图说明图1为本专利技术所述的不锈钢衬底太阳能电池的结构示意图；图2为本专利技术所述的不锈钢衬底太阳能电池组件的全激光刻划方法示意图；图3为本专利技术所述的P1刻划的示意图；图4为本专利技术所述的P2刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性不锈钢衬底太阳能电池组件的全激光刻划方法，其特征在于：在不锈钢衬底上制备绝缘层，在绝缘层上制备钼薄膜即钼层，使用激光器对在不锈钢衬底上制备的绝缘薄膜和钼薄膜进行刻划，形成第一道刻线(P1)；在完成第一道刻线(P1)刻划的钼层上依次进行以下膜层制备：铜铟镓硒层、硫化镉层、本征氧化锌层，完成上述膜层制备后，使用激光器进行刻划，形成第二道刻线(P2)；在完成第二道刻线(P2)刻划后的本征氧化锌层上制备掺铝氧化锌层，使用激光器再次进行刻划，形成第三道刻线(P3)。

【技术特征摘要】
1.一种柔性不锈钢衬底太阳能电池组件的全激光刻划方法，其特征在于：在不锈钢衬底上制备绝缘层，在绝缘层上制备钼薄膜即钼层，使用激光器对在不锈钢衬底上制备的绝缘薄膜和钼薄膜进行刻划，形成第一道刻线(P1)；在完成第一道刻线(P1)刻划的钼层上依次进行以下膜层制备：铜铟镓硒层、硫化镉层、本征氧化锌层，完成上述膜层制备后，使用激光器进行刻划，形成第二道刻线(P2)；在完成第二道刻线(P2)刻划后的本征氧化锌层上制备掺铝氧化锌层，使用激光器再次进行刻划，形成第三道刻线(P3)。2.一种柔性不锈钢衬底太阳能电池组件的全激光刻划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在柔性不锈钢衬底上制备绝缘层；所述的绝缘层可以是绝缘的二氧化硅、氮化硅、氧化锌、氧化铝、氮化铝等氧化物或氮化物材料中的一种或者多种；所述的绝缘层完全覆盖住不锈钢基底；(2)在绝缘层上制备钼层；(3)采用激光器一对钼层进行刻划，将钼层完全刻断，形成第一道刻线(P1)；所述第一道刻线(P1)一直刻划到绝缘层表面，使第一道刻线(P1)两侧的子电池完全绝缘，同时对绝缘层不能造成损伤；其中，将激光器一发出的激光通过聚焦透镜进行聚焦后，再经过扩束镜进行扩束，然后经过激光整形透镜，将激光能量从高斯分布整形为平顶分布，最后再次进行聚焦透镜将激光聚焦，得到能量均匀分布的平顶光束，利用该平顶光束将钼层刻断；(4)在钼层上制备铜铟镓硒膜层；(5)在铜铟镓硒膜层上制备硫化镉膜层；(6)在硫化镉膜层上制备本征氧化锌膜层；(7)采用激光器二进行刻划，将本征氧化锌层、硫化镉层以及铜铟镓硒层同时刻断，露出钼层，形成第二道刻线(P2)；所述的第二道刻线(P2)将本征氧化锌层、硫化镉层以及铜铟镓硒层三层薄膜完全刻断，并且不损伤钼层表面；所述第二道刻线(P2)与第一道刻线(P1)刻线保持平行；(8)在本征氧化锌层上制备掺铝氧化锌层；(9)采用激光器三进行刻划，将掺铝氧化锌层、本征氧化锌层、硫化镉层以及铜铟镓硒层同时刻断，露出钼层，形成第三道刻线(P3)，从而完成太阳能电池组件子电池的内联；所述P3刻线需要将掺铝氧化锌层、本征氧化锌层、硫化镉层、以及铜铟镓硒层四层薄膜完全刻断，并且不损伤钼层表面；所述第三道(P3)和第一道刻线(P1)、第二道刻线(P2)保持平行。3.根据权利要求2所述的全激光刻划方法，其特征在于：所述的激光器一、激光器二、激光器三均为纳秒激光器、亚纳秒激光器或者皮秒激光器中的一种。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁，余新平，戴万雷，刘沅东，张伟，孙哲，
申请(专利权)人：北京四方创能光电科技有限公司，北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11