制造薄膜光伏产品的方法技术

公开了一种制造具有多个串联互连的光伏电池(1A，1B)的光伏产品(1)的方法，包括沉积叠层，该叠层具有底部电极层(12)、顶部电极层(16)和布置在所述第一和所述顶部电极层之间的光伏层(14)，底部电极层和光伏层具有界面层(13)。该方法还包括将所述叠层分割成与相应光伏电池(1A，1B)相关联的相应侧向部分，在每个光伏电池(1A)和后续光伏电池(1B)之间具有边界区域(1AB)，并且在边界区域中使相互后续的光伏电池串联互连。分割包括至少使用辐照子步骤和随其之后的机械碎片去除子步骤形成一个或多个沟槽(20；22；23)延伸贯穿顶部电极层和光伏层以暴露底部电极层。光伏层以暴露底部电极层。光伏层以暴露底部电极层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造薄膜光伏产品的方法


[0001]本公开涉及一种制造薄膜光伏产品的方法。

技术介绍

[0002]薄膜光伏产品通常包括具有底部电极层、光伏层和顶部电极层的叠层。叠层可以从底部电极层开始沉积在衬底上，或者底部电极层本身可以用作衬底。该叠层可以包括另外的层，这些另外的层例如布置在这些相继层中的两层之间，或者在叠层的顶部或下方。这里所述的层可以包括子层。
[0003]薄膜光伏产品可以通过将上述各层相继沉积在衬底上，或者使用例如底部电极层作为衬底来制造。典型地，该方法包括进一步的加工步骤，以提供具有多个串联互连的光伏电池的薄膜光伏产品。这些进一步的加工步骤可以包括分割和互连步骤。分割可以包括形成所谓的P1
‑
、P2
‑
和P3
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沟槽，这些沟槽可以以任意顺序形成。
[0004]P1
‑
沟槽至少分割底部电极层。P2
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沟槽主要用于暴露底部电极层的一部分，以便为从底部电极层的该部分到相邻光伏电池的顶部电极层部分的电连接提供通道。P3
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沟槽主要用于分割顶部电极层。P1
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沟槽、P2
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沟槽和P3
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沟槽彼此交替，使得相互后续的光伏电池之间的边界区域相继包括P1
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沟槽、P2
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沟槽和P3
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沟槽。
[0005]与薄膜硅基光伏材料相反，最近研究的材料如CIGS和钙钛矿具有相对较高的横向电导率。这需要电极的分割也包括光伏层的分割，以避免漏电流。对于有效的制造工艺，已经发现，在完成叠层的基本层(底部电极层、光伏层、顶部电极层)和可选中间层的沉积之后，再进行所有的分割步骤是有利的。P1
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沟槽完全伸入贯穿叠层。P2
‑
沟槽以及P3
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沟槽伸入直到底部电极层。需要注意的是，P1
‑
、P2
‑
和P3
‑
沟槽可以以任何顺序形成，只要实现叠层的特定图案化即可。在一些实施方式中，沟槽的组合可以导致所需的分割。P1
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沟槽和可选的P3
‑
沟槽通常填充有绝缘材料。后续，每个P1
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沟槽被电连接桥接，该电连接从暴露在相邻P2
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沟槽中的一个光伏电池的底部电极层延伸到在该P1
‑
沟槽处与该一个光伏电池相邻的另一个光伏电池的顶部电极层。
[0006]根据一种方法，用针机械地在叠层中形成一个或多个沟槽。这种方法的缺点是相对不准确，并且往往会破坏层附近的叠层，这需要在沟槽附近的特征(例如要形成的沟槽和相邻沟槽之间的距离)尺寸较大。使用较小的针能够实现更精确的加工，但是由于针的磨损，需要更频繁的维护。
[0007]或者，可以使用激光刻划来形成沟槽。已知一些方法，其中通过用激光束曝光，使将要形成的沟槽位置处的材料熔化和蒸发。实现这一点需要大量的热量，这容易损坏将要形成的沟槽附近的光伏材料。
[0008]因此，需要一种改进的方法，其允许更精确的加工，导致更少的外围损坏。
[0009]需要注意的是，US2012/0094425公开了激光刻划光伏结构以形成单片集成光伏模块的方法。该方法包括通过烧蚀刻划机理形成P1、P2或P3刻线，该方法熔化较少，而且在某些实施方式中，基本上不熔化。在某些实施方式中，该方法包括在待去除的膜和下层的界面
处产生烧蚀冲击波。然后通过机械冲击去除该膜。根据各种实施方式，烧蚀冲击波是使用激光束产生的，该激光束的波长提供了膜厚度量级的光学穿透深度和最小阈值强度。在一些实施方式中，可以使用皮秒脉冲宽度和特定波长以及激光能量密度水平来刻划光伏材料。
[0010]还应注意，US2016/0126376公开了一种使用激光刻划方法制造薄膜太阳能电池的方法，其中激光照射的效果是，该层可以由于突然热膨胀引起的集中应力而与界面分离。
[0011]从WO2013026463A1已知另一种制造薄膜光伏产品的方法。它描述了一种刻划工艺，用于通过用脉冲激光照射从衬底上去除薄膜的选定区域，该脉冲激光照射产生了随时间变化的热梯度，其中该热梯度确定了不引起熔化或升华但引起产生各向异性机械应变的热膨胀的温度升高，该机械应变在薄膜和衬底之间的界面层处产生随时间变化的分离力，该分离力能够对抗薄膜和衬底之间的粘附力。使用这种方法，半成品暴露于其中的能量虽然比依赖于蒸发材料的方法低，但仍然相对较高。这样的暴露往往会引起在沟槽边缘的光伏层材料中的相变。这种相变甚至可能在暴露后几十小时后发生，使材料导电，并由此在包围光伏层的电极之间形成分流。因此，需要进一步减少分割所需的能量。特别是需要减少保留在沟槽边界处的材料的热暴露。

技术实现思路

[0012]根据本公开中的改进方法，将顶部电极层与光伏层和可选的中间层，例如界面层(如果有的话)，一起分割的步骤包括照射子步骤和随其之后的机械碎片去除子步骤。在照射子步骤中，使用激光束从面对顶部电极层的一侧照射沿着分割线的照射区域，该激光束具有这样的波长，对于该波长，与光伏层和顶部电极层相比，底部电极层和光伏层之间的界面层具有相对高的吸收。该照射导致界面层的材料蒸发。产生的蒸汽压在光伏层和顶部电极层中引起机械应力，导致其碎裂。照射能量保持相对较低，使得蒸汽可以通过碎片之间的孔逸出，而基本上不会使碎片移动位置。只要避免光伏层熔化或发生相变，光伏层对照射的适度吸收不成问题。光伏层中产生的适度热量甚至有助于加热界面层，从而有助于碎裂过程。照射子步骤由此导致在照射区域内光伏层和顶部电极层碎裂。在后续的机械碎片去除子步骤中，将在照射子步骤中形成的碎片去除。
[0013]改进方法中的照射子步骤只需要导致顶部电极层和光伏层的碎裂。因此，在照射子步骤中提供的能量可以大大低于立即去除材料所需的能量。由于碎裂，与通过直接烧蚀去除相比，顶部电极层和光伏层的材料可以省力地、以受控的方式从照射区域中机械去除。机械碎片去除子步骤可以根据多种选择进行，例如使用粘性辊或胶带、施加空气流、使用干冰霜等。利用该混合(hybrid)过程，避免了光伏材料的蒸发。产生的机械碎片相对较大，因此它们可以相对容易地从气体或液体介质中过滤出来。通过用粘性辊或胶带将机械碎片去除，甚至可以基本上避免机械碎片的扩散。
[0014]由于照射子步骤，在受到照射的碎裂区中，光伏层和顶部电极层的材料碎裂。例如，可以用高斯光束进行照射。在其焦点的瑞利长度内，其光斑尺寸可以近似为光束束腰ω0的√2倍，束腰定义为：
[0015]ω0＝0.5*Z
R
*Θ
div
[0016]其中Z
R
是瑞利长度，Θ
div
是光束的发散度。对于圆形对称高斯光束，瑞利长度是沿光轴最小波前半径的位置到沿光轴最大波前半径的位置之间的距离，也称为焦点。光束束
腰被认为是光束强度I等于光束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造具有多个串联互连的光伏电池(1A，1B)的光伏产品(1)的方法，包括：沉积(S1)叠层，所述叠层具有底部电极层(12)、顶部电极层(16)和布置在所述第一电极层和所述顶部电极层之间的光伏层(14)，所述底部电极层(12)和所述光伏层(14)具有界面层(13)；和将所述叠层分割(S2)成与相应光伏电池(1A，1B)相关联的相应侧向部分，在每个光伏电池(1A)和后续光伏电池(1B)之间具有边界区域(1AB)；在所述边界区域(1AB)中使相互后续的光伏电池(1A，1B)串联互连(S3)；其特征在于，所述分割(S2)包括，至少使用照射子步骤(S23A)和随该照射子步骤之后的机械碎片去除子步骤(S23B)，形成一个或多个沟槽(20；22；23)，所述一个或多个沟槽延伸贯穿顶部电极层(16)和光伏层(14)以暴露底部电极层(12)，在所述照射子步骤(S23A)中，用激光束(LB)从面对顶部电极层的一侧照射沿着分割线的照射区域，所述激光束(LB)具有这样的波长，对于该波长，相比于光伏层(14)和顶部电极层(16)，所述界面层(13)具有相对高的吸收，所述照射导致界面层(13)的材料蒸发，所产生的蒸汽压在所述光伏层和顶部电极层中引起机械应力，导致所述光伏层和顶部电极层在照射区域内碎裂，进行所述照射使得在待形成的一个或多个沟槽处的光伏层边缘不存在再固化和相变的光伏材料，并且在所述机械碎片去除子步骤(S23B)中，去除在照射子步骤中形成的碎片。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机械碎片去除子步骤(S23B)包括用空气流、干冰霜，或者机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：荷兰应用自然科学研究组织TNO，
类型：发明
国别省市：