薄膜太阳能电池系统和制造薄膜太阳能电池的方法及设备技术方案

一种用于制造薄膜太阳能电池的方法，包括在面积至少为０．７５ｍ２的衬底上设置第一导电层。第一导电层位于所述面积的沉积部分中。施加紫外激光束，使其穿过透镜到第一导电层。划刻第一导电层的部分以形成穿过该层的沟槽。透镜聚焦所述束并且具有至少１００ｍｍ的焦距。聚焦的束包括对于划刻有效的有效部分和对于划刻无效的无效部分。衬底下陷并且在施加步骤中第一导电层跨越所述面积保持在聚焦的束的有效部分中。一个或多个有源层设置在第一导电层上。第二导电层设置在所述一个或多个有源层上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种太阳能电池及其制造方法，并且特别涉及在大面积衬底上采用激 光划刻(laser scribing)技术制造薄膜太阳能电池的方法和系统。
技术介绍
具有单片串联连接的薄膜太阳能电池可以通过使用划刻激光器或机械结构来形 成。机械结构可以包括光刻或化学蚀刻结构。所述结构有益于形成光伏(PV)模块或“阵 列”。这些构思允许PV模块被适配到期望的输出特性一(开路电压)，Ise(短路电流) 和FF(占空因数(fill factor)一一被定义为在最大功率点处产生的最大功率除以Isc和 Voc的乘积，其一般小于1)。因此可以具体地设计这些特征以满足使用者的需求/应用。在衬底上形成太阳能电池以及在这样的太阳能电池的制造中采用激光划刻的是 已知的。美国专利号4，292，092中公开了一种采用划刻激光器制造太阳能电池的方法，该 专利通过引用被合并于此。公开号为US2005/0272175A1的美国专利申请中也公开了一种 采用划刻激光器制造太阳能电池的方法，通过引用将其合并于此。
技术实现思路
依照本专利技术的一个方面，提供一种制造薄膜太阳能电池的方法。所述方法包括在 衬底上设置第一导电层的步骤，其中所述衬底具有至少为o. 75m2的面积并且所述第一导电 层位于所述面积的沉积部分中。施加紫外激光束，使其穿过透镜到达第一导电层。划刻第 一导电层的部分直到衬底，以形成穿过第一导电层的沟槽。透镜聚焦所述紫外激光束，并且 其具有大于100mm的焦距。聚焦的紫外激光束包括对于划刻有效的有效部分和对于划刻无 效的无效部分。衬底下陷以使得在施加步骤期间被划刻的第一导电层的部分在被划刻时位 于聚焦的紫外激光束的有效部分内。一个或多个有源层设置在第一导电层上。第二导电层 设置在所述一个或多个有源层上。依照本专利技术的另一个方面，提供一种薄膜太阳能电池系统，其包括具有至少为 0.75m2的面积的衬底。第一导电层位于衬底上，在所述面积的沉积部分中。第一导电层包 括ZnO。第一导电层具有被划刻直到衬底的多个第一沟槽，以定义多个分离的第一导电层 部分。所述多个分离的第一导电层部分通过所述多个第一沟槽而彼此分开。所述系统包括 紫外激光器，其包括焦距大于100mm的透镜，该透镜将紫外激光器的激光束聚焦到第一导 电层以划刻所述多个第一沟槽。所述激光束包括对于划刻所述多个第一沟槽有效的有效部 分和对于划刻所述多个第一沟槽无效的无效部分。衬底下陷并且第一导电层的一些部分在 所述多个第一沟槽被划刻时保持在所述激光束的有效部分内。一个或多个有源层覆盖第一导电层的一部分。所述一个或多个有源层具有被划刻直到第一导电层的多个第二沟槽，以 定义多个分离的有源层部分。所述多个分离的有源层部分通过所述多个第二沟槽而彼此分 开。所述多个分离的有源层部分的每个分离的有源层部分覆盖所述多个分离的第一导电层 部分中的相应的一个的一部分。第二导电层覆盖所述一个或多个有源层的一部分。第二导 电层具有被划刻直到基础层的多个第三沟槽，以定义多个分离的第二导电层部分。所述多 个分离的第二导电层部分通过所述多个第三沟槽而彼此分开。所述多个第二导电层部分中 的每个分离的第二导电层部分覆盖相应的分离的有源层部分的一部分。所述太阳能电池系 统包括多个邻近的太阳能电池，所述多个邻近的太阳能电池通过连接第一导电层和第二导 电层在衬底上以串联形式电连接。依照本专利技术的另一个方面，提供一种用于形成薄膜太阳能电池的激光划刻设备。 所述设备包括支撑器件，所述支撑器件用于支撑具有至少为o. 75m2的面积的太阳能电池衬 底和包括ZnO的导电层，所述导电层位于衬底上，在所述面积的沉积部分中。选择性地可定 位的紫外激光器产生波长小于400nm的光束。所述激光器包括用于聚焦光束的、焦距至少 为100mm的透镜。所述选择性地可定位的紫外激光器关于衬底选择性地可定位。所述透镜 将光束聚焦到导电层上，使得光束划刻导电层的部分直到衬底，以形成穿过导电层的沟槽。 所述光束包括对于划刻所述导电层的部分有效的有效部分和对于划刻所述导电层的部分 无效的无效部分。衬底在被支撑器件支撑时下陷，以使得通过光束被划刻的所述导电层的 部分在被划刻时位于所述光束的有效部分内。附图说明图1是几个串联连接的薄膜太阳能电池的示意图；图2是示出实验测量的采用划刻技术的采用LP-CVD的ZnO TC0层的吸收特性的 图表；图3是采用激光束和聚焦透镜的激光划刻技术的示意图；图4a是激光束和聚焦透镜的示意图；图4b是激光束和聚焦透镜的示意图；以及图5是激光划刻设备的示意图。具体实施例方式图1是示出了串联连接的薄膜光伏(PV)模块的一部分的示意图，。该图示出了串 联连接的三个电池(Celln，Celln+1, Celln+2)，当然可以制造任意数量的期望的电池，并且根 据需要，各个电池可以代之以并联连接，或者不电连接在一起。一般地，如图1所示，典型地非导电的衬底21(如由玻璃制成)具有设置在衬底上 的第一导电层22。之后，一个或多个有源层23设置在第一导电层上，并且一个外部电极层 或第二导电层24设置在有源层上作为第二导电层。不同的层通过一种或多种技术(例如 在施加后续的层之前采用激光束激光划刻各层)被分割成分离的部分，每个部分用于单个 的太阳能电池。例如，第一导电层22的部分可通过激光束被划刻直到衬底21，以形成多个 分离的第一导电层部分，这些多个分离的第一导电层部分通过多个第一沟槽25而被彼此 分离。可以划刻所述一个或多个有源层23的部分直到第一导电层22，以形成多个分离的有源层部分，所述多个分离的有源层部分通过多个第二沟槽27而被彼此分离。可以划刻第二 导电层24的部分直到基础层，以形成多个第二导电层部分，所述多个第二导电层部分通过 多个第三沟槽26而被彼此分离。这导致将第一导电层、有源层和第二导电层分别分离到相 应的太阳能电池的沟槽25、26和27。衬底21和第一导电层22 —般是透光的，以允许光经过它们到达有源层23，这是因 为半导体有源层足够透光以让光通过。此外，可以应用背反射体(backreflector)以使得 光被迫第二次通过有源层23以便最终被吸收，从而提高效率。作为替换，可以将第二导电 层24制作为透光的以允许光从该侧到达有源层。此外，一个电池中的第二导电层24 —般通过将该第二导电层交叠在邻近电池的 第一导电层22上而连接到该邻近电池的第一导电层，以便串联连接各个太阳能电池，从而 形成串联连接的PV模块。例如，Celln的第二导电层部分与邻近的Celln+1的第一导电层部 分相交叠，而Celln+1的第二导电层部分与邻近的Celln+2的第一导电层部分相交叠。可以选择包括氧化锌(ZnO)的透明导电氧化物(TC0)层用于第一导电层22。诸如 通过低压化学气相沉积(LP-CVD)工艺或等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺，可将第一 导电层22沉积在衬底21的上表面上，在上表面的沉积部分中。作为替换，溅射工艺也可以 用来在透光衬底上的沉积部分中沉积TC0层。第一导电层22位于其中的沉积部分可以是 衬底的整个上表面或者是上表面的一部分。例如透光衬底包括玻璃和高透光的UV稳定塑 料。在衬底上进行沉积后，ZnO TC0层的部分可以采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造薄膜太阳能电池的方法，包括步骤：在衬底上提供第一导电层，其中所述衬底具有至少为０．７５ｍ↑［２］的面积并且所述第一导电层位于所述面积的沉积部分中；施加紫外激光束，使其穿过透镜到所述第一导电层，并且划刻所述第一导电层的部分直到所述衬底，以形成穿过所述第一导电层的沟槽，其中所述透镜聚焦所述紫外激光束并且具有大于１００ｍｍ的焦距，其中聚焦的紫外激光束包括对于划刻有效的有效部分和对于划刻无效的无效部分，以及其中，所述衬底下陷，从而使得所述第一导电层的在施加步骤中被划刻的部分在被划刻时位于聚焦的紫外激光束的有效部分之内；在所述第一导电层上提供一个或多个有源层；以及在所述一个或多个有源层上提供第二导电层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-8-30 60/968,898一种用于制造薄膜太阳能电池的方法，包括步骤在衬底上提供第一导电层，其中所述衬底具有至少为0.75m2的面积并且所述第一导电层位于所述面积的沉积部分中；施加紫外激光束，使其穿过透镜到所述第一导电层，并且划刻所述第一导电层的部分直到所述衬底，以形成穿过所述第一导电层的沟槽，其中所述透镜聚焦所述紫外激光束并且具有大于100mm的焦距，其中聚焦的紫外激光束包括对于划刻有效的有效部分和对于划刻无效的无效部分，以及其中，所述衬底下陷，从而使得所述第一导电层的在施加步骤中被划刻的部分在被划刻时位于聚焦的紫外激光束的有效部分之内；在所述第一导电层上提供一个或多个有源层；以及在所述一个或多个有源层上提供第二导电层。2.如权利要求1所述的方法，其中紫外激光束具有小于400nm的波长。3.如权利要求2所述的方法，其中紫外激光束具有大约355nm的波长。4.如权利要求3所述的方法，其中所述焦距小于150nm。5.如权利要求4所述的方法，其中在施加步骤期间所述透镜在垂直方向上的位置保持 基本上恒定。6.如权利要求4所述的方法，其中所述沟槽具有至少为20μ m的宽度。7.如权利要求4所述的方法，其中第一导电层包括ZnO。8.如权利要求7所述的方法，其中第一导电层的被划刻的部分是通过紫外激光束被蒸 发的，从而使得所述沟槽包括基本上光滑的沟槽壁。9.如权利要求8所述的方法，进一步包括步骤划刻所述一个或多个有源层的部分直到所述第一导电层；以及 划刻第二导电层的部分直到基础层。10.如权利要求9所述的方法，其中在所述衬底上形成以串联方式电连接的多个薄膜 太阳能电池。11.一种薄膜太阳能电池系统，包括 面积至少为0. 75m2的衬底；第一导电层，其位于所述衬底上且在所述面积的沉积部分中，其中第所述第一导电层 包括ZnO，并且其中第一导电层具有被划刻直到所述衬底的多个第一沟槽，以定义多个分离 的第一导电层部分，并且其中所述多个分离的第一导电层部分通过所述多个第一沟槽而被 彼此分开；紫外激光器，其包括焦距大于IOOmm的透镜，所述透镜将紫外激光器的激光束聚焦到 第一导电层上以划刻所述多个第一沟槽，其中激光束包括对于划刻所述多个第一沟槽有效的有效部分和对于划刻所述多个第 一沟槽无效的无效部分，并且，其中衬底下陷且在划刻所述多个第一沟槽时第一导电层的一部分保持在激光束的有 效部分内；一个或多个有源层，其覆盖第一有源层的一部分，其中所述一个或多个有源层具有多个第二沟槽，所述多个第二沟槽被划刻直到所述第一导电层，以定义多个分离的有源层部 分，并且其中所述多个分离的有源层部分通过所述多个第二沟槽而被彼此分离，并且其中 所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：J斯普林格，
申请(专利权)人：欧瑞康太阳IP股份公司特吕巴赫，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]