[發(fā)明專利]襯底薄膜燒蝕方法及其設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00805977.2
• 申請(qǐng)日: 2000-04-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1346517A
• 公開(kāi)（公告）日: 2002-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 赫爾穆特·沃格特;弗朗茨·卡格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門(mén)子太陽(yáng)公司
• 主分類號(hào): H01L27/142
• 分類號(hào): H01L27/142;H01L31/048;B23K26/00;B23K26/06
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 方挺,余朦

本發(fā)明涉及一種例如在對(duì)層疊陶瓷或?qū)盈B玻璃進(jìn)行脫層時(shí)的襯底薄膜燒蝕方法及其設(shè)備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及薄膜太陽(yáng)能電池的表面層燒蝕過(guò)程。此外，本發(fā)明還涉及一種對(duì)包括薄膜疊片襯底的薄膜太陽(yáng)能模塊進(jìn)行封裝的方法。

傳統(tǒng)的結(jié)晶硅太陽(yáng)能模塊是基于晶片制造然后進(jìn)行電布線的，因此作為一條規(guī)則，需要相對(duì)較小的約1W硅片的功率單元來(lái)接入50-100W的模塊。

薄膜太陽(yáng)能電池作為這些傳統(tǒng)太陽(yáng)能模塊的變換例，已知其具有微米厚度。薄膜太陽(yáng)能電池的基本單元示于圖2，它在吸收層與窗口層之間具有p/n結(jié)。

與傳統(tǒng)的硅片布線不同，薄膜電池可被集成到電路中，即：在對(duì)整個(gè)表面上分別進(jìn)行涂覆步驟之后，將a)背電極、b)夾在當(dāng)中的電池以及c)正面電極分割為縱向條。交錯(cuò)排列這些互相相關(guān)的片形成鄰近正面電極和背電極的各電池之間的電連接。例如分割可以通過(guò)進(jìn)行劃片或激光分割而實(shí)現(xiàn)，以制造在大約0.5×0.5m²區(qū)域上施加12V電壓的性價(jià)比好的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能組件。

這種太陽(yáng)能模塊的使用壽命實(shí)質(zhì)上取決于保護(hù)薄膜層免受氣候和環(huán)境破壞程度。實(shí)現(xiàn)30年或更長(zhǎng)的壽命要求薄膜層承受陽(yáng)光極度曝曬、極度潮濕以及極度空氣污染。當(dāng)薄膜太陽(yáng)能電池被充分封裝并且載流部件被充分電隔離時(shí)，僅可以滿足對(duì)潮濕穩(wěn)定性和電壓強(qiáng)度的要求。為此，薄膜太陽(yáng)能電池的載流部件被分層封裝。進(jìn)行封裝的過(guò)程是，利用載流薄膜層涂覆襯底后，對(duì)襯底的表面部分進(jìn)行脫層，然后將疊片淀積到整個(gè)薄膜層上。通過(guò)可靠防止其內(nèi)部被受潮破壞，這樣就可以使表面接合的疊片和襯底防腐。

為了使該問(wèn)題更清楚，圖1示出封裝太陽(yáng)能電池剖面的圖解說(shuō)明，示出了淀積在襯底4上的構(gòu)圖后的膜層3如何在表面區(qū)域5內(nèi)被分層并被疊片層2封裝。淀積在疊片層2上的是窗口玻璃層1。

在薄膜太陽(yáng)能電池封裝過(guò)程中存在的一個(gè)問(wèn)題是對(duì)薄膜表面層進(jìn)行脫層。傳統(tǒng)脫層方法(例如吹砂過(guò)程和研磨過(guò)程進(jìn)行脫層的過(guò)程)還會(huì)不可避免地破壞襯底表面并在其內(nèi)產(chǎn)生細(xì)微裂紋。一旦在操作過(guò)程中在薄膜組件上產(chǎn)生大的溫差并產(chǎn)生應(yīng)力，就增加了因?yàn)楸砻嫔袭a(chǎn)生裂紋而破裂以致最終破壞太陽(yáng)能電池的危險(xiǎn)。因此，在通常只有幾毫米至幾厘米寬的表面內(nèi)，對(duì)表面進(jìn)行脫層時(shí)應(yīng)特別小心。

利用燒蝕的化學(xué)方法制造加工太陽(yáng)能電池從原理上是已知的，可是，此方法具有加工周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，并且涉及復(fù)雜的加工步驟。

由于這些方法允許精確限定材料的燒蝕，因此可以由諸如研磨或吹砂的機(jī)械方法接連不斷地移開(kāi)所述的表面區(qū)域。除了如所描述的那樣損壞襯底表面并形成細(xì)微裂紋外，這些方法還有其它缺點(diǎn)，即由于燒蝕膜層的縷絲會(huì)對(duì)組件產(chǎn)生不應(yīng)有的污染，通常需要隨后將工件放入超聲池對(duì)其進(jìn)行化學(xué)清洗。

而且已知，當(dāng)將薄膜太陽(yáng)能組件集成為電路，用激光束進(jìn)行上述步驟，以用于將所得到的各分立條進(jìn)行串行互連。

例如已知的第4,734,550美國(guó)專利涉及一種采用激光加工薄膜層的方法，例舉的一種特殊應(yīng)用是對(duì)薄膜技術(shù)生成的光電薄膜層進(jìn)行加工。此加工方法的目的在于，通過(guò)將加工光束導(dǎo)向各個(gè)工件表面實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜層的刻蝕，使得此時(shí)施加的光功率分布盡可能保持均勻一致。具有平均光強(qiáng)分布的、正交聚焦的光束可以實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。另外再調(diào)整被控光束的方向，使得正交聚焦光束的重疊部分產(chǎn)生盡可能均勻的光強(qiáng)分布。此方法據(jù)稱可進(jìn)行準(zhǔn)確的、甚至深度的刻蝕以串聯(lián)連接太陽(yáng)能電池。

用于串聯(lián)連接太陽(yáng)能電池的所有方法的目的在于，獲得一條使太陽(yáng)能組件的電功率衰退最小、寬度盡可能窄的條帶。例如，在第4,734,550號(hào)美國(guó)專利中，例舉的條帶寬度具有50微米的量級(jí)。

此外，在Nakano，S.等人的“Laser?Patterning?Method?for?IntegratedType?a-Si?Solar?Cell?Submodules”，見(jiàn)“日本應(yīng)用物理期刊”Vol.25，No.12,1986，第1936-1943頁(yè)中，例舉了用以加工太陽(yáng)能組件獲得串聯(lián)接通的激光束的最佳功率密度。此種情況下，例舉了適合50μm條帶寬度的功率密度具有1×10⁶W/cm²量級(jí)。

如上所述，由于串聯(lián)接通的脫層方法是以得到最小條帶寬度為目的，它們不適用于太陽(yáng)能組件的表面脫層。因?yàn)樵诖藨?yīng)用中需要對(duì)幾毫米寬的表面條帶進(jìn)行脫層。這就是為什么盡管機(jī)械方法具有上述缺點(diǎn)，仍經(jīng)常用于表面脫層的原因所在。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種太陽(yáng)能電池薄膜燒蝕的裝置和方法，可使條帶的性價(jià)比高地?zé)g達(dá)幾毫米寬而不破壞位于燒蝕層下面的襯底。