[發明專利]激光刻膜設備和劃線方法及用其制造的非晶硅薄膜光伏板

有效

• 申請號: 200810095811.9
• 申請日: 2008-04-24
• 公開（公告）號: CN101567303A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 李沅民;楊與勝
• 申請（專利權）人: 福建鈞石能源有限公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L27/142;B23K26/36;B23K26/40;B28D5/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 陶鳳波;張 波

技術領域

本發明涉及高精度激光加工設備與工藝及用其制造的產品，特別是，硅基薄膜的激光加工設備與劃線方法以及采用該設備與劃線方法制造的產品。

背景技術

太陽能光伏發電是獲得有利于環境的可再生能源的重要途徑之一。近年來，隨著太陽能光伏產業在全球的突飛猛進，帶動傳統成熟的晶體硅光伏組件的生產加工行業的迅速發展。然而，嚴峻的晶體硅原料的短缺對這一陽光產業的進一步成長形成巨大障礙。因此，尋找晶體硅替代材料或減少對晶體硅的依賴成為太陽能電池企業面臨的緊迫問題。從太陽能光電產業發展的總體角度看，擺脫對晶體硅的過于嚴重的依賴才是長久之策。薄膜太陽能電池代表著光伏技術的發展趨勢。因此，包括氫化非晶硅(俗稱非晶硅-a-Si)和納米硅的氫化硅(被統稱為硅基薄膜)，作為薄膜太陽能技術的首選光電轉換材料，獲得了難得的技術和商業發展機遇。非晶硅太陽能電池的制備工藝相對簡單方便，設備趨于完善，便于大面積生長，成本低，不使用也不排放對環境有害的物質，且無原料瓶頸，在所有薄膜光伏技術中趨于成熟且最有競爭力。非晶硅薄膜已被廣泛應用于平板顯示器、光伏技術、傳感器和探測器等領域。非晶硅光伏模塊具有電壓高、充電性能好、弱光性能強和對環境溫度不敏感等特點，在某些領域相比于晶體硅電池具有更好的性價比。比如，良好的弱光性能使非晶硅光伏模塊相比晶體硅組件在相同標定功率、相同環境的條件下，每年能夠多產出10％-20％的電能。特別在陰雨天較多的地區，效果會更加明顯。非晶硅太陽能模塊的溫度特性，使其在夏季高溫時，輸出功率不明顯降低。目前非晶硅薄膜太陽能電池/光伏模塊占全球太陽能電池總產量的10％左右。

非晶硅薄膜光伏模塊(亦俗稱太陽能電池組件或者光伏組件)的最大市場優勢是其不可比擬的低成本大規模生產過程，節省能源，原材料消耗較低，且產品的單位成本隨生產量增高而便于降低。氫化非晶硅和納米硅通常由某種化學氣相沉積法(CVD)形成，例如輝光放電，即等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)。非晶硅光電轉換器件的一個重要特征，是使用成熟可靠的良好工業鍍膜設備和程序，通過在大面積廉價基板(襯底)上均勻地沉積硅半導體和電接觸膜層，來同時達到降低生產成本和提高器件性能的目的。應用于同一玻璃基板上的不同薄膜的激光劃線(laser?scribe)成型工藝，使多個太陽能電池元件在薄膜沉積和處理過程中直接形成整體內串聯式(集成式)的大面積光伏模塊，減少了加工步驟，也改善了產品的可靠性。大于1平方米(m²)的非晶硅薄膜光伏模塊已經被批量化生產并成功地應用于各類太陽能光電工程中。非晶硅的制造溫度較低，在260℃以下，其制造能量消耗遠小于晶體硅(單晶硅和多晶硅)太陽能電池。多種材料包括價格低廉的塑料薄片可被用作基板，以制造出低成本的輕便的柔性光伏板。另外，這類光伏板生產的原材料充足易得。且整個生產過程不采用也不釋放出對人體或環境有害的物質。非晶硅具有一到兩年之間的比較短的能量回報周期，是所有太陽能產品生產過程中最節能的種類，有利于可持續的產業發展。以玻璃為基板的下一代納米硅光伏模塊生產技術，與大面積非晶硅光伏模塊的生產有很多相同之處，特別是都同樣包括激光劃線(laser?scribe)成型工藝。

非晶硅薄膜太陽電池一方面受到高性能的晶體硅電池努力降低成本的挑戰，另一方面又面臨廉價的其它類型薄膜太陽能電池(如CdTe，CIGS)日益成熟的產業化技術的挑戰。非晶硅薄膜太陽能電池大規模低成本的生產，目前尚需突破數個關鍵技術瓶頸，以便獲得更大的發展，在未來的光伏能源中占據突出的位置。除需將現有的薄膜沉積技術推向更高層次外，還應進一步發展包括激光成形工藝的大規模生產技術。激光劃線對于提高光伏模塊的穩定效率，延長產品使用壽命，都起到決定性的作用。