[發明專利]劃刻光伏器件期間隨時間改變激光強度的方法

有效

• 申請號: 201210129991.4
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN102744520A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: J·M·弗里
• 申請（專利權）人: 初星太陽能公司
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張金金;朱海煜

技術領域

本文公開的主旨大體上涉及激光劃刻光伏模塊以在該模塊中形成個體電池的領域。更具體地，該主旨涉及改變用于劃刻基于碲化鎘的薄膜光伏(PV)器件的激光的強度的方法和設備。

背景技術

光伏(PV)或太陽能電池是將太陽光轉換成直流(DC)電功率的材料結器件。當暴露于太陽光時，太陽能電池p-n結的電場使自由電子和空穴對分開，從而產生光電壓(photo-voltage)。從n側到p側的電路允許電子在太陽能電池連接到電負載時流動，同時PV電池結器件的面積和其他參數確定可用電流。電功率是當電子和空穴重新結合時產生的電壓乘以電流的乘積。

薄膜太陽能器件典型地由沉積在平板玻璃上的材料的多個薄層組成。這些玻璃面板典型地通過劃刻工藝(其還限定相鄰電池的電氣互連)細分成大量(在100至200個之間)的個體太陽能電池，其串聯電連接以用電流產生功率。激光劃刻實現下一代薄膜器件的高容量生產，并且激光劃刻在質量、速度和可靠性方面勝過機械劃刻法。

激光-材料的相互作用牽涉加熱、熔化、蒸發、原子噴出、離子噴出和分子噴出、沖擊波、等離子體引發和等離子體膨脹的復雜工藝。所得的坑或激光誘導的等離子體取決于激光束參數(例如，持續時間、能量和波長)、固體靶特性和周圍環境條件。

期望將激光劃刻控制到特定深度來控制個體電池以及形成的所得模塊的特性。然而，至少部分由于每個薄膜的不同的材料組成，劃刻膜堆疊中的每個個體薄膜層所需要的能量(例如，施加的激光強度和/或時間)可能變化。如此，準確控制激光劃刻的深度可能是基于劃刻每層所需要的能量的總和的計算。該計算可以導致形成通過許多層的激光劃刻的深度的變化。這樣的深度變化進而可以導致所得PV模塊的性能的變化。

如此，存在需要在玻璃頂襯底(尤其是基于碲化鎘的薄膜光伏器件)上更精確地激光劃刻多個薄膜。

發明內容

本發明的方面和優勢將在下列說明中部分闡述，或可通過該說明明顯可見，或可通過本發明的實踐而獲悉。

大體上公開了用于激光劃刻包括襯底上的多個薄膜層的膜堆疊的方法。激光束脈沖施加于該膜堆疊，其中該激光束具有在完成預定功率周期的脈沖期間作為時間的函數而變化的功率。例如，脈沖可以具有持續約0.1納秒至約500納秒的功率周期。激光束的該脈沖可以跨膜堆疊重復以形成通過襯底上的薄膜層中的至少一個的劃刻線。

這樣的方法在激光劃刻基于碲化鎘薄膜的光伏器件方面特別有用。例如，可以提供基于碲化鎘薄膜的光伏器件，其包括玻璃頂板(superstrate)和膜堆疊，該膜堆疊包括該玻璃頂板之上的透明導電氧化物層、該透明導電氧化物層之上的高阻透明緩沖層(resistive?transparent?buffer?layer)、該高阻透明緩沖層之上的硫化鎘層以及該硫化鎘層上的碲化鎘層。激光束的脈沖然后可以采用在完成預定功率周期的脈沖期間作為時間的函數而變化的功率施加于膜堆疊上。激光束的脈沖然后可以跨基于碲化鎘薄膜的光伏器件重復以在膜堆疊中形成劃刻線。

本發明的這些和其他特征、方面和優勢將參照下列說明和附上的權利要求變得更好理解。包含在本說明書中并且構成其一部分的附圖圖示本發明的實施例并且與描述一起服務于解釋本發明的原理。

附圖說明

針對本領域內技術人員的本發明的完全和使能公開(包括其最佳模式)在該說明書中闡述，其參照附圖，其中：

圖1示出隨時間變化的激光束的示范性功率周期；

圖2示出隨時間變化的激光束的另一個示范性功率周期；

圖3示出用于在光伏器件上激光劃刻薄膜的示范性系統；

圖4示出用于在光伏器件上激光劃刻薄膜的另一個示范性系統；

圖5示出用于在光伏器件上的薄膜上同時形成多個劃刻線的示范性設備；

圖6示出用于在光伏器件上的薄膜上同時形成多個劃刻線的另一個示范性設備；

圖7示出示范性碲化鎘薄膜光伏器件的透視圖；

圖8示出圖7的示范性碲化鎘薄膜光伏器件的剖視圖的一般示意圖；

圖9示出垂直于根據圖7的示范性碲化鎘薄膜光伏器件在圖8中示出的視圖的剖視圖的一般示意圖。

具體實施方式