[發明專利]一種CIGS太陽能薄膜電池膜層的激光劃線方法

在審

• 申請號: 201410402379.9
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN104134721A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 蔣仕彬;朱曉農
• 申請（專利權）人: 蘇州圖森激光有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;B23K26/362
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種太陽能薄膜電池的制備方法，具體涉及一種對CIGS太陽能薄膜電池的膜層進行激光劃線的方法。

背景技術

在新能源領域內，作為第二代太陽能電池的薄膜電池，是太陽能光伏電池家族里的一個十分引人注目的成員，同時它也是發展更高效的第三代太陽能電池的重要出發點。預計，不僅現有晶體硅片太陽電池（即一代電池）的許多應用將逐步被高效薄膜太陽電池所取代，而且由于薄膜電池的整個電池結構非常薄，通常只有微米量級，可以制作在金屬、塑料等柔性基板上，實現成卷（roll-to-roll）的規模化生產，大幅降低制造成本，薄膜太陽能電池對于整個光伏太陽能技術的推廣和應用有著深遠的影響。

在薄膜太陽能電池中，由Cu、In、Ga、Se四種元素構成的四元金屬半導體化合物CIGS薄膜電池占有重要的地位。與硅基薄膜電池相比，?CIGS薄膜電池具有直接帶隙結構，對太陽光的吸收率極高，且吸收光譜平坦，同時抗老化性能好，能量回饋周期短。CIGS是目前太陽能薄膜電池中光電轉換效率最高的一種薄膜電池，其實驗室實現的最高光電轉換效率已經達到20.6%，而大面積組件研制產品的最高轉換效率已達到15.7%。在各類薄膜電池中，制作在超薄柔性襯底上的CIGS光伏電池具有最高的單位質量電池材料下的發電量。

在規模化CIGS薄膜太陽電池的制造過程中，除了大面積成膜的各道工序外，最終完成電池組件的制備需要經過三個重要的劃線工序，通常稱之為P1，P2，P3。其中，P1是對背電極Mo膜層的劃線，要求剛好劃到電池基板上表面。（Mo膜電極既可以鍍在玻璃基板上或其它硬質材料上，也可以鍍在很薄的金屬或塑料柔性基板上）。P2是對CIGS及其緩沖層CdS和高阻i-ZnO層進行劃線，劃線深度要求剛好到Mo電極層。P3則是對CIGS及其緩沖層和高阻ZnO層加上Al：ZnO透明導電層劃線，線的深度同樣是只到Mo電極層。劃線的目的是將具有光伏特性的CIGS薄膜，包括其相應的緩沖層、n型材料層和電極層各層功能薄膜，直接在大面積膜上制成太陽能薄膜電池單元和組件，并保證由此產生的光伏電池器件的光電轉換性能。薄膜太陽能電池的劃線工藝要求精準的層狀加工能力，對劃線寬度和劃線深度的控制有嚴格要求，對劃線邊緣的齊整性和干凈程度亦有很高的要求。

現有技術中，對于背電極金屬鉬膜層的劃線，即P1劃線，可以采用激光實現，例如，中國發明專利申請CN103681966A公開了一種CIGS薄膜太陽能電池組件Mo背電極的激光劃線方法，使用激光器對制備在玻璃襯底上的作為背電極的Mo膜進行切割，激光器發出的激光的入射方向為先通過所述玻璃襯底再照射在Mo膜的表面上，激光的波長為1064nm、532nm、355nm或266nm。這種方法可以實現P1劃線，但是，由于其為了提高劃線的平整度，采用從背面入射的方法，只能適用于透明的玻璃襯底。同時，也不能用于P2劃線或P3劃線。

而對于CIGS膜層及其緩沖層、n型材料層的劃線（P2劃線），以及CIGS與其上方的透明電極層的同時劃線（P3劃線），現有技術中均由機械方式來完成。而機械劃線的線寬難以做到很窄，容易出現較大的崩邊現象，存在刀具磨損問題，生產效率不夠高。同時由于單元電池連接區（即所謂死區）的面積難以再進一步減小，限制了CIGS薄膜的整體利用率。因此,業界也在努力嘗試用激光來完成P2、P3劃線，以期克服機械劃線的不足。

采用近紅外（如1064?nm）、可見（如532?nm）和紫外（如355?nm或266?nm）激光進行P2、P3劃線時，由于CIGS對這些短波長激光的吸收較大，劃線中的熱效應累積作用嚴重，對鄰近劃線邊緣處的CIGS會產生微觀結構上的變化，導致p-n結受損，與上下電極層之間的歐姆接觸遭到破壞，同時對需要保留的背電極金屬鉬膜層亦可能產生損傷。雖然，業界人士認為采用脈沖寬度在皮秒量級甚至更短的脈沖激光應該有可能滿足P2、P3劃線要求，但是，用于這一用途的皮秒激光器的內部結構相對復雜，長期運轉可靠性存在隱患，并且由于制造成本較高而將難以普及。針對上述CIGS薄膜電池制造過程中，P2、P3劃線工序的現有機械劃線方法和已知正在嘗試中的其它可能的近紅外、可見和紫外激光劃線技術的不足，有必要尋求一種能夠滿足CIGS薄膜電池組件規模化生產和制造要求的新的激光劃線技術。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種CIGS太陽能薄膜電池膜層的激光劃線方法，克服現有技術中劃線的線寬難以做到很窄，容易出現較大的崩邊現象，存在刀具磨損，生產效率不高等問題。