CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法
【专利摘要】本发明涉及一种CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，使用激光器对制备在玻璃衬底上的作为背电极的Mo膜进行切割，所述激光器发出的激光的入射方向为先通过所述玻璃衬底再照射在Mo膜的表面上。采用本发明，可提高CIGS薄膜太阳能电池组件的电池效率。
【专利说明】CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光划线技术，特别涉及用于CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法。
【背景技术】
[0002]在能源领域中，太阳能发电是利用硅或合金等半导体材料的光伏效应，在光的照射下产生电能，从而能将可再生的太阳能转换成无污染的电能。太阳能电池即是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。当前所使用的太阳能电池包括硅晶电池、薄膜太阳能电池等。
[0003]其中，薄膜太阳能电池具有重量轻、厚度薄、可弯曲、易携带等优点。其可克服传统硅晶电池由于由硅晶体组成，电池主要部分易碎，易产生隐形裂纹，大多有一层钢化玻璃作为防护，造成重量大，携带不便，抗震能力差，造价高，效率或多或少降低等缺陷。因而薄膜太阳能电池越来越受到关注。
[0004]作为薄膜太阳能电池的一种，CIGS (铜铟镓硒)薄膜太阳能电池，是以玻璃等板材为衬底，溅射铜铟镓硒化合物半导体合金制备而成的电池。因其光吸收率高、带隙可调、成本低廉、光电转换率高、弱光性好、性能稳定及抗辐射性能好等优点，而成为业界研究开发的重点。
[0005]目前，激光划线技术被广泛应用在CIGS薄膜太阳能电池组件的制备中。通过激光划线将CIGS薄膜太阳能电池组件的Mo (钥)背电极切割为若干独立单元。
[0006]图4示出了现有技术中的激光划线方法的概略示意图。如图4所示，对于制备于玻璃衬底2上的Mo膜3，传统的激光划线都是激光正面入射切割Mo膜3。S卩、激光从Mo膜3的远离于玻璃衬底2的表面的一侧入射以对该Mo膜3进行切割。
[0007]但是发现采用图4所示的现有技术中的激光划线方法对Mo膜3进行划线以此制备的CIGS薄膜太阳能电池组件，存在电流或者填充因子异常，从而导致效率降低的缺陷，这是由于激光刻划过的Mo的沟槽出现大量的火山口状的翘起。
[0008]通过图5的扫描电子显微镜与图6的原子力显微镜显示出，以图4所示的现有技术中的激光划线方法进行划线后的Mo膜的表面具有较差的平整度。这是由于正面切割时激光的能量会被散射，能量不能集中的切割Mo膜。且如图7所示，激光刻划过的Mo的沟槽出现大量的火山口状的翘起的边缘，这种翘起的边缘很容易造成电池组件局部短路或者漏电，这样极大地影响CIGS薄膜太阳能电池组件的电池效率。
【发明内容】
[0009]为了克服上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，可提高CIGS薄膜太阳能电池组件的电池效率。
[0010]为了解决上述技术问题，本发明提供一种CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，使用激光器对制备在玻璃衬底上的作为背电极的Mo膜进行切割，所述激光器发出的激光的入射方向为先通过所述玻璃衬底再照射在Mo膜的表面上。
[0011]根据本发明，由于玻璃衬底较为平整且不会散射激光的能量，能量聚集的激光束透过玻璃衬底后对Mo膜进行划刻。与现有技术相比，这样积聚高能量的激光束刻划出的Mo的沟槽不会出现大量的火山口状的翘起的边缘，从而可以极大地提升由此制备的CIGS薄膜太阳能电池组件的性能。
[0012]又，在本发明中，也可以，所述激光器为固态激光器或气体激光器。
[0013]根据本发明，采用固态激光器或气体激光器进行激光划线可以使激光刻划精度高，刻划切口平滑速度快。
[0014]又，在本发明中，也可以，所述激光器发出的激光的波长为1064 nm或532 nm或355 nm 或 266 nm。
[0015]根据本发明，在刻划Mo膜时选取诸如上述特定波长的激光可以划透Mo膜而不损伤衬底玻璃。
[0016]又，在本发明中，也可以，所述激光器发出的激光的平均功率为0?20W。
[0017]根据本发明，在激光器发出上述平均功率的激光下可以避免激光刻划过的Mo膜的沟槽出现大量的火山口状的翘起的边缘。
[0018]又，在本发明中，也可以，所述激光器发出的激光的光斑直径为10?IOOy m。
[0019]根据本发明，激光器发出的激光的光斑直径为10?IOOym可以使刻划出的沟槽平滑。
[0020]又，在本发明中，也可以，所述激光器发出的激光的焦点与所述Mo膜的距离为0?IOmm0
[0021]根据本发明，控制激光器发出的激光焦点与所述Mo膜的距离为0?10mm，可以得到平滑连续的刻划沟槽。
[0022]又，在本发明中，也可以，所述激光器发出的激光的脉冲频率为IKHz?200KHZ。
[0023]根据本发明，控制激光器发出的激光的脉冲频率为IKHz?200KHZ，可以得到没有断点的刻划沟槽。
[0024]又，在本发明中，也可以，所述激光器发出的激光的占空比为0.1%?10%。
[0025]根据本发明，设置激光器发出的激光的占空比为0.1%?10%，可以得到平滑连续的刻划沟槽。
[0026]又，在本发明中，也可以，所述激光器发出的激光的脉冲能量为10?300 y J。
[0027]根据本发明，控制激光器发出的激光的脉冲能量为10?300y J，可以使Mo膜得到一定的刻划深度。
[0028]又，在本发明中，也可以，所述激光器发出的激光与所述玻璃衬底的靠近所述激光器的表面所成的角度为60°?90°。
[0029]根据本发明，激光器发出的激光与玻璃衬底的靠近激光器的表面所成的角度为60°?90°可以减小激光在刻划中的散射。
[0030]又，在本发明中，也可以，所述玻璃衬底的靠近所述激光器的表面相对于所述激光器的激光出射点的移动速度为100?3000mm/s。
[0031]根据本发明，控制玻璃衬底的靠近激光器的表面相对于激光器的激光出射点的移动速度为100?3000mm/s，可以得到没有断点的刻划沟槽。
[0032]根据下述【具体实施方式】并参考附图，将更好地理解本发明的上述及其他目的、特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为示出了根据本发明的一实施形态的激光划线方法的概略示意图；
图2为采用图1所示的激光划线方法进行划线而制备的CIGS薄膜太阳能电池组件的结构示意图；
图3为采用图1所示的激光划线方法进行划线后的Mo膜的SEM图；
图4为示出了现有技术中的激光划线方法的概略示意图；
图5为采用图4所示的激光划线方法进行划线后的Mo膜表面SEM图；
图6为采用图4所示的激光划线方法进行划线后的Mo膜表面AFM图；
图7为采用图4所示的激光划线方法进行划线后的Mo膜的SEM图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施形态对本发明的技术方案进行详细说明。
[0035]目前所应用的CIGS薄膜太阳能电池组件I的大致结构例如可参照图2所示，由下往上依次具备玻璃衬底2、作为背电极的Mo膜3、作为光吸收层的CIGS层4、具有透明导电性的AZO (铝掺杂氧化锌)层5、以及图示省略的顶电极等。
[0036]该CIGS薄膜太阳能电池组件I工作时阳光从顶电极的上方入射，穿过顶电极、AZO层5，被CIGS层4吸收产生光生载流子。在内建电场的作用下不同电荷的载流子分离，负电荷走向顶电极，正电荷走向背电极3。由此太阳能即源源不断的转为可供我们使用的电力。
[0037]如图2所示，制备CIGS薄膜太阳能电池组件I的整个工艺流程为，首先在玻璃衬底2上溅射背电极Mo膜3，然后在该Mo膜3上用激光划线技术进行Pl划线，使Pl划线把Mo膜划透，然后制备CIGS薄膜4，用水浴的方法在CIGS薄膜4上制备CdS (硫化镉)，然后在CdS上溅射1-ZnO，然后在1-ZnO上用机械划线技术进行P2划线，P2划线划透CIGS薄膜4划到Mo膜3表面，然后再镀AZO透明导电薄膜5，在该AZO透明导电薄膜5上用机械划线技术进行P3划线，P3划线划透CIGS薄膜4划到Mo膜3的表面。
[0038]在上述制备过程中，在玻璃衬底2上制备了 Mo膜作为背电极3之后，采用激光划线(如图2中的Pl所示)将该Mo背电极3切割为若干独立单元。在该过程中，与现有技术中所采用的激光正面入射切割Mo膜的方法不同，根据本发明的CIGS薄膜太阳能电池组件的Mo背电极的激光划线方法，使用激光器对制备在玻璃衬底2上的作为背电极的Mo膜3进行切割，该激光器发出的激光的入射方向为先通过玻璃衬底2再照射在Mo膜3的表面上。
[0039]采用本发明的CIGS薄膜太阳能电池组件的Mo背电极的激光划线方法，由于玻璃衬底2较为平整且不会散射激光的能量，能量聚集的激光束透过玻璃衬底2后对Mo膜3进行划刻。与现有技术相比，这样积聚高能量的激光束刻划出的Mo的沟槽不会出现大量的火山口状的翘起的边缘，从而可以极大地提升由此制备的CIGS薄膜太阳能电池组件的性能。
[0040]具体如图1的根据本发明的激光划线方法的概略示意图所示，对于制备了 Mo膜3的玻璃衬底2。激光器(图示省略)所发出的激光从该玻璃衬底2的远离于Mo膜3的一侧入射，穿透该玻璃衬底2后再照射在Mo膜的表面上。即、激光器发出的激光的入射方向为先通过玻璃衬底2再照射在Mo膜3的表面上，由此实现对Mo膜的透射式切割。此外，还如图1所示，在该Mo膜3的远离于玻璃衬底2的一侧还可具有吸尘装置6，以便用于吸附在利用激光对Mo膜3进行划线时所产生的尘屑。
[0041]图3为采用图1所示的根据本发明的激光划线方法进行划线后的Mo膜的SEM图。如图3所示，采用本发明的激光划线方法划线后的Mo的沟槽两边平滑且无任何翘起边缘，这样的Mo的划线有利于对电池组件的性能的极大的提升。
[0042]在上述方法中，玻璃衬底2优选地可以是浮法玻璃。因为浮法玻璃的表面尤其平整，利用这个特点激光通过玻璃衬底2时更不会散射激光的能量，能量聚集的激光束透过浮法玻璃刻划Mo膜3，更不会使Mo的沟槽出现大量的火山口状的翘起的边缘，从而更有利于提升由此制备的CIGS薄膜太阳能电池组件的性能。
[0043]以下结合图1说明根据本发明的激光划线方法的一优选实施形态。
[0044]首先将Mo膜制备在作为玻璃衬底2的浮法玻璃表面上以形成背电极3。在该实施形态中，采用固态激光器或气体激光器发出激光，由此可以使激光刻划精度高，刻划切口平滑速度快。在对Mo膜3进行刻划前，可先设置激光器的参数:使该激光器发出的激光的波长为1064 nm或532 nm或355 nm或266 nm，在刻划Mo膜3时特定波长的激光可以划透Mo膜3而不损伤衬底玻璃。该激光器发出的激光的平均功率可以为0?20W，激光0?20W的平均功率下可以避免激光刻划过的Mo膜3的沟槽出现大量的火山口状的翘起的边缘。该激光器发出的激光的光斑直径为10?lOOym，由此可以得到平滑连续的刻划沟槽。该激光器发出的激光的焦点与Mo膜3的距离可以为0?10mm，从而可以得到平滑连续的刻划沟槽。该激光器发出的激光的脉冲频率可以为IKHz?200KHZ，因此可以得到没有断点的刻划沟槽。该激光器发出的激光的占空比可以为0.1%?10%，因而可以得到平滑连续的刻划沟槽。该激光器发出的激光的脉冲能量可以为10?300 iij，由此可以使Mo膜3得到一定的刻划深度。
[0045]参照图1所示的实施形态，镀了 Mo膜3的浮法玻璃衬底2的Mo膜3朝下放置，激光从上方垂直入射于玻璃衬底2。但本发明不限于此,该激光器发出的激光与该玻璃衬底2的靠近该激光器的表面所成的角度可以在60°?90°之间可调，从而可以减小激光在刻划中的散射。此外，该玻璃衬底2的靠近激光器的表面相对于该激光器的激光出射点的移动速度可以为100?3000mm/s，从而可以得到没有断点的刻划沟槽。还如图1所示，Mo膜3底部还可设置有吸尘装置6。所有参数与设备设置好后，激光透过浮法玻璃衬底2对Mo膜3进行激光划线。
[0046]在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。
【权利要求】
1.一种CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，包括: 使用激光器对制备在玻璃衬底上的作为背电极的Mo膜进行切割，所述激光器发出的激光的入射方向为先通过所述玻璃衬底再照射在Mo膜的表面上。
2.根据权利要求1所述的CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，其特征在于，所述激光器为固态激光器或气体激光器。
3.根据权利要求1所述的CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，其特征在于，所述激光器发出的激光的波长为1064 nm、532 nm、355 nm或266 nm。
4.根据权利要求1所述的CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，其特征在于，所述激光器发出的激光的平均功率为0?20W。
5.根据权利要求1所述的CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，其特征在于，所述激光器发出的激光的光斑直径为10?100 Pm。
6.根据权利要求1所述的CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，其特征在于，所述激光器发出的激光的焦点与所述Mo膜的距离为0?10mm。
7.根据权利要求1所述的CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，其特征在于，所述激光器发出的激光的脉冲频率为IKHz?200KHz。
8.根据权利要求1所述的CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，其特征在于，所述激光器发出的激光的占空比为0.1%?10%。
9.根据权利要求1所述的CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，其特征在于，所述激光器发出的激光的脉冲能量为10?300 y J。
10.根据权利要求1所述的CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，其特征在于，所述激光器发出的激光与所述玻璃衬底表面所成的角度为60°?90°。
11.根据权利要求1所述的CIGS薄膜太阳能电池组件Mo背电极的激光划线方法，其特征在于，所述玻璃衬底表面相对于所述激光器的激光出射点的移动速度为100?3000mm/S。
【文档编号】H01L31/18GK103681966SQ201310640759
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】黄富强, 张雷, 王耀明, 朱小龙, 李爱民, 秦明升, 谢宜桉 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所