CN106328728B - 一种铜铟镓硒薄膜发电玻璃激光刻划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铜铟镓硒薄膜发电玻璃激光刻划方法，沿刻划方向分别设置第一激光刻划***与第二激光刻划***，构成并排的双激光刻划***；使用第一激光刻划***刻划第一道划线，匹配双激光刻划***的重复频率、电流、刻线速度及脉宽，利用双激光刻划***刻划第二道划线与第三道划线；采用双激光***同时刻划一条线，可以降低每个激光***的功率以及频率，能够提高划线速度，同时减小碎屑产生率，提高镀膜效果；并且取代机械刻划方式刻划多层薄膜，降低死区面积，提高电池有效面积，增加电池效率，提高工业生产效率；双激光***结构简单，有利于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜发电玻璃技术领域，具体是一种铜铟镓硒薄膜发电玻璃激光刻划方法。
背景技术
光伏发电已是当今社会中一种高效地清洁能源利用方式。截止到2015年底，全球累计光伏组件发电装机容量达到258.8GW，其中铜铟镓硒薄膜太阳电池占到了3GW以上，同时年产能超过3GW。在各种已经商业化的发电玻璃中，铜铟镓硒薄膜发电玻璃因其理论效率高、材料消耗少、生产能耗低等特点逐步扩大了其应用领域，尤其是在柔性衬底和浮法玻璃上制备的薄膜电池，具有抗震性好、效率高和弱光性好等优势，完美的契合了BIPV、屋顶发电、移动能源以及其他特殊领域等领域对发电玻璃的要求，在国家日益重视光伏发电应用的今天，必将得到广泛的应用。
目前，业界针对玻璃衬底的铜铟镓硒薄膜发电玻璃组件多采用激光和机械刻划的组合形式进行电池刻划，它是将薄膜太阳电池不同膜层去除，达到太阳电池内部串联的一种有效方式，使太阳电池可以有效集成，达到完全自动化目的。
现阶段，几乎所有铜铟镓硒薄膜太阳电池厂家都采用组合刻划工艺，第一道使用1064nm近红外光激光刻划，后面两道工艺采用机械刻划，或者前面两道使用1064nm近红外光激光刻划, 最后一道采用机械刻划的组合方式刻划。其中，机械刻划在刻划过程中会产生过多的碎屑，特别是在第二道刻划过程中尤为明显，很大程度上影响了最后一层镀膜质量，从而影响电池的效率；另外，机械刻划的线宽比较激光刻划线宽宽很多，增加的死区的面积，减小了整个电池的有效面积，从而在一定程度上影响了电池的效率。
玻璃衬底的铜铟镓硒薄膜发电玻璃所应用的激光设备只能刻蚀第二道，但是在刻划过程中容易出现很多碎屑，不能获得较好的刻蚀线；激光刻划第三道，对激光设备要求非常高，而且生产效率低，目前，只能用机械刻划取代来形成产业化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜铟镓硒薄膜发电玻璃激光刻划方法，该方法能够采用激光对所有划线工序进行刻划，无需机械刻划，改善激光刻蚀效果，增大整个发电玻璃的有效面积，提高发电玻璃效率，同时提高工业生产效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种铜铟镓硒薄膜发电玻璃激光刻划方法，包括以下步骤：
S1）在玻璃衬底上生长氮化硅阻挡层；
S2）在氮化硅阻挡层上溅射金属背电极；
S3）沿刻划方向分别设置第一激光刻划***与第二激光刻划***，构成并排的双激光刻划***；
S4）根据工艺需求启动第一激光刻划***，按刻划工艺参数刻划第一道划线，将金属背电极划开，分隔金属背电极；
S5）在金属背电极上生长PN结层；
S6）根据工艺需求启动双激光刻划***，按刻划工艺参数刻划第二道划线，将PN结层划开，提供前后电极相连的通道；第一与第二激光刻划***同时同步刻划，第一激光刻划***的重复频率低于第二激光刻划***的重复频率；
S7）在PN结层上溅射透明导电氧化物薄膜AZO层；
S8）根据工艺需求启动双激光刻划***，按刻划工艺参数刻划第三道划线，将透明导电氧化物薄膜AZO层与PN结层划开，形成内部串联结构；第一与第二激光刻划***同时同步刻划，第一激光刻划***的重复频率低于第二激光刻划***的重复频率；第一激光刻划***刻划掉透明导电氧化物薄膜AZO层，并在PN结层形成100～1000nm凹槽，第二激光刻划***刻划掉剩余的PN结层。
本发明的有益效果是：
一、采用双激光***同时刻划一条线，可以降低每个激光***的功率以及频率，能够提高划线速度，同时减小碎屑产生率，提高镀膜效果；
二、采用双激光***同时刻划一条线，取代机械刻划方式刻划多层薄膜，降低死区面积，提高电池有效面积，增加电池效率，提高工业生产效率；
三、双激光***结构简单，有利于推广应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的示意图；
图2是本发明中刻划第一道划线的示意图；
图3是本发明中刻划第二道划线的示意图；
图4是本发明中刻划第三道划线的示意图；
图5是本发明中刻划第二道划线与传统刻划的对比示意图；
图6是本发明中刻划第三道划线与传统刻划的对比示意图。
具体实施方式
本发明提供一种铜铟镓硒薄膜发电玻璃激光刻划方法，包括以下步骤：
S1）结合图1与图2所示，在玻璃衬底4上生长氮化硅阻挡层5；
S2）在氮化硅阻挡层5上溅射金属背电极6；
S3）沿刻划方向分别设置第一激光刻划***1a与第二激光刻划***1b，构成并排的双激光刻划***；
S4）根据工艺需求启动第一激光刻划***，按刻划工艺参数刻划第一道划线P1，将金属背电极6划开，分隔金属背电极6；
S5）结合图3所示，在金属背电极6上生长PN结层7；
S6）根据工艺需求启动双激光刻划***，按刻划工艺参数刻划第二道划线P2，将PN结层7划开，提供前后电极相连的通道；第一与第二激光刻划***同时同步刻划，第一激光刻划***1a的重复频率低于第二激光刻划***1b的重复频率；可按照下面的参数刻划：第一激光刻划***1a的波长1064nm、脉宽5～10 ps、重复频率100～300 KHZ、刻划速度900～1150mm/s、能量0.2～0.28W；第二激光刻划***1b的波长、脉宽、刻划速度均与第一激光刻划***1a保持一致，其重复频率在200～400 KHZ；
S7）在PN结层7上溅射透明导电氧化物薄膜AZO层8；
S8）根据工艺需求启动双激光刻划***，按刻划工艺参数刻划第三道划线P3，将透明导电氧化物薄膜AZO层8与PN结层7划开，形成内部串联结构；第一与第二激光刻划***同时同步刻划，第一激光刻划***1a的重复频率低于第二激光刻划***1b的重复频率；可按照下面的参数刻划：第一激光刻划***1a的波长355nm、脉宽1000-3000 ps、重复频率5～30KHZ、刻划速度900～1150mm/s、能量0.2～0.28W；第二激光刻划***1b的波长1064nm、脉宽5～10ps、重复频率200～400 KHZ、刻划速度900～1150mm/s、能量2.2～2.8W；第一激光刻划***1a刻划掉透明导电氧化物薄膜AZO层8，并在PN结层7形成100～1000nm凹槽，第二激光刻划***1b刻划掉剩余的PN结层。
由于玻璃衬底的铜铟镓硒薄膜发电玻璃的铜铟镓硒、缓冲层和本质氧化锌层组成的PN结层7是比较厚的，一般有1-3μm，而且玻璃基板上已经生长了氮化硅阻挡层5和金属背电极6，所以在刻划第二道划线P2的时候只能从膜面用激光或机械刻划，以免伤害前面已经镀上的薄膜层。从膜面入射相对从玻璃基底入射的激光刻划会存在等离子体羽效应，这样会需要更多的激光能量，目前已经有了皮秒脉宽激光器，可以解决了上述两个问题，并成功取代了机械刻划。结合图5所示，但是由于PN结层7比较厚，传统激光刻划采用单激光刻划***9，需要很大的激光重复频率，才能划开PN结层。由于较大的重复频率，会产生很多的碎屑堆积11，在一定程度上影响透明导电氧化物薄膜AZO层的生长。本发明利用了双激光刻划***的形式同时刻划，可以降低重复频率，产生的碎屑堆积10明显减小。
玻璃衬底的铜铟镓硒薄膜发电玻璃在刻划第三道划线P3的时候，需要除去PN结层7和透明导电氧化物薄膜AZO层8，两者具有不同的禁带宽度和对光的吸收系数，即用一道激光从膜面去除掉这两层不同的薄膜，对激光设备的要求非常高，而且很难获得很好的膜面结构，因此现阶段大部分玻璃衬底的铜铟镓硒薄膜发电玻璃工业生产都采用机械刻划的方式刻划。结合图6所示，但是由于机械刻划12存在不稳定性，以及刻划的死区面积很大，减少了整个电池的有效面积。而本发明利用双激光刻划***的形式同时刻划，通过重复频率、电流、刻线速度及脉宽的匹配，第一激光刻划***1a刻划掉透明导电氧化物薄膜AZO层8，并在PN结层7上形成100～1000nm的凹槽，第二激光刻划***1b在此基础上进行优化，刻划掉剩余的PN结层。
按工艺刻划的要求，需要几组划线就设置相对应的几组双激光刻划***；例如，如果需要两组划线，就再设置第三激光刻划***2a与第四激光刻划***2b构成的双激光刻划***；每组双激光刻划***都刻划三道划线，通过重复频率、电流、刻线速度及脉宽的匹配，实现功率的稳定，以达到依次通过不同刻划工艺实现薄膜太阳电池内部串联，保证薄膜太阳电池稳定的发电效率以及自然光线的透过。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (1)
1.一种铜铟镓硒薄膜发电玻璃激光刻划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1）在玻璃衬底上生长氮化硅阻挡层；
S2）在氮化硅阻挡层上溅射金属背电极；
S3）沿刻划方向分别设置第一激光刻划***与第二激光刻划***，构成并排的双激光刻划***；
S4）启动第一激光刻划***刻划第一道划线，将金属背电极划开，分隔金属背电极；
S5）在金属背电极上生长PN结层；
S6）启动双激光刻划***刻划第二道划线，将PN结层划开，提供前后电极相连的通道；第一与第二激光刻划***同时同步刻划，第一激光刻划***的重复频率低于第二激光刻划***的重复频率；
S7）在PN结层上溅射透明导电氧化物薄膜AZO层；
S8）启动双激光刻划***刻划第三道划线，将透明导电氧化物薄膜AZO层与PN结层划开，形成内部串联结构；第一与第二激光刻划***同时同步刻划，第一激光刻划***的重复频率低于第二激光刻划***的重复频率；第一激光刻划***刻划掉透明导电氧化物薄膜AZO层，并在PN结层形成100～1000nm凹槽，第二激光刻划***刻划掉剩余的PN结层。
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