[发明专利]划刻光伏器件期间随时间改变激光强度的方法

说明书

技术领域

本文公开的主旨大体上涉及激光划刻光伏模块以在该模块中形成个体电池的领域。更具体地，该主旨涉及改变用于划刻基于碲化镉的薄膜光伏(PV)器件的激光的强度的方法和设备。

背景技术

光伏(PV)或太阳能电池是将太阳光转换成直流(DC)电功率的材料结器件。当暴露于太阳光时，太阳能电池p-n结的电场使自由电子和空穴对分开，从而产生光电压(photo-voltage)。从n侧到p侧的电路允许电子在太阳能电池连接到电负载时流动，同时PV电池结器件的面积和其他参数确定可用电流。电功率是当电子和空穴重新结合时产生的电压乘以电流的乘积。

薄膜太阳能器件典型地由沉积在平板玻璃上的材料的多个薄层组成。这些玻璃面板典型地通过划刻工艺(其还限定相邻电池的电气互连)细分成大量(在100至200个之间)的个体太阳能电池，其串联电连接以用电流产生功率。激光划刻实现下一代薄膜器件的高容量生产，并且激光划刻在质量、速度和可靠性方面胜过机械划刻法。

激光-材料的相互作用牵涉加热、熔化、蒸发、原子喷出、离子喷出和分子喷出、冲击波、等离子体引发和等离子体膨胀的复杂工艺。所得的坑或激光诱导的等离子体取决于激光束参数(例如，持续时间、能量和波长)、固体靶特性和周围环境条件。

期望将激光划刻控制到特定深度来控制个体电池以及形成的所得模块的特性。然而，至少部分由于每个薄膜的不同的材料组成，划刻膜堆叠中的每个个体薄膜层所需要的能量(例如，施加的激光强度和/或时间)可能变化。如此，准确控制激光划刻的深度可能是基于划刻每层所需要的能量的总和的计算。该计算可以导致形成通过许多层的激光划刻的深度的变化。这样的深度变化进而可以导致所得PV模块的性能的变化。

如此，存在需要在玻璃顶衬底(尤其是基于碲化镉的薄膜光伏器件)上更精确地激光划刻多个薄膜。

发明内容

本发明的方面和优势将在下列说明中部分阐述，或可通过该说明明显可见，或可通过本发明的实践而获悉。

大体上公开了用于激光划刻包括衬底上的多个薄膜层的膜堆叠的方法。激光束脉冲施加于该膜堆叠，其中该激光束具有在完成预定功率周期的脉冲期间作为时间的函数而变化的功率。例如，脉冲可以具有持续约0.1纳秒至约500纳秒的功率周期。激光束的该脉冲可以跨膜堆叠重复以形成通过衬底上的薄膜层中的至少一个的划刻线。

这样的方法在激光划刻基于碲化镉薄膜的光伏器件方面特别有用。例如，可以提供基于碲化镉薄膜的光伏器件，其包括玻璃顶板(superstrate)和膜堆叠，该膜堆叠包括该玻璃顶板之上的透明导电氧化物层、该透明导电氧化物层之上的高阻透明缓冲层(resistive transparent buffer layer)、该高阻透明缓冲层之上的硫化镉层以及该硫化镉层上的碲化镉层。激光束的脉冲然后可以采用在完成预定功率周期的脉冲期间作为时间的函数而变化的功率施加于膜堆叠上。激光束的脉冲然后可以跨基于碲化镉薄膜的光伏器件重复以在膜堆叠中形成划刻线。

本发明的这些和其他特征、方面和优势将参照下列说明和附上的权利要求变得更好理解。包含在本说明书中并且构成其一部分的附图图示本发明的实施例并且与描述一起服务于解释本发明的原理。

附图说明

针对本领域内技术人员的本发明的完全和使能公开(包括其最佳模式)在该说明书中阐述，其参照附图，其中：

图1示出随时间变化的激光束的示范性功率周期；

图2示出随时间变化的激光束的另一个示范性功率周期；

图3示出用于在光伏器件上激光划刻薄膜的示范性系统；

图4示出用于在光伏器件上激光划刻薄膜的另一个示范性系统；

图5示出用于在光伏器件上的薄膜上同时形成多个划刻线的示范性设备；

图6示出用于在光伏器件上的薄膜上同时形成多个划刻线的另一个示范性设备；

图7示出示范性碲化镉薄膜光伏器件的透视图；

图8示出图7的示范性碲化镉薄膜光伏器件的剖视图的一般示意图；

图9示出垂直于根据图7的示范性碲化镉薄膜光伏器件在图8中示出的视图的剖视图的一般示意图。

具体实施方式