[发明专利]衬底薄膜烧蚀方法及其设备

说明书

本发明涉及一种例如在对层叠陶瓷或层叠玻璃进行脱层时的衬底薄膜烧蚀方法及其设备。更具体地说，本发明涉及薄膜太阳能电池的表面层烧蚀过程。此外，本发明还涉及一种对包括薄膜叠片衬底的薄膜太阳能模块进行封装的方法。

传统的结晶硅太阳能模块是基于晶片制造然后进行电布线的，因此作为一条规则，需要相对较小的约1W硅片的功率单元来接入50-100W的模块。

薄膜太阳能电池作为这些传统太阳能模块的变换例，已知其具有微米厚度。薄膜太阳能电池的基本单元示于图2，它在吸收层与窗口层之间具有p/n结。

与传统的硅片布线不同，薄膜电池可被集成到电路中，即：在对整个表面上分别进行涂覆步骤之后，将a)背电极、b)夹在当中的电池以及c)正面电极分割为纵向条。交错排列这些互相相关的片形成邻近正面电极和背电极的各电池之间的电连接。例如分割可以通过进行划片或激光分割而实现，以制造在大约0.5×0.5m²区域上施加12V电压的性价比好的标准太阳能组件。

这种太阳能模块的使用寿命实质上取决于保护薄膜层免受气候和环境破坏程度。实现30年或更长的寿命要求薄膜层承受阳光极度曝晒、极度潮湿以及极度空气污染。当薄膜太阳能电池被充分封装并且载流部件被充分电隔离时，仅可以满足对潮湿稳定性和电压强度的要求。为此，薄膜太阳能电池的载流部件被分层封装。进行封装的过程是，利用载流薄膜层涂覆衬底后，对衬底的表面部分进行脱层，然后将叠片淀积到整个薄膜层上。通过可靠防止其内部被受潮破坏，这样就可以使表面接合的叠片和衬底防腐。

为了使该问题更清楚，图1示出封装太阳能电池剖面的图解说明，示出了淀积在衬底4上的构图后的膜层3如何在表面区域5内被分层并被叠片层2封装。淀积在叠片层2上的是窗口玻璃层1。

在薄膜太阳能电池封装过程中存在的一个问题是对薄膜表面层进行脱层。传统脱层方法(例如吹砂过程和研磨过程进行脱层的过程)还会不可避免地破坏衬底表面并在其内产生细微裂纹。一旦在操作过程中在薄膜组件上产生大的温差并产生应力，就增加了因为表面上产生裂纹而破裂以致最终破坏太阳能电池的危险。因此，在通常只有几毫米至几厘米宽的表面内，对表面进行脱层时应特别小心。

利用烧蚀的化学方法制造加工太阳能电池从原理上是已知的，可是，此方法具有加工周期长的缺点，并且涉及复杂的加工步骤。

由于这些方法允许精确限定材料的烧蚀，因此可以由诸如研磨或吹砂的机械方法接连不断地移开所述的表面区域。除了如所描述的那样损坏衬底表面并形成细微裂纹外，这些方法还有其它缺点，即由于烧蚀膜层的缕丝会对组件产生不应有的污染，通常需要随后将工件放入超声池对其进行化学清洗。

而且已知，当将薄膜太阳能组件集成为电路，用激光束进行上述步骤，以用于将所得到的各分立条进行串行互连。

例如已知的第4,734,550美国专利涉及一种采用激光加工薄膜层的方法，例举的一种特殊应用是对薄膜技术生成的光电薄膜层进行加工。此加工方法的目的在于，通过将加工光束导向各个工件表面实现对薄膜层的刻蚀，使得此时施加的光功率分布尽可能保持均匀一致。具有平均光强分布的、正交聚焦的光束可以实现此目标。另外再调整被控光束的方向，使得正交聚焦光束的重叠部分产生尽可能均匀的光强分布。此方法据称可进行准确的、甚至深度的刻蚀以串联连接太阳能电池。

用于串联连接太阳能电池的所有方法的目的在于，获得一条使太阳能组件的电功率衰退最小、宽度尽可能窄的条带。例如，在第4,734,550号美国专利中，例举的条带宽度具有50微米的量级。

此外，在Nakano，S.等人的“Laser Patterning Method for IntegratedType a-Si Solar Cell Submodules”，见“日本应用物理期刊”Vol.25，No.12,1986，第1936-1943页中，例举了用以加工太阳能组件获得串联接通的激光束的最佳功率密度。此种情况下，例举了适合50μm条带宽度的功率密度具有1×10⁶W/cm²量级。

如上所述，由于串联接通的脱层方法是以得到最小条带宽度为目的，它们不适用于太阳能组件的表面脱层。因为在此应用中需要对几毫米宽的表面条带进行脱层。这就是为什么尽管机械方法具有上述缺点，仍经常用于表面脱层的原因所在。

因此，本发明的目的在于提供一种太阳能电池薄膜烧蚀的装置和方法，可使条带的性价比高地烧蚀达几毫米宽而不破坏位于烧蚀层下面的衬底。