[发明专利]薄膜太阳能电池修复方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造工艺，特别涉及用于一种薄膜太阳能电池修复方法和设备。

背景技术

随着现代工业的高速发展、技术快速的更新换代以及对能源的需求，现在能源结构正在发生着根本性的变革。传统的能源：煤炭、石油、天然气的使用量将在2020年-2040年到达高峰，而在2050年后将会逐渐枯竭。可再生能源(主要是太阳能)等替代能源从2000年开始迅猛发展，到2050年使用量将达到高峰。传统太阳能电池是使用单晶硅或多晶硅薄片，其中硅材料应用较多，浪费严重，硅元素提纯工艺复杂且成本太高。薄膜太阳能电池使用非晶硅或其他材料，硅元素量使用很少或不使用硅材料，所以基本无原料瓶颈，尤其是非晶硅薄膜太阳能电池，成本低且工艺成熟，所以发展很快，成为目前薄膜太阳能电池最成熟的产品之一。

薄膜太阳能电池从发明到进入产业化经历了一个漫长的过程，比如以非晶硅为代表的硅基薄膜电池最早是由美国RCA公司DavidSarnoff实验室的Carlson博士在1976年首次发明和制作成功的，但真正进入大规模产业化生产，特别是高效叠层硅基薄膜电池的商业化生产直到上世纪90年代中才开始，其中较有代表性的是BP Solar公司在美国弗吉尼亚州建造的当时全球第一条10兆瓦非晶硅/非晶锗硅叠层薄膜电池生产线。而影响其产业化进程的一个较为主要的因素是生产线上的成品率较低，因为成品率直接影响到产能、材料利用率，某些影响成品率的因素甚至还直接影响电池的平均能量转换效率，归根结底是直接提高了薄膜电池的生产成本，因此削弱了薄膜电池对传统晶硅电池的竞争力。为了将薄膜电池的生产成品率提高到有竞争力的(＞90％)水平，解决薄膜电池漏电流问题是个关键。

如图1所示，其中示出一种单结非晶硅薄膜太阳能电池的层结构。该非晶硅薄膜太阳能电池是在透明基板1(主要是玻璃)上依次沉积、溅射受光面电极2、光电转换层3、衬面电极4而形成。作为透明基板1，可采用玻璃板、透明树脂膜等。受光面电极2由例如ITO(锢锡氧化物)等透明导电性氧化物构成。从受光面电极2侧开始，光电转换层3具有p型非晶硅层、i型非晶硅层及n型非晶硅层的层积构造。衬面电极4由例如银、铝、钛、铜等金属材料和ZnO、ITO、SnO等金属氧化物的层积膜构成。光电转换层3的特性类似于二极管，具有单向导电性。如图2中所示，在薄膜光电转换层3的沉积或溅射制造工艺中，在光电转换层3上会产生小孔或针眼5。由于针眼5的存在，在沉积形成衬面电极4时，衬面电极4的导电材料会填充针眼5形成通路6使得衬面电极4与受光面电极2之间的短路(图3)。这种短路导致薄膜太阳能电池产生的电能通过通路6泄露，降低薄膜太阳能电池的性能。这就是所谓的薄膜太阳能电池漏电流问题。这种短路缺陷也可能由于绒面透明导电膜的尖角或者是激光切割等种种原因造成。

修复这种短路缺陷的传统方法是通过在那些电极间施加反偏压修复短路部分的方法(例如参照特开2000-277775号公报)。下面，将该修复方法称为反偏压修复法。如图4中所示，用电压源10在受光面电极2和衬面电极4之间施加反向偏压。

图5为单层型光电转换单元中的反偏压修复时的等效电路示意图。光电转换层与二极管等价，因此在施加了反偏压时，等效于电容器C。另外，短路部分6与电阻等效，用R表示。如图6所示，当在电极间施加反偏压时，则短路部分6选择性流过电流，产生焦耳热。利用该焦耳热，使短路部分6的金属被氧化成绝缘体7或被熔断，将短路部分修复。

但是，这种传统的修复漏电流缺陷的反向偏压烧蚀方法常常达不到满意的效果。由于漏电流缺陷的情况多种多样，难以确定和控制所施加的反向电压的大小。如果短路缺陷面积和电阻都很小，则施加较小的反向电压则产生较大的反向电流，导致局部区域过度发热而损坏短路缺陷周围的较大面积的良好电池区域。如果短路缺陷面积很大，则由于大面积的散热，即使施加较大的反向电压也不一定能够使得短路缺陷区域加热到能够实现氧化或熔化修复的温度。

因此这种传统的修改方法较难控制，并且容易损坏周边的良好电池区域。

发明内容

为了解决上述传统的修复薄膜太阳能电池漏电流缺陷的问题，本发明提供一种新型的薄膜太阳能电池修复方法，其中包括如下步骤：对待修复的薄膜太阳能电池中的一个光电转换层两侧施加反向偏压；对施加反向偏压的薄膜太阳能电池进行红外成像；识别和定位所述红外成像中的高温区域；以及清除或隔离所述识别和定位的高温区域。

根据本发明的一个方面，该修复方法还包括如下步骤：检测修复后的薄膜太阳能电池，判断是否需要再次执行所述修复方法。