[发明专利]一种提高激光划刻透明导电氧化物薄膜绝缘性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜太阳能电池技术领域，具体地说是一种提高激光划刻透明导电氧化物薄膜绝缘性能的方法。

背景技术

世界各国对绿色能源尤其是广泛适用的太阳能电池产品的需求与日俱增。随着技术的发展，太阳能电池用户对电池组件的性价比提出更高的要求。薄膜太阳能电池特别是制造工艺相对成熟的硅基薄膜太阳能电池由于其价格较低且转换效率稳步提升而受到越来越多用户的青睐。

硅基薄膜电池主要生产工艺过程为：前玻璃清洗，前电极沉积，激光划刻（P1），光电转换层沉积，激光划刻（P2），背电极沉积，激光划刻（P3），电极引出、封装、测试等。采用激光设备对沉积膜层进行高速、精确地划刻，将连续的功能膜层细分为单个子电池，并在单个子电池之间建立起串、并联连接结构。这种串、并联结构将高电流、低电压输出特性转化为低电流、高电压输出特性，是降低欧姆功率损失必不可少的条件。因此在硅基薄膜电池生产过程中，激光划线是非常关键的工序。

本发明中的激光划刻具体是指前电极薄膜的P1划刻工艺，目的是把大面积前电极薄膜分割成小单元，并要求各个小单元之间绝缘，以作为后续每个子电池的前电极。如果绝缘性能不好，后续子电池之间就有可能导通，使相邻子电池前电极连接起来从而导致其中的一个子电池被屏蔽掉，如果这些情况大量存在的话，会影响电池的子电池个数，导致开路电压降低，最终影响薄膜电池的光电转换效率。P1的划刻除了要求绝缘外，还要求形貌良好，以便为下一道镀膜工艺做好铺垫，如形貌不好有可能导致后续沉积的硅薄膜缺陷增多，引起电池出现漏电，增加并联电阻，降低开路电压，最终影响电池的光电转换效率；此外P1的划刻还应尽量不对底部的玻璃造成损伤，以保证组件的长期可靠性。

判断P1划刻后绝缘性能的指标是测试划线两侧的电阻值，一般认为，绝缘电阻数值达到1兆欧，即可认为划刻成功。绝缘电阻值高于1兆欧，表明膜层已完全划开，激光划线达到绝缘功能。绝缘电阻低于1兆欧，表明膜层未划开或未划刻彻底或有导电碎屑影响等。为了测试激光划线的效果，即激光划线两侧的电阻值是否达到技术标准，采用多电极接触测试台（MCT）对激光划刻后AZO薄膜的绝缘性能进行测试。例如，把大面积AZO薄膜分割成128个条形子单元，由左至右依次排列，MCT中设置128个探针，可同时按压在128个子单元上，同时测量子单元之间的绝缘电阻值，统计小于1兆欧的绝缘电阻值；移动探针位置，分别进行多次测量，例如25次，可测得不同位置处绝缘电阻，统计25次中小于1兆欧的绝缘电阻值，判断划线效果。MCT可以用来测量薄膜在激光划线后绝缘电阻，对相邻各个子单元进行绝缘电阻的测试，并在不同位置进行多次测量。在生产过程中的技术标准，例如，所有绝缘电阻测试结果中，绝缘电阻小于1兆欧的点不超过10个。只有划线质量满足技术标准，才能保证组件的光电转换效率。

目前产业化过程中用于P1划线的激光器，按波长来分主要有355nm和1064nm两种。1064nm 红外激光器，由于其频率低、单个光子能量小，加工过程主要是靠热作用原理，将欲加工物件的加工部位加热熔化、汽化然后变成气体逸散掉，因此称之为热加工。从划刻效果来看，1064nm激光器对于膜层的这种热处理本身会导致很大的热影响区从而破坏周围膜层质量，另外划刻边缘产生突起，会影响后续膜层的生长过程等，存在一系列的问题。而355nm紫外激光器，由于其频率高，单个光子能量大，故可以直接侵入欲加工薄膜的内部键结，高能量光子直接破坏结合键形成等离子体逸散掉，因此称之为冷加工。与红外热处理不同，这种冷处理加工出来的膜层具有非常光滑的边缘，加工边缘热损伤和热影响区小。此外，ZnO薄膜本身对不同波长光的不同吸收也是选择355激光的原因。因此，355nm激光器已广泛应用于薄膜电池的工业化生产过程当中。

掺杂ZnO薄膜的光学吸收因掺杂元素种类及掺杂量的不同而变化，这一特性也会对使用355nm激光器进行P1激光划刻的过程和结果产生影响。对于B掺杂ZnO薄膜，光吸收截止波长大于激光器输出波长355nm，因此在激光划刻过程中薄膜可以充分吸收激光能量，破坏结合键形成等离子体逸散掉，使薄膜达到完全划开的目的。对于Al掺杂ZnO薄膜，光吸收截止波长接近激光器输出波长355nm，工艺过程中，掺杂量的变化导致光吸收截止波长变化，不能充分吸收355nm波长的激光能量，导致划刻效果较差，划线两侧的电阻较低，难于达到工业化生产中的技术标准，从而影响薄膜电池的电学性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种提高激光划刻透明导电氧化物薄膜绝缘性能的方法。

本发明采取的技术方案：