薄膜太阳能电池模组的制备方法及其设备技术领域
本发明涉及太阳能生产工艺和设备，尤其涉及以透明导电氧化物玻璃为基板的薄膜太阳能技术。
背景技术
传统以透明导电玻璃为基板的薄膜太阳能电池生产工艺包括如下步骤：基板清洗、前段激光划线（P1）、吸光层（半导体层）镀膜、吸光层激光划线（P2）、背电极镀膜、背电极激光划线（P3）、封装测试。
激光划线被广泛应用于薄膜太阳能电池模组的生产. 通过使用激光划线可以在单片基板上形成多个电池并串联形成电池模组. 传统工艺通常采用3次激光划线P1、 P2和P3, 其中P1 用于TCO 的激光划线, 然后进行半导体镀膜, 然后P2 进行半导体膜的激光划线, 然后背电极镀膜, 然后P3 进行背电极激光划线。传统工艺P1、P2 和P3分别需要一台划线设备, 而且P1 划线后需要增加清洗步骤来去除P1 划线形成的粉尘。
第一太阳能公司的专利US6559411 B2公开了一种在涂膜基板上激光划线的设备和方法，其中提及采用激光划线P1放在半导体镀膜之后, 但它仍然使用两台划线设备分别作激光划线P1和P2，并在P1和P2之间增加一台设备来填充P1沟槽，生产成本高，基板需二次定位,死区面积大, 有效电池面积小。
传统镀膜一般为单基板镀膜，生产效率低。若要进行双面同时镀膜，基板则需垂直运输，现有技术的垂直运输需要使用基板夹持器或机械手（US2002/0078892，2002-6-27）或边框设计，固定基板的装置需要同时与基板的正反面接触，结构复杂、成本高、设备维护费用增加、可靠性低。
Optisolar公司的美国专利US2010/0151680(2010-6-17)提及安装了载体装置的基板可垂直传输，然而该装置在基板上安装了较多的金属固定件会导致装置安全性降低且基板损耗率高；基板与金属固定件的接触之处无法镀膜，造成基板镀膜不均匀；源材料蒸汽会沉积在金属固定件上，造成源材料浪费；镀膜装置的腔体壁镀膜严重，装置清洁度差，温度不稳定，源材料利用率低；该载体装置设计复杂、生产成本高；基板与金属固定件之间的装卸工作量大。
发明内容
本发明的第一技术目的是提供一种划线定位准确、死区面积小、有效电池面积和转换效率高、制备方法简单、成本低的薄膜太阳能电池模组的制备方法。
本发明的第二技术目的是提供一种用于实现所述薄膜太阳能电池模组的制备方法的设备。
本发明的上述第一技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种薄膜太阳能电池模组的制备方法，包括步骤：
（1）清洗透明导电氧化物玻璃基板；
（2）在透明导电氧化物膜层上进行半导体镀膜形成半导体膜层；
（3）在所述半导体膜层上使用划线设备进行三道划线P1、P2和P3，并形成相应的第一沟槽和第二沟槽,以及用于形成第三沟槽的预备层；
（4）进行背电极镀膜，形成背电极膜层，作退火热处理；
（5）使用水或其他溶剂除去所述预备层及和沉积在所述预备层上的背电极材料，从而在所述背电极膜层上形成第三沟槽；
（6）除边、外电导、层压夹胶、接线盒安装和封装测试。
本发明所述三道划线P1、P2和P3均在所述半导体镀膜之后和所述背电极镀膜之前的时间内进行是指三道划线P1、P2和P3可以同时在所述半导体镀膜和所述背电极镀膜之间的时间段内完成；可以依次在该时间段内完成三道划线；也可以先同时完成两道划线P1和P2，再进行P3划线；也可以先完成P1划线，再同时进行P2和P3划线。
本发明薄膜太阳能电池模组的制备方法至少具有七个优点：
① 将传统的P1激光划线、清洗、P2激光划线、P3激光划线四段工艺步骤合并为一段工艺步骤，本发明的三道划线P1、P2和P3可同时在所述半导体镀膜之后和所述背电极镀膜之前的这段时间内进行，并通过采用可溶线条形成方法免除传统的P3激光划线，生产方法简单；
② 本发明的三道划线P1、P2和P3在半导体镀膜之后和背电极镀膜之前的时间内在同一台设备上进行, 玻璃基板无需二次定位, 不存在温度不同造成的热膨胀等因素引起的定位精准度问题；
③ 能减少死区面积, 提高有效电池面积和转换效率；
④ 本发明将传统的先进行P1激光划线、再进行半导体镀膜的方法变为先直接在TCO膜层上进行半导体镀膜、再进行P1划线，避免了P1划线后的清洗步骤，从而避免了可能的粉尘和沾污问题, 可提高TCO层和半导体膜层间的界面性能, 优化电池性能和长期稳定性；
⑤ 通过形成可溶线条预备层免除传统的P3激光划线可以避免第三次激光划线残留物造成的漏电，提高电池器件性能；
⑥ 本发明使用的可溶材料与所述半导体膜层和所述背电极材料层都不会粘结，使用水或有机溶剂进行浸泡清洗即可将所述可溶线条剥离或去除，操作简单；
⑦ 本发明薄膜太阳能电池模组的制备方法简单、成本低。
作为本发明技术方案的一种优选，在所述玻璃基板传输过程中使用基板传输装置，使所述玻璃基板与水平面保持65°～115°并自由站立。
本发明所述玻璃基板可从镀膜源的两侧同时接受镀膜。本发明的玻璃基板传输方法可连续进行两片以上基板镀膜、保证镀膜均匀、生产成本低。所述玻璃基板可以从清洗到背电极镀膜完成的时间内均保持自由站立。
本发明所述的自由站立是指玻璃基板的非镀膜面和玻璃基板的底面或一条底边与所述基板传输装置接触；或者指玻璃基板的镀膜面完全不受遮挡、不与外界接触。
作为本发明技术方案的进一步优选，所述使用基板传输装置传输基板的方法包括以下步骤：
（a）将基板放置在镀膜源一侧或两侧的基板驱动机构上，使基板的待涂膜面朝向镀膜源工作面;
（b) 使基板与水平面保持65°～115°自由站立在所述基板驱动机构上，基板的上部背面依靠在基板支撑机构上，基板的待涂膜面与镀膜源工作面的间距为1～100mm；
（c）操控所述基板驱动机构用于实现基板的传输。
所述步骤（b）的间距是指基板的待涂膜面与镀膜源工作面之间的垂直间距。
本发明的基板传输方法简单实用，可实现镀膜源同时对两片以上稳定自由传输的基板进行均匀的镀膜。
再优选地，所述使用基板传输装置传输基板的方法是利用包括马达和通过马达驱动的传动轮的基板驱动机构，将基板自由站立在所述传动轮上。
再优选地，所述使用基板传输装置传输基板的方法是利用固定的导轮或可移动的滑轮作为所述基板支撑机构，并将所述导轮或滑轮与基板背面的接触部设置于基板上半部。
作为本发明技术方案的一种优选，所述步骤（2）中的半导体为CdTe，所述CdTe半导体镀膜完成后在CdCl2蒸气下进行热处理。
本发明的半导体可以是CdTe、Si、CIGS或其它材料。
作为本发明技术方案的一种优选，所述步骤（3）中P1划线使用激光对所述透明导电氧化物膜层进行划线，P2划线使用激光对所述半导体膜层进行划线，所述P1划线穿越所述半导体膜层和所述透明导电氧化物膜层形成第一沟槽；所述P2划线穿越所述半导体膜层形成与所述第一沟槽相平行的第二沟槽；所述P3 划线使用可溶材料在所述半导体膜层上形成与所述第二沟槽相平行的可溶线条作为第三沟槽的预备层；采用绝缘材料填充所述P1划线后形成的所述第一沟槽。
作为本发明技术方案的进一步优选，所述步骤（3）中的绝缘材料为绝缘材料墨水，所述填充通过喷墨打印形成。
作为本发明技术方案的进一步优选，所述步骤（3）中的可溶材料为可溶材料墨水，所述可溶线条通过喷墨打印形成。
作为本发明技术方案的一种优选，所述相邻的第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽之间的间距为20～50μm。
本发明的第二技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供一种所述薄膜太阳能电池模组的制备方法中的划线设备，包括激光划线装置，而所述划线设备还包括可溶线条形成设备，所述激光划线装置包括激光划线机和激光头，所述激光划线装置与所述可溶线条形成装置整合在同一个机械平台上，使用所述激光划线装置形成的第一沟槽、第二沟槽和使用可溶线条形成装置形成的可溶线条预备层相互平行。
传统用于薄膜太阳能电池的激光划线设备至少需要三台激光划线机，而激光划线机是薄膜太阳能电池生产中成本较大的设备。
本发明用于薄膜太阳能电池的划线设备仅使用一台激光划线装置，用于进行P1划线和P2划线；同时配备可溶线条形成装置，用于形成P3划线，免除了传统的P3激光划线，实现本发明特殊的三道划线方法，使装置总成本大幅降低。
作为本发明技术方案的一种优选，在所述机械平台上还配备有填充装置，所述填充装置形成的填充线与激光划线形成的第一沟槽完全重叠。
作为本发明技术方案的进一步优选，所述可溶线条形成装置为喷墨式打印头或激光打印头。
作为本发明技术方案的进一步优选，所述填充装置为喷墨式打印头或激光打印头。
本发明还提供一种所述薄膜太阳能电池模组的制备方法中的基板传输装置，包括基板驱动机构，所述基板驱动机构用于实现基板相对于镀膜源的移动，而所述传输装置还包括独立于所述基板驱动机构的基板支撑机构。
本发明使用相互独立的基板驱动机构和基板支撑机构，能使基板无边框自由站立，所述基板传输装置使镀膜源实现同时对两片以上基板镀膜、保证镀膜均匀、源材料利用率高、生产成本低。
作为本发明技术方案的一种优选，所述基板驱动机构和所述基板支撑机构均只有一个工作面用于和基板接触，所述基板支撑机构工作面与水平面的夹角为65°～115°。
基板驱动机构的工作面即基板驱动机构与基板接触所在平面，基板支撑机构的工作面即基板支撑机构与基板背面即非镀膜面接触所在平面；所述基板传输装置能使基板保持斜角站立，使基板传输稳定；当基板厚度足够大时，基板可垂直站立，基板传输装置使基板稳定传输。
附图说明
图1a-图1f是传统用于薄膜太阳能电池的划线方法的示意图;
图2a-图2f是本发明用于薄膜太阳能电池的划线方法的示意图;
图3是本发明用于薄膜太阳能电池的划线设备的示意图；
图4a是传统用于薄膜太阳能电池的划线方法的工艺流程图；
图4b是本发明用于薄膜太阳能电池的划线方法的工艺流程图；
图5是本发明一种实施例的用于镀膜的基板传输装置的示意图;
图6是本发明一种实施例的用于镀膜的基板传输装置的侧视图;
图7是本发明薄膜太阳能电池模组的制备方法的流程示意图。
图中，12-马达；13-传动轮；14-基板支撑机构；15-联轴器；16-镀膜源；17-真空腔体室；18-基板驱动机构工作面；19-基板支撑机构工作面；510-镀膜源工作面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1系列为是传统用于薄膜太阳能电池的激光划线方法的示意图。图1a为带有透明氧化物TCO膜层110的玻璃基板100，受到第一次激光划线P1形成TCO沟槽114（图1b），然后对玻璃基板100进行清洗，接着在划线后的TCO膜层110上镀半导体膜120（图1c），玻璃基板100接受第二次激光划线P2，形成半导体层沟槽124（图1d）；然后继续在划线后的半导体膜层120上镀背电极膜层130（图1e），玻璃基板100接受第三次激光划线P3，形成背电极沟槽即第三沟槽134（图1f），第三沟槽134只需涉及背电极层即可，但传统的第三次激光划线P3会同时穿透背电极膜层130和半导体膜层120，P3划线后基板要经过清洗来去除P3造成的残留粉尘。激光划线114和134间的部分属于死区（距离通常400微米以上），对电流转换没有贡献。
实施例一
按如下步骤制备薄膜太阳能电池模组：（1）清洗透明导电氧化物玻璃基板；（2）在透明导电氧化物膜层上进行半导体镀膜形成半导体膜层；半导体为CdTe，镀膜完成后在CdCl2蒸气下进行热处理；（3）在所述半导体膜层上使用划线设备进行三道划线P1、P2和P3，并形成相应的第一沟槽和第二沟槽,以及用于形成第三沟槽的预备层；P1划线使用激光对所述透明导电氧化物膜层进行划线，P2划线使用激光对所述半导体膜层进行划线，所述P1划线穿越所述半导体膜层和所述透明导电氧化物膜层形成第一沟槽；所述P2划线穿越所述半导体膜层形成与所述第一沟槽相平行的第二沟槽；所述P3 划线使用可溶材料在所述半导体膜层上形成与所述第二沟槽相平行的可溶线条作为第三沟槽的预备层；采用绝缘材料填充所述P1划线后形成的所述第一沟槽；（4）进行背电极镀膜，形成背电极膜层，作退火热处理； （5）使用水或溶剂除去所述预备层及和沉积在所述预备层上的背电极材料，从而在所述背电极膜层上形成第三沟槽；（6）除边、外电导、层压夹胶封装、接线盒安装和测试。
图2系列是本发明用于薄膜太阳能电池的激光划线方法的示意图。图2a为带有透明氧化物TCO膜层110的基板100，在接受任何激光划线之前先镀半导体膜120（图2b），当使用图3所示的划线设备时，玻璃基板100同时受到两个激光划线P1和P2，其中激光划线P1发出的激光束穿越TCO膜层110和半导体膜层120形成第一沟槽122，激光划线P2只穿透半导体膜层120形成第二沟槽126，见图2c。绝缘材料填充装置在第一沟槽中打印填充绝缘材料形成绝缘线条128，可溶线条形成装置在第二沟槽的另一侧打印形成可溶性材料线条129作为第三沟槽预备层，见图2d.
继续在P1划线、P2划线、绝缘材料填充第一沟槽和打印可溶线条预备层129后的半导体膜层120上镀背电极膜层130，然后使用水或有机溶剂进行清洗以去除可溶线条预备层129和沉积在可溶线条预备层129上的背电极材料，从而在背电极层膜130上形成第三沟槽134。
由于两道激光划线和线条打印在同一设备中完成，不需要严格控制玻璃基板100的温度，也不存在热膨胀引起的定位变化，第一沟槽122与第二沟槽126的距离可以很容易地控制到20微米，第一沟槽122与第三沟槽134之间的距离也可以很容易地控制到40微米，而且不存在三次划线时的温度区别造成的定位问题，所以可以减小死区的面积，与传统的薄膜太阳能电池相比，光电转换效率可至少提高2%～5%。
图3可以更直观地显示本发明的工作原理。半导体镀膜完成后，玻璃基板100与激光装置或填充装置或可溶线条形成装置保持相对运动。例如，玻璃基板100运行，激光装置、填充装置和可溶线条形成装置保持静止，激光头1发射的激光束3在基板100上形成沟槽122；激光头2发射的激光束4在基板100上形成沟槽126；喷墨打印头5使用绝缘材料墨水填充沟槽122形成线条128；喷墨打印头6使用可溶性材料墨水在基板100上形成线条129作为第三沟槽的预备层。四个步骤在同一设备中可以同时进行，也可以依次进行。
从图4a和图4b的对比也可以看出，传统工艺中第一次激光划线P1和后续的玻璃清洗步骤330容易引入粉尘和沾污，污染后续的镀膜层。而本实施例的工艺是将半导体膜层120直接镀在TCO膜层110的新鲜干净表面上，有助于提到界面特性，提高电池模件的性能。另外，通过喷墨打印完成第三沟槽可以避免激光划线残留物造成的漏电，提高电池器件性能。
如图5所示，用于镀膜的基板传输装置包括基板驱动机构和独立于基板驱动机构的基板支撑机构14。如图6所示，基板驱动机构的工作面即基板驱动机构与基板100的底部接触的平面，在图中表示为基板驱动机构工作面18，基板支撑机构14的工作面即基板支撑机构14与基板100接触的平面，在图中表示为基板支撑机构工作面19。
如图5和图6所示，基板传输装置中的基板传输机构包括一个马达12和通过马达12驱动的多个传动轮13，传动轮13之间通过链条传动，传动轮13的截面形状为三角形，马达12和传动轮13用于实现基板100的稳定传输。基板支撑机构14为固定的导轮，基板支撑机构工作面19即基板100的底部。若基板100位于高温环境中，传动轮13与基板支撑机构14的材料必须耐高温。传动轮13和基板支撑机构14的材料为碳化硅。为了更有效地防止基板100翻倒，将导轮设置在距基板100的底部的高度为基板100的高度的四分之三处。为了使基板传输更稳定，传动轮13之间的间距为基板在水平方向的三分之一宽度。
实际镀膜工作时，基板传输装置位于真空腔体室17内，基板100自由站立在传动轮13上，基板100的背面即非镀膜面斜靠在基板支撑机构14上，基板100与水平面的夹角即基板支撑机构工作面19与水平面的夹角为89.5°，镀膜源16的两侧各放置一块基板100，镀膜源16的镀膜源工作面510与基板100平行并保持10mm的间距，实现镀膜源16同时对两片稳定自由传输的基板100进行均匀的镀膜。
实施例二
薄膜太阳能电池模组的制备方法同实施例一。不同的是步骤（2）中的半导体为硅，半导体镀膜完成后不需要热处理。
在进行步骤(3)所述的三道划线时，在所述半导体镀膜之后和所述背电极镀膜之前的时间内先进行P1激光划线，然后再进行P2激光划线。选用激光打印头作为填充设备7，选用喷墨打印头作为可溶线条形成装置9，先打开填充装置7填充P1划线后形成的第一沟槽122，然后再打开可溶线条形成装置9形成可溶材料线条预备层129。相邻的第一沟槽122、第二沟槽126与第三沟槽134之间的距离为30微米。
用于镀膜的基板传输装置结构同实施例一，不同的是马达12有多个，每个马达12连接一个传动轮13，传动轮13与马达12之间连接有弹性联轴器15，对基板100的输送具有减震和缓冲作用；基板支撑机构14为可移动的滑轮，距基板100的底部的高度为基板100的高度的五分之四；传动轮13的截面形状为矩形，传动轮13之间的间距为基板在水平方向的四分之一宽度；传动轮13和基板支撑机构14的材料为氮化硅；为提高边缘镀膜的均匀性，镀膜源16的有效镀膜高度略大于基板100的高度。
实际镀膜工作时，基板100自由站立在传动轮13上，基板100与水平面的夹角即基板支撑机构工作面19与水平面的夹角为65°或115°，滑轮与基板同时移动，镀膜源16的镀膜源工作面510并保持100mm的间距。根据镀膜均匀度和厚度的实际需要，镀膜源工作面510也可根据实际需要与基板100设置一定的角度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。