本公开涉及划刻光伏器件期间随时间改变激光强度的方法。提供用于激光划刻包括衬底(12)上的多个薄膜层的膜堆叠(13)的方法。激光束(30)的脉冲施加于该膜堆叠(13)，其中该激光束(30)具有在根据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，该脉冲可以具有持续大约0.1纳秒至大约500纳秒的脉冲。激光束(30)的该脉冲可以跨膜堆叠(13)重复以形成通过衬底(12)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(10)方面特别有用。
【技术实现步骤摘要】
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，或可通过本专利技术的实践而获悉。 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. I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，可以提供基于締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(resistivetransparent 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締化镉层。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。 本专利技术的这些和其他特征、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示本专利技术的实施例并且与描述一起服务于解释本专利技术的原理。附图说明 针对本领域内技术人员的本专利技术的完全和使能公开(包括其最佳模式)在该说明书中阐述，其参照附图，其中 图I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不意图。具体实施例方式 现在将详细参考本专利技术的实施例，其一个或多个示例在图中图示。每个示例以说明本专利技术的方式而非限制本专利技术的方式来提供。实际上，在本专利技术中可以做出各种修改和变化而不偏离本专利技术的范围或精神对于本领域内技术人员将是明显的。例如，图示或描述为一个实施例的一部分的特征可以与另一个实施例一起使用以产生再另外的实施例。从而，规定本专利技术涵盖这样的修改和变化，它们落在附上的权利要求和它们的等同物的范围内。 在本公开中，当层描述为在另一层或衬底“上”或“之上”时，要理解这些层可以直接互相接触或在这些层之间具有另一层或特征。从而，这些术语简单地描述这些层互相之间的相对位置并且不必定意味“在顶部”，因为在上面或下面的相对位置取决于器件对观察者的取向。另外，尽管本专利技术不限于任何特定的膜厚度，描述光伏器件的任何膜层的术语“薄”一般指膜层具有小于大约10微米(“micixm”或“ym”)的厚度。 要理解本文提到的范围和极限包括位于规定极限内的所有范围(即，子范围)。例如，从大约100至大约200的范围也包括从110至150、170至190、153至162和145. 3至149. 6的范围。此外，高达大约7的极限也包括高达大约5、高达3和高达大约4. 5的极限以及该极限内的范围，例如从大约I至大约5和从大约3. 2至大约6. 5等。 大体上公开了用于利用具有随时间变化的功率的激光脉冲来激光划刻膜堆叠的方法。具体地，激光束具有根据预定功率周期在每个脉冲期间作为时间的函数而变化的功率。该脉冲然后可以跨膜堆叠的表面重复以形成通过膜堆叠的薄膜层中的至少一个的划刻线。根据这些方法，可以提高通过膜堆叠的薄膜的激光划刻工艺的准确性，从而导致形成的划刻线的质量提高(例如，更好的均一性)。另外，可以调整激光的功率水平以当激光束划刻通过膜堆叠的厚度时与个体薄膜的特性匹配。 脉冲大体上可以具有持续大约0. I纳秒(ns)至大约500ns的功率周期，例如大约0.5ns至大约250ns。在特定实施例中，脉冲可以持续大约Ins至大约100ns,例如大约5ns至大约50ns。 每个脉冲的功率周期可以限定多个互不相同的功率水平。如此，施加于膜堆叠的功率可以在每个脉冲期间随时间变化(例如，作为时间的函数)。例 如，图I示出示范性功率周期100，其示出功率(y轴)作为时间(X轴)的函数的变化。功率周期100限定第一功率水平102，其不同于第二功率水平104。如本文使用的，术语“功率水平”指在脉冲期间激光束功率的功率周期上的线或峰值，其中“线”指在脉冲期间上大致上恒定的功率并且“峰值”指在脉冲期间激光束的功率的局部最大或最小值。 在图I中示出的实施例中，第一功率水平102小于第二功率水平104。例如，第二功率水平104可以比第一功率水平102大大约10%至大约150% (即，第二功率水平104可以是第一功率水平102的大约110%至大约250% )，例如比第一功率水平102大大约50%至大约100% (即，第二功率水平104可以是第一功率水平102的大约150%至大约200% )。 激光束的功率对于第一持续时间(等于功率周期100在第一功率水平102的长度)保持在第一功率水平102，并且激光束的功本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光划刻膜堆叠(13)的方法，所述膜堆叠包括衬底(12)上的多个薄膜层，所述方法包括：施加激光束(30)的脉冲到所述膜堆叠(13)上，其中所述激光束(30)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，其中所述脉冲持续大约0.1纳秒至大约500纳秒；以及跨所述膜堆叠(13)重复所述激光束(30)的脉冲以形成通过所述衬底(12)上的薄膜层中的至少一个的划刻线(44)。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·弗里，
申请(专利权)人：初星太阳能公司，
类型：发明
国别省市：
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