专利名称：场效应型薄膜电池与微电源一体化集成的光伏电池板组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种薄膜光伏电池，具体涉及ー种场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件，进行一体化集成，形成场效应型薄膜光伏电池板产品结构组件。
背景技术：
当前已公知的薄膜光伏电池的体系包括硅基、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)。这些光伏薄膜电池的基本结构，都是采用P型半导体层、η型半导体层所组成具有ρη叠层 特怔，以及非晶P- -《叠层特怔的薄膜光伏电池。非晶P-Σ- 叠层特怔的薄膜光伏电池板结构是采用等离子增强化学气相沉积
(PECVD)，将薄膜层依次沉积在大面积衬底玻璃上，并用激光刻蚀实现多个条状的单段电池単元，而且每个单段电池单元正负极之间相互在内部串联，所形成的薄膜光伏电池板组件。铜铟镓硒(CIGS)或碲化镉(CdTe)薄膜光伏电池板是采用真空蒸发、磁控溅射等，将薄膜层依次沉积在大面积衬底载体上，并用激光刻蚀实现多个条状的单段电池単元，而且每个单段电池単元正负极之间相互在内部串联，所形成的薄膜光伏电池板组件。图1-1、图1-2是公知的薄膜光伏电池板组件中单段电池的具体结构；其中图1-1，
是公知的单段非晶硅薄膜光伏电池的具体结构，I. O是非晶硅P-卜《叠层结、I. I是透明导电膜TCO层、I. 2是背面电极层；图1-2，是公知的铜铟镓硒(CIGS)或碲化镉(CdTe)薄膜光伏电池板组件中单段电池单元的具体结构；2. O是铜铟镓硒(CIGS)或碲化镉(CdTe)叠层结、2. I是背面电极层、2. 2是透明导电膜ZnO层。图2 (包括图2-1、图2-2、图2-3)是非晶硅薄膜光伏电池板结构的三视图；非晶硅薄膜光伏电池板结构是由η个Al非晶硅薄膜光伏单段电池I、单段电池2、单段电池3···单段电池η，在内部电气串联；电池集流母线(串联电池正扱)A3、电池集流母线(串联电池负极)Α4、载体玻璃Α2所组成。參看图3-1、图3-2，是图2非晶硅薄膜光伏电池板结构的B-B剖面图对应电池段串联电路图；单段电池单元结构长为L、宽为D，相邻的单段电池之间有激光刻蚀的间隙；姆个单段电池是由透明导电膜(TCO) I. 1，单段电池的输出正极；P-卜《单结(a-Si:H)1.0 ;
背面电极层I. 2，单段电池的输出负极所组成；A5是每个单段电池相互正负极串联接触面；所以当今国内外非晶硅薄膜光伏电池板结构是由η个非晶硅薄膜光伏电池段，在光伏电池板内部电气串联而构建的组件。专利申请文件(CN102064213A)公开了 “ー种外加电场效应薄膜光伏电池及与电场源集成的光伏电池板”，简称场效应光伏电池板；该场效应光伏电池板中姆个单段电池是采用场效应非晶硅薄膜光伏电池，參看图4-1场效应 单结薄膜光伏电池结构、图
4-2场效应双本怔P-Σ'- 单结薄膜光伏电池结构，其中10-1与20-1是TCO透明导电层、10-2与20-2是P-Σ'-rt单结层、10-3与20-3是背面电极层、10-4与20-4是绝缘层、10-5
与20-5是电场层，以及单段电池电路符号，G为电场层连接点；该场效应光伏电池板结构的三视图，參看图5所示，其主要特征是由η个场效应非晶硅薄膜光伏单段电池Cl. I、载体Cl. 2、串联电池输出正极Cl. 3、串联电池输出负极Cl. 4、内部相邻电池正负极连接面Cl. 5、电场层Cl. 6组成，并且每个单段电池段(长为L、宽为a)的两端都集成有3个(宽为b、长为a)串联同结构的微电池Cl. 7与Cl. 8，C l. 9为微电池之间电场层连接；该场效应光伏电池板结构A-A剖面图对应单段电池与微电池连接电路图，參看图6-1所示，B-B剖面图对应每个单段电池串联连接电路图，參看图6-2所示；图6-1中，每个场效应非晶硅薄膜光伏电池段的两端，都集成有3个串联同结构的微电池组电场电源，左右两端3个串联微电池组，分别为Vbl+Vb2+Vb3=3Vb、Vb4+Vb5+Vb6=3Vb，而且左右两端串联微电池组的正极与负极，都是通过电场层Cl. 6与TCO层并联在该场效应非晶娃薄膜光伏电池段VLn (n=l、2、3…η),形成每个场效应非晶硅薄膜光伏电池段VLn都有自身集成的串联微电池组，构成该单段电池的电场电源；图6-2中，每个带电场电源微电池组的场效应非晶硅薄膜光伏单段电池VLn，对应串联连接组成场效应光伏电池板组建。专利申请文件(CN102064213A)公开了 “ー种外加电场效应薄膜光伏电池及与电场源集成的光伏电池板”，简称场效应光伏电池板；在激光刻蚀エ艺中，要刻蚀η个单段电池，还要在每个单段电池进行精细激光刻蚀6个微电池，使得激光刻蚀在エ艺中形成刻蚀数为ηX6，造成激光刻蚀成本上升6倍。
发明内容
为了提高薄膜光伏电池转换效率与稳定性，简化工艺，提高成品率并降低成本，本发明提供ー种场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件。本发明是在专利申请文件(CN102064213A)公开了“ー种外加电场效应薄膜光伏电池及与电场源集成的光伏电池板”的基础上，采用与专利申请文件(CN102064213A)不同的结构方式，实现场效应薄膜光伏电池与场效应微电源电池一体化集成的光伏电池板组件。实现本发明目的技术方案是ー种场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件，其结构是采用ー个载体上(衬底玻璃)，进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)，将薄膜层依次沉积在大面积载体(衬底玻璃)上，并用激光刻蚀实现多个条状的单段电池単元，而且相邻的单段电池单元正负极之间相互在内部串联，形成η个单段电池単元串联为主体的场效应薄膜光伏电池与2η个微单段电池单元为副体串联的场效应微电源，集成在一个载体(衬底玻璃)上的场效应薄膜光伏电池板组件，同时，在单结电池结构、双结电池结构、三结电池结构及双本怔层单结电池结构中的背面电极采用背栅形电极层替代，并在该背栅形电极层的外面増加有绝缘栅极层；以及场效应正电极层或场效应负电极层，其特征在于，所有的单段电池单元设置有共同的场效应正电极层或场效应负电极层，该场效应正电极层或场效应负电极层是ー个完整的电极层。所述的场效应薄膜光伏电池板是采用η个场效应薄膜电池段，在内部相互电气串联组成的电池板。參看附图7中，图7-2是单段场效应型非晶硅单结薄膜光伏电池的结构图；1_1是透明导电膜TCO层、1-2是a-Si:H (Ρ — Σ— )单结、1_3是背栅形电极层、1_4是绝缘栅极层、1-5是场效应正电极层；图7-3是单段场效应型双本怔层单结非晶硅薄膜光伏电池单元的结构图；2-1是透明导电膜TCO层、2-2是a-Si : H与a_SiGe: H (P — -《 )单结、
2-3是背栅形电极层、2-4是绝缘栅极层、2-5是场效应正电极层；图E是单段场效应型铜铟镓硒(CIGS)或碲化镉(CdTe)薄膜光伏电池单元的结构图；3-1是透明导电膜ZnO层、3_2是)结、3-3是背栅形电极层、3-4是绝缘栅极层、3-5是场效应负电极层。在载体上集成有DCn (η=1、2、3…η)个单段电池串联为主体的场效应薄膜光伏电池(简称η段串联主体电池)与> 2η个单段微电池为副体 串联的场效应微电源(简称2η个串联微电源)，而串联的场效应微电源的输出电压为> 2ην (V为单段微电池输出电压)；2η个串联微电源输出正极与负扱，连接到η个串联电容器的两端Pl点与Ρη+1点；η段串联主体电池(DCn段电池)透明导电层TCO输出正极连接Ρη+1点，同时也连接负载RL ;η段串联主体电池(DCl段电池)背栅形电极层输出负极连接负载RL，而η段串联主体电池(DCl段电池)场效应正电极层连接Pl点；而11个串联电容器Cl…Cn相互之间分压点(每个电容上的电压降)Ρ2…Pn，对应连接在DC2段电池…DCn段电池的场效应正电极层。场效应型薄膜光伏电池板组件结构上，也适应场效应铜铟镓硒(CIGS)与碲化镉(CdTe)薄膜光伏电池板组件结构。本发明改变了现有技术中每个单段电池单元上面或下面分别设置的外加电场电极都是单独设置的结构状态；使这种集成化的薄膜光伏电池转换效率与稳定性都得到明显提高。同时，由于本发明薄膜光伏电池的外加电场电极(场效应正电极层或场效应负电极层)设置为一个完整的电极层，所以加工エ艺简单；エ艺差错率降低(成品率提高了 5%)。同时成本降低了 20%。解决了现有技术中尚未解決的技术难题。
图1-1公知的硅基薄膜光伏电池结构 图1-2公知的CIGS (CdTe)薄膜光伏电池结构 图2-1、图2-2、图2-3为公知的非晶硅薄膜光伏电池板结构的三视 图3-1、图3-2为公知的非晶硅薄膜光伏电池板B-B剖视图对应电池段串联电路 图4-1场效应J - '-《单结薄膜光伏电池结构；
图4-2场效应双本怔P —卜η单结薄膜光伏电池结构；
图5-1、图5-2、图5-3为场效应光伏电池板结构的三视 图6-1为场效应光伏电池板A-A剖面图对应单段电池与微电池连接电路 图6-2为场效应光伏电池板B-B剖面图对应每个单段电池串联连接电路 图7-2为单段场效应型单结薄膜电池结构图；图7-1为场效应型双本怔单结薄膜电池结构图；图7-3为单段场效应型CIGS或CdTe薄膜电池结构图。图8为本发明场效应型硅基薄膜光伏电池板组件电路原理 图9-1、图9-2、图9-3为本发明场效应型非晶硅薄膜光伏电池板组件结构的三视图； 图10为本发明场效应型非晶娃薄膜光伏电池板B-B剖视图。
具体实施方式
实施例1，场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件參照附图8所示，本发明实施例场效应型非晶硅薄膜光伏电池电池板组件的电路原理图；该电路原理图包括由η个单段电池DC1、电池DC2···电池DCn单元串联为主体的场效应薄膜光伏电池；由2η个单段微电池WC1、微电池WC2···微电池WC2n单元串联为副体的场效应微电源；n个电容Cl、C2 "Cn串联三部分组成。其中，2n个单段微电池WC1、微电池WC2···微电池
WC2n串联为副体的场效应微电源正极2 V+，连接到单段电池DCl场效应正电极层，而副体的场效应微电源负极Iv-,连接到单段电池DCn透明导电膜TCO层；串联的Cl、C2…
Cn电容器对副体的场效应微电源(2nv + ) - (Iv - ) i 2 V +进行电压分压，每个电容器电
压分压对应连接点P2…Pn，并连接对应电池DC2···电池DCn的场效应正电极层；电池DCl场效应正电极层连接对应P1，电池DCn透明导电膜TCO层对应连接Ρη+1 ;电池DC1、电池DC2···电池DCn単元串联为主体的场效应薄膜光伏电池正、负输出极Β3、Β4连接负载RL。參照附图9 (包括图9-1、图9-2、图9-3)所示，为了实现本发明实施例场效应型非晶硅薄膜光伏电池电池板组件的三视图附图9中是采用一个载体上(玻璃)，进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)，将薄膜层依次沉积在大面积衬底玻璃上，并用激光刻蚀实现多个条状的单段电池単元，而且相邻的单段电池单元正负极之间相互在内部串联，形成η个单段电池串联为主体的场效应薄膜光伏电池与2η个微单段电池为副体串联的场效应微电源，集成在一个载体上(玻璃)的场效应薄膜光伏电池板组件。其中BI是ー个载体(玻璃)板；Β2是单段场效应型非晶硅双本征单结薄膜光伏电池単元；采用的エ艺是离子增强化学气相沉积(PECVD)，将薄膜层依次沉积在大面积衬底玻璃上，用激光刻蚀形成宽为D、长为L单段DCl-DCn个电池单元与ー个エ艺连接段单元，内部相互正负极串联组成场效应薄膜光伏电池板；Β3是串联组成场效应薄膜光伏电池的输出集流端子正扱，Β4是串联组成场效应薄膜光伏电池的输出集流端子负极；在已形成的场效应薄膜光伏电池面进ー步采用激光刻蚀或刀刻蚀エ艺，刻蚀沉积叠层形成Β9、BlO隔离槽隙，使场效应薄膜光伏电池板组件上下，各形成η个长为dl、宽为D的微电池WC1···微电池WCn与长为d2、宽为D微电池WCn+Ι…WC2n，B5与B6是η个串联微电池WCl…微电池WCn输出集流端子的正极与负极，Β7与Β8是η个串联微电池WCn+1 · 微电池WC2n输出集流端子的正极与负极，将B5与B8进行外部电气连接，上下组成2n个微电池串联，由B7与B6作为输出集流端子的正极与负扱；最終使得BI —个载体(玻璃)板上，集成形成宽为D、长为K，n个电池DC1、电池DC2…电池DCn单元串联为主体的场效应薄膜光伏电池，与2η个微电池WC1、微电池WC2微电池WC2n单元串联为副体的场效应微电源。本发明实施例场效应型非晶硅薄膜光伏电池电池板上，在激光刻蚀エ艺中，刻蚀η个单段电池，并采用简单的刀刻蚀エ艺两次，刻蚀出沉积叠层形成Β9、BlO两道隔离槽隙，形成同样结构的ー个串联为主体的场效应薄膜光伏电池和两个串联为副体的场效应微电池，使得激光刻蚀在エ艺中刻蚀数η不变，刻蚀エ艺成本基本没有提高。附图9-1、图9-2、图9-3中每个电池单元与微电池单元中，背栅形电极层2_3是有条状窗，条状窗參看图中背栅形电极层剖视图；场效应薄膜光伏电池板组件B-B剖视图參 看附图10所示。附图10中电容Cl…Cn是串联连接，电容Cl右端连接Pl点，场效应微电源输出正极B7 (2nv+)也连接在Pl点，Pl点连接在电池DCl场效应正电极层；电容Cn左端连接Ρη+1点，场效应微电源输出负极Β6 (Ir -)也连接在Ρη+1点，Ρη+1点连接在电池DCn透明导电层(TCO);电容Cト"Cn串联中相互连接点Ρ2…Ρη，相对应的连接电池DC2···电池DCn场效应正电极层；每个 相邻的单段电池DCl…电池DCn，是通过相邻电池段正负极串联接触面进行串联连接；每个单段电池DC1···电池DCn的场效应正电极层2-5与下面绝缘栅极层
2-3，是通过2_2与透明导电膜TCO层2_1形成场隧道效应。
权利要求
1.ー种场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件，其结构是采用ー个载体上，进行等离子增强化学气相沉积，将薄膜层依次沉积在大面积载体上，并用激光刻蚀实现多个条状的单段电池単元，而且相邻的单段电池单元正负极之间相互在内部串联，形成η个单段电池单元串联为主体的场效应薄膜光伏电池与2η个微单段电池单元为副体串联的场效应微电源，集成在一个载体上的场效应薄膜光伏电池板组件，同时，在单结电池结构、双结电池结构、三结电池结构及双本怔层单结电池结构中的背面电极采用背栅形电极层替代，并在该背栅形电极层的外面増加有绝缘栅极层，以及场效应正电极层或场效应负电极层，其特征在于，所有的单段电池单元设置有共同的场效应正电极层或场效应负电极层，该场效应正电极层或场效应负电极层是ー个完整的电极层。
2.根据权利要求I所述的场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件，其特征在于，所述的场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件中，单段电池単元结构，可以是叠层单结或多结，单结是由透明导电膜TCO层、(a-Si:H)/7-i-/7单结、背栅形电极层、绝缘栅极层、场效应正电极层所组成；单段场效应型双本怔层单结非晶硅薄膜光伏电池单元的结构，是由透明导电膜TCO层、(a-Si:H与a-SiGe:H)/7-i-/7单结、背栅形电极层、绝缘栅极层、场效应正电极层所组成；单段场效应型铜铟镓硒CIGS或碲化镉CdTe薄膜光伏电池单元的结构，是由透明导电膜ZnO层、pn结、背栅形电极层、绝缘栅极层、场效应负电极层所组成。
3.根据权利要求I所述的场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件，其特征在于，所述的场效应型铜铟镓硒与碲化镉薄膜光伏电池结构，其结构是由透明导电膜、Jot结、背栅形电极层、绝缘栅极层、场效应负电极层组合。
4.根据权利要求1 3所述的场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件，其特征在于，在载体上集成有η个单段电池串联为主体的场效应薄膜光伏电池与> 2η个单段微电池为副体串联的场效应微电源，而串联的场效应微电源的输出电压为>2ην;ν为单段微电池输出电压，场效应微电源输出正极与负极，连接到η个串联电容器的两端；场效应微电源输出正极也连接在场效应薄膜光伏电池输出负极，相对应单段电池单兀的场效应正电极层；场效应微电源输出负极也连接在场效应薄膜光伏电池输出正极，相对应单段电池单元的透明导电层TCO ;而η个串联电容器Cl…Cn相互之间分压点，对应连接在单段电池2…电池η的场效应正电极层。
5.根据权利要求1 4所述的场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件，其特征在干，所述场效应型薄膜光伏电池板组件结构上，也适应场效应铜铟镓硒与碲化镉薄膜光伏电池板组件结构。
全文摘要
场效应型薄膜电池与场效应微电源一体化集成的光伏电池板组件，薄膜层依次沉积在大面积载体上，并用激光刻蚀实现多个条状单段电池单元，相邻单段电池单元正负极之间相互在内部串联，形成n个单段电池单元串联为主体的场效应薄膜光伏电池与2n个微单段电池单元为副体串联的场效应微电源，集成在载体上的场效应薄膜光伏电池板组件，背面电极采用背栅形电极层替代，并在背栅形电极层外面增加有绝缘栅极层；及场效应正电极层或场效应负电极层，特征是所有单段电池单元设置有共同的场效应正电极层或场效应负电极层，该场效应正电极层或场效应负电极层是完整的电极层。本发明的转换效率与稳定性明显提高。加工工艺简单；工艺差错率及成本降低。
文档编号H01L31/042GK102683443SQ201210112858
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者毛星原, 郭建国 申请人:毛星原, 郭建国