聚酰亚胺衬底非晶硅薄膜太阳电池内联组件

摘要：本文主要研究聚酰亚胺（

PI）衬底柔性非晶硅（a-Si）薄膜太阳电池内联组件结

构设计及内联组件制备的关键技术：深度选择性激光刻蚀。文中所采用的内联结构，首先是
卷对卷沉积

a-Si 太阳电池的各层材料，随后采用激光刻蚀等工艺实现组件的内联。深度选

择性激光刻蚀（

P1、P2）分别采用 1064nm 和 532nm 的调 Q 纳秒激光，激光刻蚀槽 P1 和 P2 

分别填充绝缘浆料和导电浆料。目前，采用上述结构及工艺制备的柔性

a-Si 薄膜太阳电池

六节内联组件效率达

4.57%（AM0）。　　

1. 引言　　

    近年来，基于 a-Si 的薄膜技术在世界光伏组件生产中扮演着重要角色。薄膜太阳电池制备
技术中，从单片电池到薄膜光伏内联组件的加工过程中一个重要工序就是电池内联。目前，
关于内联组件的报道基本都集中在玻璃衬底薄膜太阳电池内联组件上

[1,2]

，对柔性衬底（尤

其是聚酯膜衬底）薄膜太阳电池内联组件的报道比较少。
　　内联组件制备通常采用刻蚀的方式实现，刻蚀可采用光刻、机械刻蚀、激光刻蚀等方法，
在薄膜太阳电池内联组件的制备中激光刻蚀具有明显优势

[3]

。激光刻蚀是一种无掩膜的选择

性刻蚀，可以大大简化内联组件制备中的刻蚀工艺。一般激光刻蚀槽的宽度为

30-80mm，

在内联组件制备中采用激光刻蚀工艺能有效降低组件的死区面积。好的组件集成要求激光刻
蚀边沿无明显尖峰

(通过显微镜或台阶仪观察), 刻蚀槽内较平整,并且, 集成后串联电阻小

[4]

。

　　在

a-Si 薄膜太阳电池的制造中，玻璃衬底 a-Si 薄膜太阳电池上深度选择性激光刻蚀工

艺比较成熟，而柔性

a-Si 薄膜太阳电池的深度选择性激光刻蚀还存在很多技术难点。这是由

于柔性

a-Si 薄膜太阳电池膜层非常薄且易卷曲，要分别刻蚀电池的各层材料，而不损伤它

下面的膜层，这对各层薄膜厚度的均匀性，刻蚀过程中电池的平整度、激光功率的稳定性等
要求很苛刻。不同于玻璃衬底

a-Si 薄膜太阳电池，目前柔性 a-Si 薄膜太阳电池内联组件采用

的结构仍未统一。
　　我们采用卷对卷设备，利用走卷沉积方式在

30cm 宽的 PI 衬底（厚度为 25mm）上沉

积

a-Si 太阳电池的各层材料，并制备内联电池组件。内联组件采用两次深度选择性激光刻蚀

（

P1、P2），激光刻蚀槽 P1、P2 并分别由绝缘浆料和导电浆料填充，得到效率达 4.57%

（

AM0）的柔性 a-Si 薄膜太阳电池六节内联小组件。

　　

2. 实验　　柔性 a-Si 薄膜太阳电池各层材料的沉积都是利用走卷沉积方式实现的。首

先清洗

PI 衬底，将 PI 衬底装入磁控溅射设备中溅射背反射层 Ag/ZnO，接着采用 PECVD

走卷沉积吸收层（

N-I-P）a-Si，最后溅射透明导电层 ITO。

　　深度选择性激光刻蚀采用调Ｑ纳秒固态激光器，激光模式均为

TEM00，波长分别为

λ=1064  nm  （ 红 外 光 ） 和   532  nm  ( 绿 光 ) ， 激 光 重 复 频 率 0<f<100kHz 。 扫 描 速 度 0-
1000mm/s。其中，1064nm 激光最大输出功率 10W，脉冲宽度（半宽全高）约 20ns。532nm
激光最大输出功率

5W，脉冲宽度约 15ns。采用样品平台运动，激光束垂直辐照在电池膜面

上的方式进行刻蚀。
　　

3. 结果和讨论　　3.1 内联组件结构设计