一种透光发电玻璃的激光刻划方法与流程

1.本发明涉及太阳能电池刻蚀技术领域，具体为一种透光发电玻璃的激光刻划方法。


背景技术：

2.光伏发电是一种利用可再生资源太阳能的技术，它利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能，具有可靠、无噪声、低污染等优点，薄膜太阳能电池因其本身具有透光性，可根据建筑设计要求调整外观，长用于光伏建筑一体化系统的建设。
3.传统的透光发电玻璃多采用分布排列实现透光性能，利用晶硅片分散布置实现透光，但是由于硅片不透光，形状为方形，透光率可调范围多为15％～25％，透光率较低，建筑采光效果不好；现有薄膜电池多采用激光刻划技术或者湿法刻蚀去除掉部分遮光膜层，仅留下透明导电膜层，从而实现透光，但现有激光刻划技术，刻划参数不适宜，透光率仍不够不理想，同时视觉上光线不柔和，遮挡视线；并且传统的晶硅片排布明暗的变化容易引起热斑效应，部分晶硅片会因遮挡发热，影响发电功率的同时存在安全风险，在建筑高层上使用其安全性较低。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种透光发电玻璃的激光刻划方法，提高发电玻璃的透光率以满足建筑采光需求，同时无热板效应，保证发电玻璃的使用安全。
5.为解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：
6.一种透光发电玻璃的激光刻划方法，包括以下步骤：
7.s1、玻璃基底层表面依次生长前电极层、发电层、背电极层，采用激光刻线完成串联；
8.s2、采用波长为532nm的激光透过所述前电极，对所述发电层和背电极层进行激光刻划，得到透光发电玻璃；所述激光刻划的方向为垂直于s1中所述的激光刻线，所述激光刻划的透光线宽度为80～800μm。
9.优选的，所述发电层包括吸收层，所述吸收层为非晶硅吸收层或碲化镉吸收层。
10.优选的，所述激光的透光线宽度为100～600μm。
11.优选的，所述s2中激光的功率为90～120kw。
12.更为优选的，所述s2中激光的功率为96～103kw。
13.优选的，所述s2中激光的频率为30～50khz。
14.更为优选的，所述s2中激光的频率为35～45khz。
15.优选的，所述s2中激光刻划的刻划速度为8000～12000mm/s。
16.更为优选的，所述s2中激光刻划的刻划速度为9000～11000mm/s。
17.本发明还提供一种透光发电玻璃，由上述激光刻划方法制备得到。
18.本发明还提供一种透光发电玻璃组件，包括上述透光发电玻璃。
19.优选的，所述透光发电玻璃组件由上至下依次为透光发电玻璃、胶膜、背板玻璃。
20.优选的，所述透光发电玻璃组件由上至下依次为前板玻璃、胶膜、所述透光发电玻璃、胶膜、背板玻璃。
21.优选的，所述透光发电玻璃组件由上至下依次为前板玻璃、胶膜、所述透光发电玻璃、背板玻璃，所述透光发电玻璃与所述背板玻璃之间通过粘接结构胶和间隔条形成中空层。
22.本发明的有益效果是：
23.1、本发明的建筑用透光发电玻璃的激光刻划方法选取材料吸收率高的波段激光(532nm)在透光材料层选择性透过，使不透光材料吸收激光能量后瞬间材料高温升华，仅留下透明导电膜层，激光刻划线的方向为垂直于透光发电玻璃组件的子电池刻线方向，既保证了透光需求，同时保护了原有子电池串联结构，在保证薄膜子电池内部串联结构不受破坏的情况下，设定激光刻划的透光线宽度为80～800μm，以改变其透光面积，从而实现透光，提高了发电玻璃的透光率以满足建筑采光需求，同时使得多个子电池的电流匹配良好，不会发生裂纹或隐裂纹的情况，因此无热板效应，保证发电玻璃的使用安全。
24.2、不同透光线宽度对产品的功率等发电性能无影响，但对光线的均匀分布情况及透过率有影响，在同种除膜率下，线宽越小，其透光线越细密均匀，但同时所需的加工时间越长，因此综合效果和成本需要合理考量，经过多次试验探究，本发明激光的透光线宽度为100～600μm时综合效果最优。
25.3、本发明配合所述激光的透光线宽度及考虑各参数后，限定功率90～120kw，使得透光孔径适宜，提高了透光率，并且避免了背电极出现毛刺，不存在背电极划不开的风险，减少热斑效应产生的可能。
26.4、本发明配合所述激光的透光线宽度及考虑各参数后，限定刻划速度8000～12000mm/s，避免出现过刻或者漏刻的现象，降低因过刻或者漏刻造成的被遮蔽的电池部分产生的影响，进而减少热斑效应的产生。
27.5、本发明配合所述激光的透光线宽度及考虑各参数后，限定频率30～50khz，采用所述频率，在相同刻划速度下，避免了单个光斑变大而导致的光斑重合度偏高而导致毛刺、熔渣、微裂纹等缺陷，减少热斑效应的产生。
28.6、根据本发明的激光刻划方法，可依据建筑的需求将产品设计为双玻、三玻、中空结构，并且可以定制颜色、尺寸，达到防水防火、尺寸、颜色定制，从而满足建筑的规范及外观需要。
附图说明
29.图1为激光透光刻划线示意图
30.图2为实施例7中透光发电玻璃组件结构图
31.图3为实施例8中透光发电玻璃组件结构图
32.图4为实施例9中透光发电玻璃组件结构图
具体实施方式
33.为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
34.在实际应用中，太阳能电池一般是由多块电池组件串联或并联起来，以获得所期望的电压或电流的，为了达到较高的光电转换效率，电池组件中的每一块电池片都须具有相似的特性，在使用过程中，可能出现一个或一组电池不匹配，如：出现裂纹、内部连接失效或遮光等情况，导致其特性与整体不谐调，在合理的光照条件下，一串联支路中被遮蔽的光伏电池，会由发电单元变为耗电单元，被遮蔽的光伏电池不但对组件输出没有贡献，而且会消耗其它电池产生的电力，此时会发热，这就是热斑效应。
35.相对于晶体硅而言，薄膜组件在整个组件上膜厚比较均匀，多个子电池的电流匹配良好，不会出现晶体硅组件易发生裂纹或隐裂纹的情况，通过优异的生产工艺和严格的质量控制体系制成的非晶硅光伏组件，几乎不会发生薄膜组件中各子电池内部链接失效的问题。另外，对于晶体硅太阳电池，小遮挡即可引起大功率损失，导致组件温度过高，严重的会烧坏组件，甚至引起重大火灾，但薄膜电池的电流密度较小，阴影遮挡对于薄膜电池也会存在影响。
36.本发明为了解决现有技术中薄膜发电玻璃存在的热斑效应影响建筑高层使用安全的问题，提供一种建筑用透光发电玻璃的激光刻划方法，使得薄膜发电玻璃无热斑效应，同时提高透光率以满足建筑采光需求。
37.为解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：一种透光发电玻璃的激光刻划方法，包括以下步骤：
38.s1、玻璃基底层表面依次生长前电极层、发电层、背电极层，采用激光刻线完成串联；
39.s2、采用波长为532nm的激光透过所述前电极，对所述发电层和背电极层进行激光刻划，得到透光发电玻璃；所述激光刻划的方向为垂直于s1中所述的激光刻线，所述激光刻划的透光线宽度为80～800μm。
40.激光镂空技术即选取材料吸收率高的波段激光(532nm)或者单脉冲能量大的红外激光，在透光材料层选择性透过，使不透光材料吸收激光能量后瞬间材料高温升华，仅留下透明导电膜层，在保证薄膜子电池内部串联结构不受破坏的情况下，改变其透光面积，从而实现透光。
41.在本发明中，由于透光发电玻璃各部分采用的是激光刻线技术完成串联，因此在设计透光时，需要考虑刻线分布，激光刻划设计为：所述激光刻划的方向为垂直于s1中所述的激光刻线(见图1，1为激光刻划方向，2为s1中所述的激光刻线方向)，既保证了透光需求，同时保护了原有子电池串联结构，如果不是垂直方向，激光刻线会破坏原有子电池的串联结构，导致功率下降，甚至导致不发电。
42.在本发明中，通过试验研究，不同透光线宽度对产品的功率等发电性能无影响，但对光线的均匀分布情况及透过率有影响，在同种除膜率下，线宽越小，其透光线越细密均匀，但同时所需的加工时间越长，因此综合效果和成本需要合理考量，在透光线宽度设定为一定值后，需考察其他因素的影响，需要对激光功率、刻划速度、频率进行相应调整。
43.所述参数的配合要能够在不伤害所述前电极的前提下，对所述发电层和背电极层
进行激光刻划，经过多次试验探究，本发明选定激光的参数为：透光线宽度为80～800μm，功率90～120kw，定制shg模块，定制方形光斑，刻划速度8000～12000mm/s,频率30～50khz；更为优选的，所述激光的透光线宽度为100～600μm，功率96～103kw，刻划速度9000～11000mm/s,频率35～45khz；其中，激光功率影响电池透光孔径，进而影响透光率，且功率过小时，光斑较小，会使得背电极出现毛刺，存在不能将背电极划开的风险，增加热斑效应产生的可能；刻划速度需要相应控制，以避免出现过刻或者漏刻的现象，降低因过刻或者漏刻造成的被遮蔽的电池部分产生的影响，进而减少热斑效应的产生；采用所述频率，在相同刻划速度下，避免了单个光斑变大而导致的光斑重合度偏高而导致毛刺、熔渣、微裂纹等缺陷，减少热斑效应的产生；本发明在加工过程中，激光可有效透过玻璃基底层和前电极层而不伤害前电极层，使得边缘光滑、无突起、刻线底部无残渣、透光均匀，进而减少热斑效应的产生。
44.通过上述激光刻划方法得到的透光发电玻璃，本发明可根据建筑的需求将产品设计为双玻、三玻、中空结构；所述双玻产品结构为：所述透光发电玻璃组件结构如图2所示，由上至下依次为透光发电玻璃1、胶膜2、背板玻璃3；所述三玻产品结构为：所述透光发电玻璃组件结构如图3所示，由上至下依次包括前板玻璃1、胶膜2、透光发电玻璃3、胶膜4、背板玻璃5；所述中空结构产品为：所述透光发电玻璃组件结构如图4所示，由上至下依次为前板玻璃1、胶膜2、透光发电玻璃3、背板玻璃6，所述透光发电玻璃3与所述背板玻璃6之间通过粘接结构胶4和间隔条5形成中空层7。
45.上述为本发明的详细阐述，下面为本发明实施例。
46.实施例1
47.一种透光发电玻璃，其制备方法包括：
48.s1、玻璃基底层表面依次采用lpcvd法生长前电极层、采用近空间升华法生长发电层、采用直流磁控溅射镀膜生长背电极层，其中所述发电层包括窗口层和吸收层；各层采用激光刻线完成串联，所述激光刻线步骤具体为：
49.进行激光p1刻划，通过激光刻蚀前电极层和发电层，然后在p1刻划的刻线槽内填充负性光刻胶；
50.继续进行p2刻划，通过激光刻蚀前电极层和发电层，以p1刻划的刻线为基础线，在离基础线50
‑
100μm的距离刻蚀p2激光刻线；
51.继续进行p3刻划，通过激光刻蚀背电极层和吸收层厚度的一半，以p2刻划的刻线为基础线，在离基础线50
‑
100μm的距离刻蚀p3激光刻线；
52.p1、p2、p3刻划的刻线相互平行，p1刻线的激光采用的波长为355nm或1064nm，p2和p3刻线的激光采用的波长为532nm。
53.其中，所述前电极层为300
‑
400nm厚的透明导电膜层，所述发电层包括窗口层和碲化镉吸收层，所述窗口层厚度为50
‑
120nm，所述碲化镉吸收层厚度为2
‑
4μm，所述背电极层厚度为150
‑
250nm。
54.s2、采用波长为532nm的激光透过所述玻璃基底层和前电极层，对所述发电层和背电极层进行激光刻划，得到透光发电玻璃；所述激光刻划的方向为垂直于s1中所述的激光刻线方向(如图1,1为激光刻划方向，2为s1中所述的激光刻线方向)，所述激光刻划的透光线宽度为80μm，功率92
±
2kw，频率50
±
1khz，刻划速度12000
±
200mm/s；
55.实施例2
56.同实施例1，区别仅在于透光线宽度为100μm，功率96
±
2kw，频率45
±
1khz，刻划速度11000
±
200mm/s。
57.实施例3
58.同实施例1，区别仅在于透光线宽度为300μm，功率99
±
2kw，频率40
±
1khz，刻划速度10000
±
200mm/s。
59.实施例4
60.同实施例1，区别仅在于透光线宽度为600μm，功率103
±
3kw，频率35
±
1khz，刻划速度9000
±
200mm/s。
61.实施例5
62.同实施例1，区别仅在于透光线宽度为800μm，功率113
±
6kw，频率30
±
1khz，刻划速度8000
±
200mm/s。
63.实施例6
64.同实施例1，区别仅在于所述吸收层为非晶硅吸收层。
65.实施例7
66.图2为含有上述透光发电玻璃的透光发电玻璃组件，所述组件由上至下依次为透光发电玻璃1、胶膜2、背板玻璃3，所述胶膜2选自pvb、poe、eva和sgp中的一种或多种，厚度为0.38～2mm，色彩为透明或彩色；所述背板玻璃5为钢化玻璃或半钢化玻璃，厚度为5
‑
20mm。
67.实施例8
68.图3为含有上述透光发电玻璃的透光发电玻璃组件，所述组件由上至下依次为前板玻璃1、胶膜2、透光发电玻璃3、胶膜4、背板玻璃5，所述前板玻璃1为钢化玻璃或半钢化玻璃，厚度为5
‑
20mm；所述胶膜2和胶膜4选自pvb、poe、eva和sgp中的一种或多种，厚度为0.38～2mm，色彩为透明或彩色；所述背板玻璃5为钢化玻璃或半钢化玻璃，厚度为5
‑
20mm。
69.实施例9
70.图4为含有上述透光发电玻璃的透光发电玻璃组件，所述组件由上至下依次为前板玻璃1、胶膜2、透光发电玻璃3、背板玻璃6，所述透光发电玻璃3与所述背板玻璃6之间通过粘接结构胶4和间隔条5形成中空层7；
71.所述透光发电玻璃组件中，前板玻璃1选自low
‑
e玻璃、超白钢化玻璃、普通钢化玻璃和半钢化玻璃中的一种，厚度为5
‑
20mm；所述胶膜2选自pvb、poe、eva和sgp中的一种或多种，厚度为0.38～2mm，色彩为透明或彩色；背板玻璃6选自超白钢化玻璃、普通钢化玻璃和半钢化玻璃中的一种，厚度为5
‑
20mm；结构胶4为单组份硅酮结构胶或双组分硅酮结构胶；间隔条5为铝隔条或高分子间隔条；中空层7厚度为9
‑
20mm，中空层内可以填充空气或氩气、氮气等惰性气体。
72.实施例10
73.透过率测试：以波长380～960nm透过率测试仪进行测试，功率测试条件辐照度1000w/m2，电池温度25℃，大气质量am1.5。
74.对实施例1
‑
5得到的透光发电玻璃进行测试，以40％除膜率为例，得到的测试结果见表1：
75.表1透光发电玻璃的透过率测试
76.测试对象透过率节拍功率实施例136％20min/片130w实施例234％15in/片130w实施例333％10min/片130w实施例425％9min/片130w实施例520％8min/片130w
77.表1可以看出，不同激光参数对其产品的功率等发电性能影响不大，但对光线的均匀分布及透过率情况有影响，在同种除膜率线宽越小，其镂空线越细密均匀，但是同时所需的加工时间越长，因此实施例2
‑
实施例4的参数是外观最优并且设备加工节拍最优的范围。
78.实施例11
79.热斑效应检测实验
80.采用上海质卫环保科技的热斑保护装置进行检测：
81.(1)将不遮光的组件在辐照源(光强1000w/m2，波长范围380～1064nm，光强稳定性2％，均匀性2％)下照射，测试其i
‑
v特性和最大功率点。
82.(2)使组件短路，组件在稳定的辐照源(光强1000w/m2，波长范围380～1064nm，光强稳定性2％，均匀性2％)照射下，用适当的温度探测器测定最热的电池单片。
83.(3)完全挡住选定的电池单片，用辐照源照射组件。在此过程中组件的温度应该在50℃
±
10℃。
84.(4)保持此状态经过5小时的曝晒。
85.(5)再次测定组件的i
‑
v特性和最大功率点。
86.结果如下：
87.表2热斑效应测试
88.检测对象初始功率试验后功率衰减比例温度晶硅组件300w200w33％70℃实施例3(不透光处理)220w220w0％55℃实施例3(透光处理)130w130w0％40℃
89.可以看出，本技术产品经过热斑测试后无衰减，在热斑性能测试下温度低于晶硅产品，本发明产品经过热斑测试后功率无衰减，温度最低且性能最优。
90.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。