CN102130188A - 薄膜太阳能电池及用于制造一薄膜太阳能电池的方法 - Google Patents

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张展晴
李永祥
林岂琪
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Abstract

本发明揭露一种薄膜太阳能电池及用于制造一薄膜太阳能电池的方法。薄膜太阳能电池包括基板、透明电极层、半导体层、背电极层、正电极及负电极。半导体层形成于透明电极层上且具有凹槽。背电极层形成于半导体层上，其中半导体层与背电极层的形成体经图案化，且经图案化形成体与透明电极层形成串联连接的单位电池。正电极形成于上述单位电池的一最前单位电池上。负电极形成于上述单位电池的一最末单位电池上。背电极层经形成以至少填充最前单位电池及最末单位电池的凹槽，以与透明电极层直接连接。

Description

薄膜太阳能电池及用于制造一薄膜太阳能电池的方法
技术领域
本发明是关于一种太阳能电池。更特定言之，本发明是关于一种非晶硅半导体薄膜太阳能电池。
背景技术
因为非晶硅(a-Si)半导体层可在低温下通过硅烷气体或其类似物的辉光放电分解而均匀地、大面积地沉积至基板上，且因为可能使用诸如玻璃、聚合物膜、陶瓷板及金属箔的各种基板，所以非晶硅半导体层用作太阳能电池的半导体层已得到广泛研究。
另一方面，非晶硅半导体的较低固有效率至少部分地由其薄度弥补，使得其可藉由将若干薄膜电池堆叠于彼此之上来达到较高效率，且每一薄膜电池经调整以在特定频率的光下良好地工作。然而，此方法不适用于晶态硅(c-Si)电池，其原因在于晶态硅电池的建构技术致使其本身较厚且不透明，从而阻挡光到达堆叠中的其它层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜太阳能电池及用于制造一薄膜太阳能电池的方法。
本发明的一技术方案是提供一种薄膜太阳能电池。该薄膜太阳能电池包括一基板、一透明电极层、一半导体层、一背电极层、一正电极及一负电极。该透明电极层形成于该基板上。该半导体层形成于该透明电极层上，且具有凹槽。该背电极层形成于该半导体层上，其中该半导体层与该背电极层的形成体经图案化，且该经图案化形成体与该透明电极层形成数个串联连接的单位电池。该正电极形成于该些串联连接的单位电池的最前单位电池上以作为该薄膜太阳能电池的正极端子(positive terminal electrode)。该负电极形成于该些串联连接的单位电池的最末单位电池上以作为该薄膜太阳能电池的负极端子(negative terminal electrode)。该背电极层经形成以至少填充该正电极下方的该最前单位电池及该负电极下方的该最末单位电池的凹槽，以与该透明电极层直接连接。
本发明的另一技术方案是提供一种用于制造薄膜太阳能电池的方法。该方法包括以下步骤：在一基板上形成一透明电极层；在该透明电极层上形成一半导体层；图案化该半导体层以形成数个半导体区域及第一凹槽；形成一背电极层以覆盖该些半导体区域且填充该些第一凹槽；图案化该背电极层以形成数个背电极，使得该些背电极、该些半导体区域及该透明电极层形成数个串联连接的单位电池；在该些串联连接的单位电池的最前单位电池上形成一正电极以作为该薄膜太阳能电池的正极端子；及在该些串联连接的单位电池的最末单位电池上形成一负电极以作为该薄膜太阳能电池的负极端子；其中该背电极层经形成使得该背电极层至少填充该正电极下方的该最前单位电池及该负电极下方的该最末单位电池的第一凹槽，以与该透明电极层直接连接。
本发明的又一技术方案是提供一种用于制造薄膜太阳能电池的方法。该方法包括以下步骤：在一基板上形成一透明电极层；对该透明电极层进行激光切割以形成数个透明电极及第一凹槽；形成一半导体层以覆盖该些透明电极且填充该些第一凹槽；对该半导体层进行激光切割以形成数个半导体区域及第二凹槽；形成一背电极层以覆盖该些半导体区域且填充该些第二凹槽；对该背电极层进行激光切割以形成数个背电极，使得该些背电极、该些半导体区域及该透明电极层形成数个串联连接的单位电池；在该些串联连接的单位电池的最前单位电池上形成一正电极以作为该薄膜太阳能电池的正极端子；及在该些串联连接的单位电池的最末单位电池上形成一负电极以作为该薄膜太阳能电池的负极端子；其中该最前单位电池及该最末单位电池的背电极经形成以经由该正电极下方的该最前单位电池及该负电极下方的该最末单位电池的该些第二凹槽与相应透明电极进行直接欧姆接触。
附图说明
通过参看随附附图来阅读上文对实施例的详细描述，可更充分地理解本揭示案，该些随附附图如下：
图1是绘示本发明的一实施例的薄膜太阳能电池的示意图；
图2至图7是根据本发明实施例绘示一种图1所示的薄膜太阳能电池的制造过程的示意图；
图8是绘示在一实施例中具有不同形成体且在不同条件下的薄膜太阳能电池的实验数据；及
图9是绘示在另一实施例中薄膜太阳能电池在不同条件下的实验数据。
【主要组件符号说明】
100  薄膜太阳能电池
110  基板
120  透明电极层
122  透明电极
124  凹槽
130  半导体层
132  半导体区域
134  凹槽
140  背电极层
142  背电极
144  凹槽
152  正电极
154  负电极
160  其它单位电池
162  最前单位电池
164  最末单位电池
具体实施方式
图1是绘示本发明的一实施例的薄膜太阳能电池的示意图。薄膜太阳能电池100包括一基板110、一透明电极层120、一半导体层130、一背电极层140、一正电极152及一负电极154。透明电极层120形成于基板110上。半导体层130形成于透明电极层120上，且其中界定有凹槽(如图5所示)。背电极层140形成于半导体层130上，其中半导体层130与背电极层140的形成体经图案化，且该经图案化形成体与透明电极层120形成数个单位电池，包括一最前单位电池162、一最末单位电池164及其它单位电池160，该些单位电池串联连接。正电极152形成于该些串联连接的单位电池的最前单位电池162上以作为薄膜太阳能电池100的正极端子。负电极154形成于该些串联连接的单位电池的最末单位电池164上以作为薄膜太阳能电池100的负极端子。背电极层140经形成以至少填充正电极152下方的最前单位电池162及负电极154下方的最末单位电池164的凹槽(如图6所示)，以与透明电极层120直接连接。在一实施例中，背电极层140经由正电极152下方的最前单位电池162及负电极154下方的最末单位电池164的凹槽(如图6所示)与透明电极层120进行直接欧姆接触。上述薄膜太阳能电池100的制造过程及形成体描述如下。
图2至图7是根据本发明实施例绘示一种图1所示的薄膜太阳能电池的制造过程的示意图。首先，在基板110上形成透明电极层120(如图2所示)，其中透明电极层120可包括透明导电氧化物或由透明导电氧化物制成。接着，对透明电极层120进行图案化，以形成数个透明电极122及凹槽124(如图3所示)。举例而言，对透明电极层120进行激光切割，使得透明电极122及凹槽124因而形成，其中该激光切割方式为浅切，其不切穿整个形成体且提供充分隔离；举例而言，该激光切割方式可通过利用钇铝石榴石(YAG)激光来实施。
之后，在透明电极层120上形成半导体层130(如图4所示)，其中半导体层130可包括非晶硅(a-Si)或由非晶硅制成。具体而言，半导体层130经形成以覆盖透明电极122且填充凹槽124。接着，对半导体层130进行图案化，以形成数个半导体区域132及凹槽134(如图5所示)。举例而言，对半导体层130进行激光切割，使得半导体区域132及凹槽134因而形成。又，该激光切割方式可通过利用YAG激光来实施。
此后，在半导体层130上形成背电极层140，且更具体而言，背电极层140经形成以覆盖半导体区域132且填充凹槽134(如图6所示)，其中背电极层140可包括金属或由金属制成，且此类金属通常具有高的光反射特性，诸如Ag、Al等的金属。接着，对背电极层140进行图案化，以形成数个背电极142，使得背电极142、半导体区域132及透明电极122形成多个串联连接的单位电池，且这些单位电池包括最前单位电池162、最末单位电池164及其它单位电池160(如图7所示)。举例而言，背电极层140亦可经激光切割以形成背电极142。值得注意的是，背电极层140与半导体层130(包括图6所示的半导体区域132)的形成体同时经图案化，使得背电极142及凹槽144因而形成，且因此形成单位电池160、162及164。如上所述，一单位电池的背电极142可因此电性连接至相邻单位电池的透明电极122，从而形成串联连接的单位电池且获得实际使用所需的较高输出电压。
接着，在该些串联连接的单位电池的最前单位电池162上形成正电极152，以作为薄膜太阳能电池100的正极端子，且在该些串联连接的单位电池的最末单位电池164上形成负电极154，以作为薄膜太阳能电池100的负极端子(如图1所示)。对于正电极152及负电极154而言，其可为具有预定宽度的金属带或条状电极。
如图1所示，背电极层140经形成使得背电极层140至少填充正电极152下方的最前单位电池162及负电极154下方的最末单位电池164的凹槽134(如图6所示)，以与透明电极层120直接连接。在本实施例中，最前单位电池162及最末单位电池164的背电极142(如图7所示)经形成以经由正电极152下方的最前单位电池162及负电极154下方的最末单位电池164的凹槽134与透明电极层120(或相应透明电极122)进行直接欧姆接触。
对于图7所示的实施例，因为最前单位电池162及最末单位电池164的背电极142(如图7所示)经形成以与透明电极层120直接连接，或甚至经由正电极152下方的最前单位电池162及负电极154下方的最末单位电池164的凹槽134与透明电极层120(或相应透明电极122)进行直接欧姆接触，所以电流可在该薄膜太阳能电池的正端子与负端子之间良好地传导，使得该太阳能电池的效能可得以改良。
图8是绘示在一实施例中具有不同形成体且在不同条件下的薄膜太阳能电池的实验数据。如图8所示，存在三种类型的样本，亦即，标准样本(在此所称标准意谓不具有阴极切口的传统薄膜太阳能电池)、具有约60μm的阴极切口宽度的样本及具有约360μm的阴极切口宽度的样本。根据图8中的实验数据，具有阴极切口宽度360μm的样本与标准样本具有类似的功率输出，而具有约360μm的阴极切口宽度的样本相较于具有约60μm的阴极宽度的样本则具有稍低的功率输出。因此，在上述三种样本中，具有约60μm的阴极宽度的样本较佳。
图9是绘示在另一实施例中薄膜太阳能电池在不同条件下的实验数据。如图9所示，存在两种类型的样本，亦即，具有约60μm的阴极切口宽度的样本及不具有阴极切口的样本，其中具有P2切口的带状电池表示具有约60μm的阴极切口宽度的样本，且不具有P2切口的带状电池表示无阴极切口的样本。根据图9中的实验数据，具有约60μm的阴极切口宽度的样本比无阴极切口的样本具有更大功率。因此，本发明提供比传统薄膜太阳能电池更佳的功率。
如熟悉此项技术者所理解的，本发明的上述实施例系说明本发明，而非限制本发明。本发明意欲涵盖包括在附加权利要求书的精神及范畴内的各种修改及类似配置，附加权利要求书的范畴应符合最广义的解释，以便涵盖所有该些修改及类似结构。

Claims (10)

1.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包含：
一基板；
一透明电极层，其形成于该基板上；
一半导体层，其形成于该透明电极层上且具有凹槽；
一背电极层，其形成于该半导体层上，其中该半导体层与该背电极层的形成体经图案化，且该经图案化形成体与该透明电极层形成数个串联连接的单位电池；
一正电极，其形成于该些串联连接的单位电池的一最前单位电池上以作为该薄膜太阳能电池的一正极端子；及
一负电极，其形成于该些串联连接的单位电池的一最末单位电池上以作为该薄膜太阳能电池的一负极端子；
其中该背电极层经形成以至少填充该正电极下方的该最前单位电池及该负电极下方的该最末单位电池的该些凹槽，以与该透明电极层直接连接。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，该背电极层经由该正电极下方的该最前单位电池及该负电极下方的该最末单位电池的该些凹槽与该透明电极层进行直接欧姆接触。
3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，该透明电极层包含透明导电氧化物，该半导体层包含非晶硅，该背电极层包含金属，且该正电极及该负电极形成为带状电极。
4.一种用于制造一薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，包含以下步骤：
在一基板上形成一透明电极层；
在该透明电极层上形成一半导体层；
图案化该半导体层以形成复数个半导体区域及数个第一凹槽；
形成一背电极层以覆盖该些半导体区域且填充该些第一凹槽；
图案化该背电极层以形成数个背电极，使得该些背电极、该些半导体区域及该透明电极层形成数个串联连接的单位电池；
在该些串联连接的单位电池的一最前单位电池上形成一正电极以作为该薄膜太阳能电池的一正极端子；及
在该些串联连接的单位电池的一最末单位电池上形成一负电极以作为该薄膜太阳能电池的一负极端子；
其中该背电极层经形成使得该背电极层至少填充该正电极下方的该最前单位电池及该负电极下方的该最末单位电池的该些第一凹槽，以与该透明电极层直接连接。
5.根据权利要求4所述的用于制造一薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，进一步包含以下步骤：
图案化该透明电极层以形成数个透明电极及数个第二凹槽；
其中在该透明电极层上形成该半导体层的步骤进一步包含以下步骤：
形成该半导体层以覆盖该些透明电极且填充该些第二凹槽。
6.根据权利要求4所述的用于制造一薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，该最前单位电池及该最末单位电池的该些背电极经形成以经由该正电极下方的该最前单位电池及该负电极下方的该最末单位电池的该些第一凹槽与该透明电极层进行直接欧姆接触。
7.根据权利要求4所述的用于制造一薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，该透明电极层包含透明导电氧化物，该半导体层包含非晶硅，该背电极层包含金属，且该正电极及该负电极形成为带状电极。
8.一种用于制造一薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，包含以下步骤：
在一基板上形成一透明电极层；
对该透明电极层进行激光切割以形成数个透明电极及数个第一凹槽；
形成一半导体层以覆盖该些透明电极且填充该些第一凹槽；
对该半导体层进行激光切割以形成数个半导体区域及数个第二凹槽；
形成一背电极层以覆盖该些半导体区域且填充该些第二凹槽；
对该背电极层进行激光切割以形成数个背电极，使得该些背电极、该些半导体区域及该透明电极层形成数个串联连接的单位电池；
在该些串联连接的单位电池的一最前单位电池上形成一正电极以作为该薄膜太阳能电池的一正极端子；及
在该些串联连接的单位电池的一最末单位电池上形成一负电极以作为该薄膜太阳能电池的一负极端子；
其中该最前单位电池及该最末单位电池的该些背电极经形成以经由该正电极下方的该最前单位电池及该负电极下方的该最末单位电池的该些第二凹槽与相应的该些透明电极进行直接欧姆接触。
9.根据权利要求8所述的用于制造一薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，该透明电极层包含透明导电氧化物，该半导体层包含非晶硅，且该背电极层包含金属。
10.根据权利要求8所述的用于制造一薄膜太阳能电池的方法，其特征在于，该正电极及该负电极形成为带状电极。
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