CN102473769A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的太阳能电池包括：衬底，具有有效区域和布置在有效区域外侧的边缘区域；以及太阳能电池单元，形成在所述衬底的有效区域上，所述太阳能电池包括第一电极、光吸收层和第二电极。台阶部形成在与所述边缘区域对应的所述衬底上。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
随着能量需求的增长，已积极地研制出用于将太阳能转化为电能的太阳能电池。
具体地，已广泛使用具有衬底结构的基于铜铟镓硒(CIGS)的太阳能电池。这里，所述衬底包括玻璃衬底、金属后电极层、P型基于CIGS的光吸收层、高阻缓冲层以及N型窗口层。
通过从衬底的后表面顺序地沉积若干层来制造这种太阳能电池。这里，每层可以具有沉积程度存在局部差异的区域。
因此，会存在太阳能电池模块连接到外部物体从而导致短路的限制，由此降低太阳能电池的电性能。
发明内容
本发明提供一种通过简单过程的具有提高的电性能的太阳能电池及其制造方法。
在一个实施例中，根据实施例的太阳能电池包括：衬底，具有有效区域和布置在有效区域外侧的边缘区域；以及太阳能电池单元，形成在所述衬底的有效区域上，所述太阳能电池单元包括第一电极、光吸收层和第二电极。台阶部形成在与所述边缘区域对应的所述衬底上。
在另一个实施例中，根据实施例的太阳能电池的制造方法包括：在衬底上形成包括第一电极、光吸收层和第二电极的太阳能电池单元；以及部分去除所述衬底的边缘区域以形成台阶部。
在又一个实施例中，一种太阳能电池的制造方法包括：制备在边缘区域上具有台阶部的衬底；在所述衬底的前表面上形成包括第一电极、光吸收层和第二电极的太阳能电池单元；以及去除与所述边缘区域对应的所述第一电极、光吸收层和第二电极。
下面将在附图和以下描述中详细介绍一个或多个实施例。其它特征通过说明书和附图以及权利要求变得明显。
附图说明
图1至图11是示出根据实施例的太阳能电池的制造方法的视图。
图12至图14是示出根据另一实施例的太阳能电池的制造方法的剖视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应该理解，当衬底、层、膜、或电极被表述为在其它衬底、层、膜、或电极“上”或“下”时，术语“上”或“下”既包括“直接地”也包括“间接地”意思。此外，基于附图确定每个组件层的“上”和“下”。另外，为了进一步理解本公开，可以夸大元件的尺寸和元件间的相对尺寸。
参照图1，后电极层201形成在衬底100上。
衬底100可以由玻璃、陶瓷、金属或聚合物形成。例如，玻璃衬底可以由钠钙玻璃或高应变点钠玻璃形成。金属衬底可以是包括不锈钢或钛的衬底。聚合物衬底可以由聚酰亚胺形成。
衬底100可以是透明的。衬底100可以是刚性的或挠性的。
后电极层201由诸如金属的导电材料形成。例如，可以进行使用钼(Mo)作为靶的溅射过程来形成后电极层201。这样做是因为Mo靶具有高导电性、与光吸收层欧姆接触特性以及在Se气氛下的高温稳定性。
作为后电极层201的Mo薄膜应该具有像电极那样的低电阻率，并且具有与衬底100之间优异的粘附特性，从而防止发生因热膨胀系数的差异导致脱层。
例如，后电极层201可以具有约900nm到约1,100nm的厚度并且具有约0.3Ω/□的表面电阻。
本公开的形成后电极层201的材料不限于此。例如，后电极层201可以由掺杂钠(Na)离子的钼(Mo)形成。
尽管未示出，但是后电极层201可以由至少一个或多个层形成。当后电极层201由多个层形成时，后电极层201的多个层可以由不同的材料形成。
参照图2，第一通孔(P1)形成在后电极层201中。然后，后电极层201被图案化，以形成多个第一电极(在下文中被称为“后电极”)200。
第一通孔P1可以选择性地露出衬底100的上表面。
例如，可以利用机械或激光装置来进行图案化过程，以形成第一通孔P1。第一通孔P1的宽度可以在大约50μm到大约70μm的范围。
后电极200通过第一通孔P1可以具有条形或矩阵的形状，以对应于各个太阳能电池。本公开不限于后电极层200的上述形状。例如，后电极层200可以具有不同的形状。
参照图3，光吸收层301形成在后电极200和第一通孔P1上。
光吸收层301由Ib-IIIb-VIb族的化合物形成。更详细地，光吸收层301由基于铜铟镓硒(CIGS)的化合物形成。
或者，光吸收层301可以由基于铜铟硒(CIS)的化合物或者基于铜镓硒(CGS)的化合物形成。
例如，利用铜靶、铟靶和镓靶在后电极200上形成基于CIG的金属前体(precursor)膜，以便形成光吸收层301。然后，在硒化过程中金属前体膜与硒(Se)发生反应，从而形成基于CIGS的光吸收层301。
另外，可以进行使用铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)和硒(Se)的共蒸发过程(co-evaporation process)，以形成光吸收层301。
例如，光吸收层301的厚度可以为大约1,500nm到大约2,500nm。
光吸收层301接收外部的光并将光转化为电能。光吸收层301通过光伏效应产生光电动势。
参照图4，缓冲层401和高阻缓冲层501形成在光吸收层301上。
缓冲层401可以形成为光吸收层301上的至少一个或多个层，并且可以通过利用化学浴沉积(CBD，Chemical bath deposition)过程沉积硫化镉(CdS)而形成。
例如，缓冲层401的厚度可以是约40nm到约60nm。这里，缓冲层401是N型半导体层，光吸收层301是P型半导体层。因此，光吸收层301和缓冲层401形成PN结。
高阻缓冲层501可以作为透明电极形成在缓冲层401上。例如，高阻缓冲层501可以由ITO(氧化铟锡)、ZnO(氧化锌)和i-ZnO(本征氧化锌)中的一种形成。可以进行使用ZnO作为靶材料的溅射过程来形成ZnO层，由此形成高阻缓冲层501。
例如，高阻缓冲层501的厚度可以在约40nm到约60nm的范围内。
缓冲层401和高阻缓冲层501插置在光吸收层301和后面形成的第二电极600(在下文中，被称为“前电极”)(参照图7的附图标记600，同上)之间。
就是说，由于光吸收层301和前电极600的晶格常数和能带隙差异很大，因此能带隙在所述两种材料的能带隙之间的缓冲层401和高阻缓冲层501被***，以形成优质结。
在本实施例中，两个缓冲层可以形成在光吸收层301上，但是本发明不限于此，并且缓冲层401可以形成为单个层。尽管在当前实施例中，两个缓冲层形成在光吸收层301上，但是本公开不限于此。例如，缓冲层可以形成为只有单个层。
参照图5，第二通孔P2穿过高阻缓冲层(参照图4的附图标记501)、缓冲层(参照图4的附图标记401)和光吸收层(参照图4的附图标记301)而形成。因此，通过形成在高阻缓冲层502、缓冲层402和光吸收层302中的第二通孔P2，可以选择性地露出后电极200。
第二通孔P2可以利用诸如尖头工具(tip)的机械装置或激光装置而形成。
第二通孔P2靠近第一通孔P1而形成。
例如，第二通孔P2的宽度可以是约60μm到约100μm，并且第一通孔P1与第二通孔P2之间的间隙G1可以是约60μm到约100μm。
参照图6，透明导电材料可以堆叠在高阻缓冲层502上，以形成前电极层601。
当前电极层601形成时，所述透明导电材料可以被***到第二通孔P2中，以形成连接线700。
例如，前电极层601的厚度可以是约700nm到约900nm。另外，前电极层601的表面电阻可以是约0.3Ω/□，其透射率可以是约80％到约95％。
由于前电极层601是与光吸收层301形成PN结的窗口层，并且用作太阳能电池的前表面的透明电极，因此前电极层601由具有高光透射率和良好电导率的氧化锌(ZnO)形成。前电极层601可以由掺杂铝或氧化铝(Al2O3)的氧化锌(ZnO)形成，因而具有低电阻值。
前电极层601可以通过在RF溅射中使用ZnO靶沉积、使用Zn靶的反应溅射和金属有机化学气相沉积而形成。
此外，前电极层601也可以形成为双层结构，在该双层结构中，光电性能非常好的氧化铟锡(ITO)薄膜沉积在氧化锌薄膜上。
参照图7，第三通孔P3穿过前电极层(参照图6的附图标记601)、高阻缓冲层(参照图6的附图标记502)、缓冲层(参照图6的附图标记402)和光吸收层(参照图6的附图标记302)而形成。
第三通孔P3可以选择性地露出后电极200。第三通孔P3可以靠近第二通孔P2形成。
例如，第三通孔P3的宽度可以是约60μm到约100μm，并且第三通孔P3与第二通孔P2之间的间隙G2可以是约60μm到约100μm。
可以通过激光辐照或诸如使用尖头工具的机械方法来形成第三通孔P3。
因此，形成由第三通孔P3彼此隔开的光吸收图案300、缓冲图案400、高阻缓冲图案500和前电极600。就是说，可以通过第三通孔P3隔开太阳能电池单元C。
光吸收图案300、缓冲图案400和前电极600可以通过第三通孔P3布置为条形或矩阵的形状。
本公开不限于前述第三通孔P3的形状。例如，第三通孔P3可以具有不同的形状。
在这种情况下，太阳能电池单元C可以通过连接线700互相连接。就是说，连接线700可以将一个太阳能电池单元C的后电极200与靠近该太阳能电池单元C的另一个太阳能电池单元C的前电极600物理和电连接。因此，多个太阳能电池单元C互相串联连接。
参照图8，去除衬底100与边缘区域EA相对应的部分，同时去除与太阳能电池单元C的该边缘区域EA对应的部分，以形成台阶部150。因此，衬底100的有效区域AA可以具有第一厚度T1，太阳能电池单元C形成在该衬底100的有效区域中。形成有台阶部150的边缘区域EA可以形成为具有小于第一厚度T1约10％到50％的第二厚度T2。例如，第二厚度T2的范围可以是约0.9mm到约1.1mm。
作为例子，边缘区域EA可以形成在有效区域AA的外侧，并且可以如图9所示沿着衬底100的四个边缘形成。
在本实施例中，去除了与边缘区域EA(在边缘区域EA中，各个层可能不一致地沉积)对应的区域，由此提高了太阳能电池的电性能。
在去除太阳能电池单元C中的边缘区域EA时，去除衬底100的一部分，以形成台阶部150。因此，通过去除区域的一部分，可以防止不必要的短路。
更详细地，当仅仅去除与太阳能电池单元C的边缘区域EA对应的区域而不形成台阶部150时，部分保留后电极200，或者光吸收图案300和缓冲图案400的粒子可以保持与衬底100分离。因此，存在可能发生不必要的短路的问题。
然而，在本实施例中，衬底100的一部分与太阳能电池单元C的一部分一起被去除，以在衬底100上形成台阶部150。因此，后电极200不能保留在边缘区域EA中。另外，即使当光吸收图案300和缓冲图案400的粒子脱离时，台阶部150的台阶也可以防止不必要的短路。
去除边缘区域EA的这个过程可以通过诸如抛光机或研磨机的机械装置来进行。下面将参照图8到图10来描述去除边缘区域EA的电池单元C1以在衬底100上形成台阶部150的详细方法。
首先，如图8和图9所示，形成与有效区域AA对应的保护膜10。因此，保护膜10可以选择性地露出与边缘区域EA相对应的区域。例如，保护膜10可以由诸如特氟龙(Teflon)、PVC(polyvinyl chloride，聚氯乙烯)和PVP(Polyvinyl Pyrrolidone，聚乙烯吡咯烷酮)形成。
与衬底100的边缘区域EA对应的区域可以使用保护膜10作为掩膜由机械装置20去除。就是说，可以通过抛光机或研磨机在衬底100和太阳能电池C上进行机械摩擦过程，以加工边缘区域EA。
因此，可以去除包括与边缘区域EA对应的后电极200的太阳能电池单元C的每个层。通过去除预定厚度的衬底100以形成台阶部150。台阶部150的高度可以小于衬底100，由此提高太阳能电池的区域EA中的电短路性能。
如图10所示，在形成台阶部150时产生的金属粒子110可能会残留在台阶部150的表面上。可以通过用高压装置向台阶部150施加高电压来去除粒子110。
因此，额外地去除了可能残留在台阶部150中的粒子，由此防止短路并确保太阳能电池边缘部分的绝缘。
在本实施例中，通过机械加工形成台阶部150，由此防止在使用激光的热去除过程中可能发生的粒子的生成和重吸收，并且防止由于粒子引起的介电击穿。
在下文中，参照图11，在层压过程中，eva(Ethylene Vinyl Acetate，乙烯醋酸乙烯酯共聚物)膜800可以粘附到包括太阳能电池单元C的衬底100上。
此时，衬底100中的台阶部150可以加宽粘附有eva膜的区域。因此，可以提高eva膜800与太阳能电池单元C和衬底100之间的粘附强度。
在下文中，将参照图12到图14描述根据第二实施例的太阳能电池的制造方法。将省略对第二实施例中与第一实施例相同或相似的详细描述，详细描述不同之处。
如图12所示，在本实施例中，制备具有形成在边缘区域中的台阶部分150的衬底102。其中形成有太阳能电池单元C的衬底100的有效区域AA可以具有第一厚度T1。其中形成有台阶部150的边缘区域EA可以具有比第一厚度小约10％到约50％的第二厚度。例如，第二厚度T2的范围可以是约0.9mm到约1.1mm。
本实施例与在形成太阳能电池单元C之后形成台阶部150的第一实施例的区别在于，在形成太阳能电池单元C之前在衬底102中形成台阶部150。
接着，如图13所示，太阳能电池单元C在衬底102中形成。由于太阳能电池单元C在衬底102的整个表面上形成，因此太阳能电池C也形成在台阶部150上。
形成太阳能电池单元C的过程与图1到图7所示的过程非常相似，因此省略其详细描述。
如图14所示，在形成台阶部150(与边缘区域EA相对应的部分)的部分去除太阳能电池单元C，形成与边缘区域EA对应的部分。另外，还形成eva膜800以覆盖台阶部150和太阳能电池单元C。
如图9所示，在其中形成有台阶部150的部分中去除太阳能电池单元C时，保护膜10可以形成在有效区域AA中。另外，在没有形成保护膜的部分中，可以去除后电极200、光吸收层300和前电极600。然而，实施例不限于此，也可以不形成保护膜10。
激光划线或喷砂法可以用于去除太阳能电池单元C的一部分。
由于台阶部150预先形成在衬底102上，因此即使当使用激光产生粒子时，台阶部150的台阶也可以防止由粒子导致的短路。因此，用于形成通孔的激光装置可以用于去除太阳能电池单元C。不需要单独的抛光机或研磨机来形成台阶部150，由此减小设备成本。
根据实施例，台阶部形成在支撑太阳能电池单元的衬底的边缘区域，由此确保绝缘并且提高边缘区域的电性能。
在此情形中，可以在简单机械加工中形成台阶部。另外，在形成台阶部时额外产生的粒子可以通过施加高电压而去除。具体地，可以在诸如普通激光加工的热处理中最小化粒子的产生，由此最小化介电击穿的产生。此外，eva膜的粘附强度可以通过因台阶部产生的不规则表面而提高。
在衬底具有台阶部的情形中，可以使用现有激光装置，由此防止因热处理产生的粒子导致的短路。
尽管已参照多个示例性实施例描述了本发明的实施例，但应该明白，本领域中的技术人员可以推导出的其它多种修改和实施例将落在本公开的原理的精神和范围之内。更具体地，可以对本公开、附图和所附权利要求书的范围内所讨论的组合排列的组成部件和/或排列方式做出各种变型和修改。除了对组成部件和/或排列方式的变型和修改，对本领域技术人员来说，替换使用也是显而易见的。

Claims (17)

1.一种太阳能电池，包括：
衬底，具有有效区域和布置在所述有效区域外侧的边缘区域；以及
太阳能电池单元，形成在所述衬底的所述有效区域上，所述太阳能电池包括第一电极、光吸收层和第二电极，
其中，台阶部形成在与所述边缘区域对应的所述衬底上。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，在所述衬底中，所述有效区域具有第一厚度，而具有所述台阶部的所述边缘区域具有比所述第一厚度小约10％到50％的第二厚度。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，进一步包括形成为覆盖所述太阳能电池单元和所述台阶部的eva膜。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述太阳能电池单元包括多个串联的太阳能电池单元。
5.一种太阳能电池的制造方法，包括：
在衬底上形成包括第一电极、光吸收层和第二电极的太阳能电池单元；以及
部分去除所述衬底的边缘区域以形成台阶部。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在形成所述台阶部时，同时去除所述太阳能电池单元的所述边缘区域。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，在形成所述台阶部时，使用研磨机或抛光机。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，形成所述台阶部的步骤包括：
形成与除所述边缘区域之外的所述有效区域对应的保护膜；以及
部分去除与未形成所述保护膜的所述边缘区域对应的所述衬底。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，具有所述台阶部的所述边缘区域的厚度比未形成有所述台阶部的所述有效区域小约10％到50％。
10.根据权利要求5所述的方法，进一步包括形成eva膜，所述eva膜覆盖所述太阳能电池单元和所述台阶部。
11.根据权利要求5所述的方法，其中，所述形成所述太阳能电池单元的步骤包括：
形成所述第一电极、所述光吸收层和所述第二电极；以及
形成穿过所述第一电极和所述光吸收层的分隔图案，从而形成互相串联连接的多个太阳能电池单元。
12.一种太阳能电池的制造方法，包括：
制备在边缘区域上具有台阶部的衬底；
在所述衬底的前表面上形成包括第一电极、光吸收层和第二电极的太阳能电池单元；以及
去除与所述边缘区域对应的所述第一电极、所述光吸收层和所述第二电极。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在去除所述第一电极、所述光吸收层和所述第二电极时，进行激光划线或喷砂过程。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述去除所述第一电极、所述光吸收层和所述第二电极的步骤包括：
形成与除了所述边缘区域之外的所述有效区域对应的保护膜；以及
在未形成所述保护膜的所述边缘区域上去除所述第一电极、所述光吸收层和所述第二电极。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，具有所述台阶部的所述边缘区域的厚度比未形成有所述台阶部的所述有效区域小约10％到50％。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，进一步包括形成eva膜，所述eva膜覆盖所述太阳能电池单元和所述台阶部。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述形成所述太阳能电池单元的步骤包括：
形成所述第一电极、所述光吸收层和所述第二电极；以及
形成穿过所述第一电极和所述光吸收层的分隔图案，从而形成互相串联连接的多个太阳能电池单元。
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