CN101546786A - 薄膜型太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜型太阳能电池及其制造方法，其中，薄膜型太阳能电池包括：基板；多个前电极，通过插置其间中的各第一分隔部分以固定间隔在基板上形成；半导体层，在前电极上形成，在半导体层中具有接触部；以及多个后电极，通过各个插置其间中的第二分隔部分以固定间隔形成，并且通过接触部与前电极电气连接，其中，后电极包括第一后电极和多个第二后电极，其中第一后电极以第一方向形成，多个第二后电极从第一后电极延伸并按照与第一方向不同的第二方向排列，从而通过传播太阳光线以穿透各第二后电极之间的部分，能够获得预定的可见区。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年3月27日提交的，韩国专利申请第P2008-0028187号的优先权。该申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种薄膜型太阳能电池，尤其是涉及一种具有多个串联连接的单体电池的薄膜型太阳能电池。
背景技术
具有半导体特性的太阳能电池将光能转化为电能。
下面对根据现有技术的太阳能电池的构造和原理进行简要介绍。太阳能电池以P型半导体与N型半导体结合在一起的PN结的构造形成。当太阳光线照射在具有PN结构造的太阳能电池上的时候，由于太阳光线的能量而在该半导体上生成空穴(+)和电子(-)。由于在PN结的区域产生了电场，空穴(+)向P型半导体移动，电子(-)向N型半导体移动，因此随着电势的出现而形成电能。
太阳能电池主要分为晶片太阳能电池和薄膜型太阳能电池。
晶片太阳能电池使用诸如硅等半导体材料制成的晶片。同时，薄膜型太阳能电池是通过在玻璃基板上以薄膜的形式形成半导体而制成。
就效率而言，晶片太阳能电池优于薄膜型太阳能电池。然而，对晶片太阳能电池来说，因实施其制造工艺困难而难以实现较小的厚度。此外，晶片太阳能电池使用昂贵的半导体基板，因此增加了它的制造成本。
尽管薄膜型太阳能电池在效率上低于晶片太阳能电池，但薄膜型太阳能电池具有诸如实现薄形体和使用低价材料等优点。因此，薄膜型太阳能电池适于大规模生产。
薄膜型太阳能电池通过顺序地执行以下步骤而制成：在玻璃基板上形成前电极、在前电极上形成半导体层以及在半导体层上形成后电极。在这种情况下，由于前电极相当于光线入射表面，因此前电极由氧化锌等透明导电材料制成。随着基板尺寸的增大，由于透明导电层的阻抗使得功率损耗增大。
因此，提出了一种用于最小化功率损耗的方法，该方法中，薄膜型太阳能电池被分为多个串联连接的单体电池。该方法使得由透明导电材料的电阻引起的功率损耗最小化。
在下文中，将参照图1A至图1F说明根据现有技术的具有多个串联连接的单体电池的薄膜型太阳能电池的制造方法。
图1A至图1F是示出了现有技术中具有多个串联连接的单体电池的薄膜型太阳能电池的制造方法的一组剖面图。
首先，如图1A所示，在基板10上形成前电极层20a。
接着，如图1B所示，通过激光划片工艺去除前电极层20a的预定部分而形成多个前电极20，其中多个前电极20通过各个第一分隔部分25被置于前电极之间中而按固定的间隔设置。
然后，如图1C所示，在基板10的整个表面上顺序地形成半导体层30a和透明导电层40a。
如图1D所示，通过激光划片工艺去除半导体层30a和透明导电层40a的预定部分而形成半导体层30和透明导电层40，其中在半导体层30和透明导电层40之中具有接触部35。
如图1E所示，在基板10的整个表面上形成后电极层50a。
如图1F所示，通过激光划片工艺去除半导体层30、透明导电层40和后电极层50a的预定部分而形成第二分隔部分45。因此，多个后电极50通过各个插置其间中的第二分隔部分45以固定的间隔形成。
图2是示出根据图1A至图1F这组图所示的工艺制成的现有技术的薄膜型太阳能电池的平面图，其中示出了前电极20和后电极50。
如图2所示，多个前电极20(虚线)通过各个插置其间中的第一分隔部分25以固定的间隔设置。此外，多个后电极50(实线)在通过接触部被连接到前电极20的同时，通过各个插置其间中的第二分隔部分45以固定的间隔设置。
目前，为了不同目的而开发薄膜型太阳能电池。特别是，试图利用薄膜型太阳能电池作为建筑物的外部。如果是现有技术的建筑物，透明玻璃用于建筑物的外部以获得可视性，并且在建筑物的屋顶设有聚集太阳光线用的附加设备。在这种情况下，提供额外设备造成费用的增加。当薄膜型太阳能电池用于建筑物的外部时，总体费用能够降低。
如果薄膜型太阳能电池自身用于建筑物的外部，则薄膜型太阳能电池必须包括透光部件以便获得可视性。假设如图2所示的现有技术的薄膜型太阳能电池，由于由不透明金属材料制成的后电极50在基板的大部分上形成，因此难以获得可视性。
发明内容
因此，本发明涉及一种薄膜型太阳能电池及其制造方法，基本解决了由于现有技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于提供一种薄膜型太阳能电池及其制造方法，能够获得适用于建筑物外部的可见区。
本发明的其它优点、目的和特征将在下面的说明书中部分地提出，并且部分地，对于本领域技术人员，通过研读下文变得更加明显或通过对本发明的实践而了解。本发明的目的和其它优点可通过的书面的说明书和权利要求及附图特别指出的装置而实现和获得。
为实现上述目标和其它优点并且与本发明的目的一致，如在此举例并概括描述的，一种薄膜型太阳能电池，包括：基板；多个前电极，在基板上通过插置其间中的各个第一分隔部分以固定间隔形成；半导体层，在前电极上形成，在半导体层中具有接触部；以及多个后电极，通过插置其间中的各个第二分隔部分以固定间隔形成，并通过所述接触部与前电极电连接，其中，后电极包括第一后电极和多个第二后电极，其中第一后电极以第一方向形成，所述多个第二后电极从第一后电极延伸并按照与第一方向不同的第二方向排列。
本发明的另一方面是提供一种用于制造薄膜型太阳能电池的方法，包括以下步骤：在基板上形成多个前电极，其中该多个前电极通过插置其间中的第一分隔部分以固定的间隔形成；在基板的整个表面上形成半导体层；通过去除半导体层的预定部分形成接触部；以及通过插置其间中的各个第二分隔部分以固定间隔形成多个后电极，并通过所述接触部与前电极电连接，其中，后电极包括第一后电极和多个第二后电极，其中第一后电极以第一方向形成，多个第二后电极从第一后电极延伸并按照与第一方向不同的第二方向排列。
本发明的另一方面是提供一种用于制造薄膜型太阳能电池的方法，包括以下步骤：在基板上形成多个前电极，其中该多个前电极通过插置其间中的第一分隔部分以固定的间隔形成；在基板的整个表面上形成半导体层；通过去除半导体层的预定部分形成开放部；以及形成多个后电极，其中，后电极与各个开放部的一个部分相连接，并且所述多个后电极通过插置其间中的各个开放部的其余部分以固定间隔形成，其中，后电极包括第一后电极和多个第二后电极，其中第一后电极以第一方向形成，多个第二后电极从第一后电极延伸并按照与第一方向不同的第二方向排列。
应当理解，本发明的上述概括说明和下面的详细描述都是示例性和解释性的，意在提供所主张的本发明的进一步解释。
附图说明
所包含的附图用来提供对本发明的进一步理解并包括在本说明书中作为本说明书的一部分。附图图解了本发明的实施例并与文字部分一起用来解释本发明的原理。附图中：
图1A至1F是示出根据现有技术的薄膜型太阳能电池的制造方法的一组剖面图；
图2是示出根据现有技术的薄膜型太阳能电池的平面图；
图3A是根据本发明一个实施例的薄膜型太阳能电池的平面图，图3B是根据本发明一个实施例的图3A沿A-A线的剖面图，以及图3C是根据本发明另一个实施例的图3A沿A-A线的剖面图；
图4A至图4F是示出根据本发明一个实施例的薄膜型太阳能电池的制造方法的一组剖面图；
图5A至图5E是示出根据本发明另一个实施例的薄膜型太阳能电池的制造方法的一组剖面图；以及
图6A至图6D是示出根据本发明另一个实施例的薄膜型术阳能电池的制造方法的一组剖面图。
具体实施方式
下面将详细地讲述本发明的优选实施例，本发明优选实施例的例子表示在附图中。在所有可能的情况下，在全部附图中将使用相同的附图标记表示相同或相似的组成部分。
在下文中，将参照附图描述根据本发明的薄膜型太阳能电池及其制造方法。
<薄膜型太阳能电池>
图3A是根据本发明一个实施例的薄膜型太阳能电池的平面图，图3B是根据本发明一个实施例的图3A沿A-A线的剖面图，以及图3C是根据本发明另一个实施例的图3A沿A-A线的剖面图。
首先参照图3A对根据本发明的薄膜型太阳能电池中的前电极和后电极进行说明，接着参照图3B和图3C对根据本发明的薄膜型太阳能电池中的其它元件进行说明。
图3A是根据本发明一个实施例的薄膜型太阳能电池的平面图，其中示出了前电极200(由虚线表示)和后电极500(由实线表示)。
如图3A所示，多个前电极200在基板100上形成，其中该多个前电极200通过插置其间中的各个第一分隔部分250以固定的间隔形成。此外，多个后电极500在前电极200上形成，其中该多个后电极500通过插置其间中的各个第二分隔部分450以固定的间隔形成。
后电极500包括第一后电极510和第二后电极520。第一后电极510以第一方向形成，第二后电极520以与第一方向不同的第二方向形成，其中所述多个第二后电极520从各第一后电极510延伸。
此时，第一后电极510通过接触部与前电极200相接触，因此，后电极500与前电极200电连接。另外，由于所述多个第二后电极520以固定间隔排列，因此太阳光线能穿透各第二后电极520之间的部分，从而能获得预定的可见区。
在第二后电极520的总面积减小的情况下，由于可见区加宽使得太阳光线的透过率能够提高更多。然而，如果第二后电极520的总面积太小，则载流子不能稳定地移动，因而降低太阳能电池的效率。因此，考虑到可见区和太阳能电池的效率，应当适当调节第二后电极520的总面积。通过调节各第二后电极520之间的间隔能够适当调节第二后电极520的总面积。
如图3B和图3C所示，根据本发明的薄膜型太阳能电池包括：基板100、前电极200、半导体层300、透明导电层400、以及后电极500。
基板100可由玻璃或透明塑料形成。
多个前电极200通过插置其间中的各个第一分隔部分250以固定的间隔形成。前电极200可由透明导电材料，例如：ZnO(氧化锌)，ZnO:B(掺硼氧化锌)，ZnO:Al(掺铝氧化锌)，SnO2(氧化锡)，SnO2:F(掺氟氧化锡)，或ITO(铟锡氧化物)形成。前电极200相当于太阳光线入射表面。就此而言，重要的是前电极200将太阳光线传送到太阳能电池的内部，使太阳光线的吸收率最大化。为此，前电极200可具有不平整的表面。如果在前电极200中形成不平整的表面，因太阳光线的散射使太阳能电池上的太阳光线反射率降低，而太阳能电池上的吸收率提高，从而提高太阳能电池的效率。
半导体层300在前电极200上形成，其中，在半导体层300中具有接触部350和第二分隔部分450。半导体层300可由硅基半导体材料形成。半导体层300可以按照PIN结构形成，在PIN结构中，P型半导体层、I型半导体层和N型半导体层被顺序地沉积。在具有PIN结构的半导体层300中，通过P型半导体层和N型半导体层在I型半导体层产生耗尽，从而在其中产生电场。因此，通过太阳光线产生的电子和空穴被电场移动，并且被移动的电子和空穴分别聚集在N型半导体层和P型半导体层中。如果形成具有PIN结构的半导体层300，则优选地，P型半导体层首先在前电极200上形成，随后在其上形成I型和N型半导体层。这是因为空穴的漂移迁移率低于电子的漂移迁移率。为了使收集入射光线的效率最大化，P型半导体层被设为与光线入射表面相邻。
透明导电层400在半导体层300上形成，其中透明导电层400具有与半导体层300相同的图案。也就是说，在透明导电层400中具有接触部350和第二分隔部分450。透明导电层400可由诸如氧化锌、掺硼氧化锌、掺铝氧化锌、掺氢氧化锌或银等透明导电材料形成。
透明导电层400可以省略。然而，优选地形成透明导电层400以便提高太阳能电池的效率。这是因为透明导电层400使太阳光线以各个角度散射，因此太阳光线在后电极500上被反射，从而使得在半导体层300上的太阳光线的再入射增加。
通过去除半导体层300和透明导电层400的预定部分而形成接触部350和第二分隔部分450。如图3B所示，接触部350可与第二分隔部分450相隔开。如图3C所示，接触部350可与第二分隔部分450相接触。彼此接触的接触部350与第二分隔部分450组成开放部380。
从接触部350到第二分隔部分450的部分成为不能用于产生电能的死区。因此，如果接触部350与第二分隔部分450接触，如图3C所示，则死区的尺寸相对减少，从而提高太阳能电池的效率。
后电极500通过接触部350与前电极200连接。此时，所述多个后电极500通过各个插置其间中的各个第二分隔部分450以固定的间隔形成。后电极500可由金属材料，例如银、铝、银加钼、银加镍或者银加铜形成。如上所述，第一后电极510以第一方向形成，第二后电极520以与第一方向不同的第二方向形成，其中，所述多个第二后电极520从各个第一后电极510延伸。
<薄膜型太阳能电池的制造方法>
图4A至图4F是示出根据本发明一个实施例的薄膜型太阳能电池的制造方法的一组剖面图。更详细地，图4A至图4F是图3A沿A-A线的一组剖面图，其中，图4A至图4F是示出制造图3B所示的薄膜型太阳能电池的方法的一组剖面图。
首先，如图4A所示，多个前电极200在基板100上形成，其中该多个前电极200通过插置其间中的各个第一分隔部分250以固定的间隔形成。
形成前电极200的工艺可包括以下步骤：通过溅射或MOCVD(有机金属化学气相沉积)在基板100的整个表面上形成诸如：ZnO、ZnO:B、ZnO:Al、SnO2、SnO2:F或ITO(铟锡氧化物)等透明导电材料的前电极层，以及通过激光划片法去除前电极层的预定部分而形成第一分隔部分250。
同时，所述多个前电极200也可通过执行诸如丝网印刷法、喷墨印刷法、凹版印刷法或微接触印刷法等简单的方法通过各个插置其间中的第一分隔部分250以固定间隔直接在基板100上形成。
如果用丝网印刷法，是通过利用挤压将原料传送到预定的主体。喷墨印刷法是通过使用墨水喷头将原料喷溅到预定的主体上，从而在其上形成预定的图案。如果是用凹版印刷法，原料是涂覆在凹版印版上，随后涂覆的原料被转移到预定的主体，从而在该预定主体上形成预定的图案。微接触印刷法是通过使用预定的模具在预定主体上形成由原料制成的预定的图案。如果执行丝网印刷法、喷墨印刷法、凹版印刷法或微接触印刷法形成前电极200，则与激光划片法相比，更不用担心基板的污染，并且无需进行防止基板污染的清洁工艺。
前电极200相当于太阳光线入射表面。就此而言，重要的是前电极200将太阳光线传送到太阳能电池的内部，使损耗最小化。为此，可对前电极200额外地执行纹理化处理(texturing process)。
通过该纹理化处理，材料层的表面通过利用光刻法的蚀刻工艺、利用化学溶液的各向异性蚀刻工艺或者机械划线工艺被给予不平整的表面，即纹理结构。
接着，如图4B所示，半导体层300a和透明导电层400a顺序地在基板100的整个表面上形成。
半导体层300a由硅基半导体材料通过等离子体化学气相沉积法形成。
透明导电层400a可由诸如氧化锌、掺硼氧化锌、掺铝氧化锌或银等透明导电材料通过溅射或MOCVD形成。透明导电层400a可以省略。
如图4C所示，接触部350通过去除半导体层300a和透明导电层400a的预定部分而形成。形成接触部350的工艺可通过激光划片法进行。
接着，如图4D所示，后电极层500a在基板100的整个表面上形成。后电极层500a可通过溅射或印刷形成。后电极层500a在接触部350的内部与前电极200接触并连接。
如图4E所示，通过去除半导体层300a、透明导电层400a和后电极层500a的预定部分而形成第二分隔部分450。因此，半导体层300和透明导电层400通过第二分隔部分450形成预定图案。形成第二分隔部分450的工艺可通过激光划片法进行。
如图4F所示，后电极500通过图案化后电极层500a形成，其中后电极500包括第一后电极510(见图3A的510)和第二后电极520(见图3A的520)。第一后电极510以第一方向形成，同时与前电极200连接。第二后电极520从第一后电极510延伸，其中第二后电极520以与第一方向不同的第二方向形成。此时，多个从第一后电极510延伸的第二后电极520以固定间隔排列。图案化后电极层500a的工艺可通过光刻法进行。
图5A至图5E是示出根据本发明另一个实施例的薄膜型太阳能电池的制造方法的一组剖面图。更详细地，图5A至图5E是图3A沿A-A线的一组剖面图，其中，图5A至图5E是示出制造图3B所示的薄膜型太阳能电池的方法的一组剖面图。在下文中，将省略与本发明上述实施例中部件相同的部件的详细说明。
首先，如图5A所示，多个前电极200在基板100上形成，其中该多个前电极200通过插置其间中的各个第一分隔部分250以固定的间隔形成。
如图5B所示，半导体层300a和透明导电层400a顺序地在基板100的整个表面上形成。
如图5C所示，接触部350通过去除半导体层300a和透明导电层400a的预定部分而形成。
接着，如图5D所示，具有预定图案的后电极层500b在基板100上形成。此时，通过使用预定的掩模，后电极层500b被图案化，从而形成多个第二后电极的图案(见图3A的520)。具有预定图案的后电极层500b在接触部350的内部与前电极200接触并连接。
接着，如图5E所示，通过去除半导体层300a、透明导电层400a和后电极层500b的预定部分而形成第二分隔部分450。此时，多个第一后电极510(见图3A的510)的图案通过第二分隔部分450完成，从而完成包括第一后电极510和第二后电极520的后电极500。
图6A至图6D是示出根据本发明另一个实施例的薄膜型太阳能电池的制造方法的一组剖面图。更详细地，图6A至图6D是图3A沿A-A线的一组剖面图，其中，图6A至图6D是示出制造图3C所示的薄膜型太阳能电池的方法的一组剖面图。在下文中，将省略与本发明上述实施例中部件相同的部件的详细说明。
首先，如图6A所示，多个前电极200在基板100上形成，其中该多个前电极200通过插置其间中的各个第一分隔部分250以固定的间隔形成。
如图6B所示，半导体层300a和透明导电层400a顺序地在基板100的整个表面上形成。
如图6C所示，开放部380通过去除半导体层300a和透明导电层400a的预定部分而形成。开放部380包括接触部350和第二分隔部分450。形成开放部380的工艺可通过激光划片法进行。
如图6D所示，多个后电极500通过插置其间中的各个第二分隔部分450以固定的间隔形成，其中后电极500通过接触部350与前电极200连接。接触部350是开放部380的一部分，并且第二分隔部分450是开放部380的其余部分。
后电极500可通过丝网印刷法、喷墨印刷法、凹版印刷法或微接触印刷法形成。后电极500可由诸如银、铝、银加钼、银加镍或者银加铜等金属材料形成。
根据图6A至图6D所示的方法，能够通过减少执行激光划片工艺的次数而使基板污染的可能性最小化，并且通过减少执行清洁工艺的次数而提高产率。
因此，根据本发明的薄膜型太阳能电池及其制造方法具有以下优点。
首先，后电极包括第一后电极和多个第二后电极，其中第一后电极以第一方向形成，从各第一后电极延伸的多个第二后电极以与第一方向不同的第二方向形成。因此，太阳光线通过各第二后电极之间的部分传输，从而能够获得预定的可见区。此外，通过调节各个第二后电极之间的间隔能够调节太阳光线的透过率。
在本发明的一个实施例中，由于所述接触部与第二分隔部分相接触，因此通过降低不能用于产生电能的死区使得太阳能电池的效率能够提高。
在本发明的一个实施例中，能够通过减少执行激光划片工艺的次数而使污染基板的可能性最小化，并且通过减少执行清洁工艺的次数而提高产率。
对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的主旨和范围的情况下，可以对本发明进行各种改进和变型。因此，本发明旨在涵盖本发明的各种改进和变型，只要这些改进和变形落在由权利要求及其等同描述限定的本发明范围内。
Claims (14)
1.一种薄膜型太阳能电池，包括：
基板；
多个前电极，通过各个插置其间中的第一分隔部分以固定间隔在所述基板上形成；
半导体层，在所述前电极上形成，在所述半导体层中具有接触部；以及
多个后电极，通过各个插置其间中的第二分隔部分以固定间隔形成，并且通过所述接触部与所述前电极电连接，
其中，所述后电极包括第一后电极和多个第二后电极，其中所述第一后电极以第一方向形成，所述多个第二后电极从所述第一后电极延伸并按照与所述第一方向不同的第二方向排列。
2.如权利要求1所述的薄膜型太阳能电池，其中，所述多个第二后电极以固定间隔排列，从而使太阳光线穿透各所述第二后电极之间的部分。
3.如权利要求1所述的薄膜型太阳能电池，其中，所述第一后电极与所述前电极接触。
4.如权利要求1所述的薄膜型太阳能电池，进一步包括在所述半导体层上形成透明导电层，其中所述透明导电层具有与所述半导体层相同的图案。
5.如权利要求1所述的薄膜型太阳能电池，其中，所述接触部与所述第二分隔部分相隔开。
6.如权利要求1所述的薄膜型太阳能电池，其中，所述接触部与所述第二分隔部分相接触。
7.一种薄膜型太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
在基板上形成多个前电极，其中所述多个前电极通过各个插置其间中的第一分隔部分以固定间隔形成；
在所述基板的整个表面上形成半导体层；
通过去除所述半导体层的预定部分形成接触部；以及
多个后电极通过各个插置其间中的第二分隔部分以固定间隔形成，并通过所述接触部与所述前电极电连接，
其中，所述后电极包括第一后电极和多个第二后电极，其中所述第一后电极以第一方向形成，所述多个第二后电极从所述第一后电极延伸并按照与所述第一方向不同的第二方向排列。
8.如权利要求7所述的方法，其中，形成所述后电极的步骤包括：
在包括所述半导体层的所述基板的整个表面上形成后电极层；
通过去除所述半导体层和所述后电极层的预定部分而形成所述第二分隔部分；以及
通过去除所述后电极层的预定部分而图案化所述第一后电极和所述第二后电极。
9.如权利要求7所述的方法，其中，形成所述后电极的步骤包括：
形成包括用于所述多个第二后电极的图案的后电极层；以及
通过去除所述半导体层和所述后电极层的预定部分以形成所述第二分隔部分从而完成所述第一后电极的图案。
10.一种薄膜型太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
在基板上形成多个前电极，其中所述多个前电极通过各个插置其间中的第一分隔部分以固定间隔形成；
在所述基板的整个表面上形成半导体层；
通过去除所述半导体层的预定部分形成开放部；以及
形成多个后电极，其中所述后电极通过每个开放部的一部分与所述前电极相连接，并且所述多个后电极通过各个插置其间中的每个开放部的其余部分以固定间隔形成，
其中，所述后电极包括第一后电极和多个第二后电极，其中所述第一后电极以第一方向形成，所述多个第二后电极从所述第一后电极延伸并按照与所述第一方向不同的第二方向排列。
11.如权利要求7到10中的一项所述的方法，其中，形成所述后电极的步骤包括形成与所述前电极相接触的所述第一后电极。
12.如权利要求7到10中的一项所述的方法，其中，形成所述前电极的步骤包括：
在所述基板的整个表面上形成前电极层；以及
通过去除所述前电极层的预定部分而形成所述第一分隔部分。
13.如权利要求7到10中的一项所述的方法，进一步包括在所述半导体层上形成透明导电层的步骤，其中所述透明导电层具有与所述半导体层相同的图案。
14.如权利要求7到9中的一项所述的方法，其中，所述接触部与所述第二分隔部分相隔开。
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