CN101593791B - 光伏器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏器件的制造方法，包括：提供基板；在所述基板表面沉积第一透明导电层；在所述第一透明导电层表面沉积p-i-n叠层结构；在所述p-i-n叠层结构的n层表面沉积第二透明导电层；在所述第二透明导电层表面形成金属网格层；在所述金属栅格层和第二透明导电层表面形成光反射层。本发明的光伏器件的制造方法能够增加光吸收率，进一步提高光伏器件的光电转换效率。

Description

光伏器件的制造方法
技术领域
本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种光伏器件的制造方法。
背景技术
随着能源的日益短缺，可再生绿色能源的开发利用越来越受到人们的关注，尤以太阳能的利用特别受到世人的青睐。作为太阳能转换媒介的太阳能电池，特别是近年来出现的氢化非晶硅或纳米晶硅薄膜太阳能电池，以其大面积、低成本、可生成在轻薄衬底上并易于铺设安装等优势代表着光伏技术的发展趋势。氢化非晶硅和纳米晶硅薄膜光伏器件通常具有p-i-n结构，常见的p-i-n型光伏器件如图1所示，包括玻璃基板100、透明导电前电极110，基于薄膜的p-i-n结构分别包括p层120、i层130(光电转换层)和n层140，以及透明导电膜150和金属薄膜160。p层120和n层140在非掺杂的i层130中建立一个内置电场，从而使得光致载流子被有效的收集。透明导电膜150通常由透明导电氧化物(TCO)组成，金属薄膜160均匀覆盖在透明导电膜150的整个表面。金属薄膜160的常用材料为银或者铝，银层或铝层能够将穿过透明导电膜150未被吸收的光反射回p-i-n结构中。然而，在用银作为金属薄膜160的材料时，由于银自身的扩散能力很强，随着银渗透到硅层中，会逐渐产生分流(shunt)现象，导致能量转化率降低，这个问题在大面积光伏模块的生产中尤其明显，而且随着时间的推移，银会失去本身的光泽，反光能力就会降低。相比之下，金属铝薄膜160不易产生分流现象，这对于大面积模板的生产非常有利，但是铝的光反射能力比银差很多，所以限制了光电转换效率。此外，为了增强陷光性能，薄膜硅太阳能电池各层的表面均为具有微细起伏结构的绒面，透明导电膜150的表面亦为绒面，而沉积在绒面结构表面的金属薄膜的光反射性能由于寄生吸收的损耗而明显低于其在平坦表面上所能提供的光反射效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏器件的制造方法，能够提高光伏器件的光电转换效率。
为达到上述目的，本发明提供的光伏器件的制造方法，包括：
提供基板；
在所述基板表面沉积第一透明导电氧化物层；
在所述第一透明导电氧化物层表面沉积p-i-n叠层结构；
在所述p-i-n叠层结构的n层表面沉积第二透明导电氧化物层；
在所述第二透明导电氧化物层表面形成金属网格层；
在所述金属栅格层和第二透明导电氧化物层表面形成光反射层。
优选地，所述金属网格层的形成步骤包括：
在所述第二透明导电氧化物层表面沉积金属层；
刻蚀所述金属层形成金属网格。
优选地，所述金属层的金属为银或铝。
优选地，所述金属网格层的形成方法为丝网印刷法。
优选地，所述金属网格层覆盖所述第二透明导电氧化物层表面积的5％～30％。
优选地，所述光反射层的材料为任何可应用于光学反光且绝缘的材料。作为优选，所述材料为硫酸钡、碳酸钡或氧化铝。
优选地，所述光反射层的形成方法包括辊式涂布法和旋涂法。
优选地，所述金属网格层的网格形状为方形、菱形或平行四边形。
优选地，所述第一透明导电氧化物层为氧化锡或氧化锌薄膜，所述第二透明导电氧化物层为氧化锌薄膜。
优选地，所述第二透明导电氧化物层的厚度为80纳米～160纳米。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的光伏器件制造方法在基板上形成透明前电极、p-i-n叠层结构，并在n层表面继续沉积背电极的透明导电氧化物层之后，在所述透明导电氧化物层表面，形成网格状的金属薄膜层，然后在金属网格层和透明导电氧化物层表面涂敷具有良好反光性能的反光材料作为光反射层。该光反射层能够将很宽光谱范围内的大部分穿过透明导电氧化物层的未被p-i-n结构的i层吸收的长波光反射回光伏器件内部。增加了光反射层并将背电极的金属层做成网格状，一方面，较之以往单一的金属层，光反射层和金属网格层的共同反光作用显著提高了光反射能力，另一方面，将金属层做成网格状，而主要靠光反射层进行反光，能够在很大程度上避免单独使用连续覆盖透明导电氧化物层的银或铝金属层起反光作用所带来的负面影响。因此，本发明的光伏器件制造方法能够大幅度地提高光伏器件的光利用率和光电转换效率。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。
图1为光伏器件结构示意图；
图2a至图2f为说明本发明光伏器件制造方法的器件剖面示意图；
图3为金属栅格层的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
图2a至图2f为说明本发明光伏器件制造方法第一实施例的示意图。所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。如图2a所示，本发明的光伏器件制造方法首先提供一基板100，该基板的材料可以是玻璃、塑料或其他透明材料。利用LPCVD(低压化学气相沉积)或APCVD(大气压化学气相沉积)工艺在基板100的表面沉积透明导电氧化物(TCO)层，例如氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、或铟锡氧化物(ITO)，利用化学腐蚀的方法或激光划刻法刻蚀或刻划透明导电氧化物层，形成透明导电前电极图形110，利用超声清洗机对具有透明导电前电极图形110的基板100进行清洗；然后，如图2b所示，利用PECVD工艺在透明导电前电极110表面沉积p型掺杂的非晶硅薄膜p层120，在p层120表面沉积非晶硅或微晶硅薄膜i层130，在i层130表面再沉积n型掺杂的非晶硅薄膜n层140；接下来按照预先设计的电池结数、互联方式和图形结构对p-i-n薄膜进行激光刻划，形成相邻光电单元之间的连接通路；然后，如图2c所示，利用LPCVD或APCVD工艺在n层140表面沉积另一层透明导电氧化物层150，透明导电氧化物层150的优选材料为氧化锌，厚度为80纳米～160纳米。
在接下来的工艺步骤中，如图2d所示，按照预先设计的背电极图形，利用物理气相沉积、真空镀膜、磁控溅射或化学气相沉积工艺在透明导电膜层150表面沉积金属层162，金属层162的材料为银或者铝。按照预先设计的网格图形制作掩模，利用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法对金属层162进行蚀刻，形成金属网格层162’，如图2e所示。
在本发明的其他实施例中，金属网格层162’也可以采用丝网印刷的方法，按照预先设计的网格图形丝印银或铝电极浆料而形成。
图3为本发明的金属网格层的结构示意图，如图4所示，金属网格层162’形成于透明导电膜层150表面。金属网格层162’的网格形状可以是方形、菱形、平行四边形等形状，且金属网格层162’覆盖透明导电膜层150表面面积的5％到30％。
在接下来的工艺步骤中，如图2f所示，本发明的光伏器件的制造方法在网格状的金属网格层162’和透明导电膜层150表面涂覆光反射层170。作为反光涂料，光反射层170的材料可以是任何可应用于光学反光且绝缘的材料，例如硫酸钡(BaSO4)、碳酸钡或氧化铝，优选为具有优良反光性能的硫酸钡。涂覆的方法优选为辊式涂布或旋涂法。光反射层170能够将更多、更宽光谱范围的光反射回光吸收层i层130中，增强了器件本身对入射光的吸收率和光电转换效率。同时，由于网格状的金属层162’的存在，透明导电膜层150不需要作得太厚，例如只沉积80～160纳米左右，便可以实现良好的作为电极的导电性能。
形成网格状的金属网格层162’，无论金属网格层162’的材料是银还是铝，都能够在很大程度上避免连续覆盖透明导电膜层150的金属银或铝层所带来的负面影响。在金属网格层162’和透明导电膜层150表面涂敷具有良好反光性能的光反射层170，光反射层170能够将大部分穿过透明导电膜层150、没有被p-i-n结构的i层吸收的光反射回光伏器件内部，继续被i层吸收。增加光反射层170，并形成金属网格层162’，不但提高了光反射能力，而且避免了连续覆盖金属层所存在的问题，因此本发明能够大幅度提高光伏器件的光利用率和光电转换效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光伏器件的制造方法，包括：
提供基板；
在所述基板表面沉积第一透明导电氧化物层；
在所述第一透明导电氧化物层表面沉积p-i-n叠层结构；
在所述p-i-n叠层结构的n层表面沉积第二透明导电氧化物层；
在所述第二透明导电氧化物层表面形成金属网格层；
在所述金属网格层和第二透明导电氧化物层表面形成光反射层；所述光反射层的材料为碳酸钡或氧化铝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述金属网格层的形成步骤包括：
在所述第二透明导电氧化物层表面沉积金属层；
刻蚀所述金属层形成金属网格。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述金属层的金属为银或铝。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述金属网格层的形成方法为丝网印刷法。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述金属网格层覆盖所述第二透明导电氧化物层表面积的5％～30％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光反射层的形成方法包括辊式涂布法和旋涂法。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述金属网格层的网格形状为方形、菱形或平行四边形。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一透明导电氧化物层为氧化锡或氧化锌薄膜，所述第二透明导电氧化物层为氧化锌薄膜。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述第二透明导电氧化物层的厚度为80纳米～160纳米。
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