CN101794838A - 制造薄膜太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造薄膜太阳能电池的方法，包括以下步骤：准备在上面限定有单元的衬底；在所述衬底上形成透明导电层，所述透明导电层由它们之间的第一分隔线彼此隔开；在所述透明导电层上形成光吸收层，所述光吸收层由它们之间的第二分隔线彼此隔开；在每个所述光吸收层内形成第三分隔线，所述第三分隔线与所述第二分隔线隔开；通过在所述第三分隔线上方设置丝网并涂覆导电胶来形成反射材料层；以及通过烧结所述反射材料层形成反射电极。

Description

制造薄膜太阳能电池的方法
本申请要求于2009年1月30日在韩国提交的专利申请10-2009-0007720的优先权，在这里将该专利申请全文援引作为参考。
技术领域
本发明涉及一种薄膜太阳能电池，尤其涉及一种能防止在利用激光进行构图过程中发生短路问题的薄膜太阳能电池的制造方法。
背景技术
一般来说，太阳能电池根据光吸收层的材料分为各种类型。太阳能电池可以分成用硅作为光吸收层的硅太阳能电池、利用CIS(CuInSe2)或CdTe的化合物薄膜太阳能电池、III-V族太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池。
在太阳能电池中，硅太阳能电池包括晶体太阳能电池(crystalline solar cell)和非晶薄膜太阳能电池(amorphous thin film solar cell)。体型晶体太阳能电池(bulk-type crystalline solar cell)应用广泛。但是，由于昂贵的硅原料和复杂的制造工艺，使得晶体太阳能电池的生产成本较高。
最近，通过不在硅片上而在相对成本较低的诸如玻璃、金属或塑料的衬底上形成薄膜型太阳能电池，来进行降低生产成本的研究。
下文中将参考附图说明现有技术的薄膜太阳能电池。
图1是现有技术的薄膜太阳能电池的截面图。在图1中，现有技术的薄膜太阳能电池5包括玻璃或塑料的衬底10。透明导电层30以单元C为单位形成在衬底10上。顺序地包括p-型非晶硅层40a、i-型非晶硅层40b和n-型非晶硅层40c的光吸收层40形成在透明导电层30上。反射电极50以单元C为单位形成在光吸收层40上。
尽管在图中未示出，但是包括有透明导电层30、光吸收层40和反射电极50的衬底10可以面向一相对衬底并与该相对衬底粘合，在该相对衬底上顺序地形成有聚合物材料层和粘合层。
这里，反射电极50可以由从包括诸如银(Ag)和铝(Al)等具有相对较高反射率的材料的导电材料组中选择的一种材料形成。反射电极50能够将穿过光吸收层40的光的散射特性最大化。
在薄膜太阳能电池5中，入射到第一衬底10上的光穿过第一衬底10和p-型硅层40a，并被i-型硅层40b吸收。由具有高于硅的禁带宽度的能量的光，因此在i-型硅层40b内产生电子和空穴。i-型硅层40b内的电子和空穴由于内建电场而分别向p-型硅层40a和n-型硅层40c扩散，并分别通过透明导电层30和反射电极50提供给外部电路。这样，可以将太阳能转化为电能。
下面将参考附图更详细地说明制造薄膜太阳能电池的方法。
图2A到2E是表示在现有技术薄膜太阳能电池的制造方法的各步骤中的薄膜太阳能电池的截面图。
在图2A中，在玻璃或塑料的衬底10上限定单元C。通过沉积从包括氧化物的透明导电材料组中选择的一种材料，在衬底10上形成第一透明导电材料层32。该透明导电材料组可以包括氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnOx)和氧化锌(ZnOx)。第一透明导电材料层32最好具有大于
Figure G2009102542899D00021
的厚度。可用溅射法形成第一透明导电材料层32。也可用喷涂法形成第一透明导电材料层32。即可以通过喷涂或注入包括透明导电氧化物材料的溶胶-凝胶溶液，在衬底10上涂覆或印刷第一透明导电材料层32。
在图2B中，在包括图2A的透明导电材料层32的衬底10上方设置第一激光加工装置(未示出)。利用第一激光加工装置通过第一激光切割工艺对图2A的透明导电材料层32进行构图，分别以单元C为单位形成透明导电层30。透明导电层30由具有第一宽度w1的第一分隔线SL1以固定间距彼此隔开。第一激光加工装置的激光束最好具有1064nm的波长。在第一激光切割工艺之后，衬底10对应于相邻透明导电层30之间的空间、即第一分隔线SL1被而露出。
在图2C中，通过顺序地沉积p-型硅层40a、i-型硅层40b和n-型硅层40c，在包括透明导电层30的衬底10上形成具有p-i-n结构的光吸收材料层(未示出)。
然后，在包括光吸收材料层的衬底10上方设置第二激光加工装置(未示出)。利用第二激光加工装置通过第二激光切割工艺对光吸收材料层进行构图，分别以单元C为单位形成光吸收层40。光吸收层40由具有第二宽度w2的第二分隔线SL2彼此隔开。第二分隔线SL2与第一分隔线SL1的位置不同。第二激光加工装置的激光束最好具有532nm的波长。
在图2D中，通过沉积从包括具有相对较高反射率的银(Ag)和铝(Al)的导电材料组中选择的一种材料，在包括光吸收层40的衬底10上形成反射材料层52。可用溅射法沉积反射材料层52。
在图2E中，在包括图2D的反射材料层52的衬底10上方设置第三激光加工装置(未示出)。利用第三激光加工装置通过第三激光切割工艺对图2D的反射材料层52进行构图，分别以单元C为单位形成反射电极50。反射电极50由具有第三宽度w3的第三分隔线SL3以固定间距彼此隔开。第三分隔线SL3与第一分隔线SL1和第二分隔线SL2的位置不同。第三激光加工装置的激光束最好具有532nm的波长。此时，第三激光切割工艺同样对图2D的反射材料层52下面的光吸收层40进行构图。透明导电层30对应于第三分隔线SL3而露出。
尽管在图中未示出，当执行第三激光切割工艺时，由于激光未聚焦，因此在衬底10的边缘不能很好地进行相邻单元C之间的切割。为了解决这个问题，可以沿与第三激光切割工艺的方向垂直相交的方向进行第四激光切割工艺。通过第四激光切割工艺切割反射材料层52、光吸收层40和透明导电层30，可以隔离在衬底10的边缘的部分。这里，第四激光切割工艺的激光束可以具有532nm或1064nm的波长。
这样，可以制造现有技术的薄膜太阳能电池。
在薄膜太阳能电池5中，由于光吸收层40由具有高于1000摄氏度熔点的硅材料形成，因此反射电极50由从包括具有例如660摄氏度的较低熔点的铝和银的导电材料组中选择的一种材料形成。
第三激光切割工艺同时切割光吸收层40和反射材料层52。当照射激光束时，能产生瞬时热量。该热量被传递给反射材料层52，反射材料层52熔化。于是，反射电极50和透明导电层30可能彼此电连接，由短路导致能量转换效率降低。
图3A是图2E中区域A的放大视图，图3B是表示图3A中区域B的图像。
在图3A和3B中，透明导电层30和光吸收层40以图2E中的单元C为单位形成。反射电极50形成在透明导电层30和光吸收层40上，并通过第三分隔线SL3彼此分开。
当利用激光同时切割图2D的反射材料层52和光吸收层40时，由于激光束的照射而产生的热量使图2D的反射材料层52熔化，从而在第三分隔线SL3内的反射电极50和透明导电层30之间会发生短路。短路会迅速降低薄膜太阳能电池的能量转换效率。
更特别地，在包括被各个单元划分的光吸收层40的薄膜太阳能电池内，由于短路使得单元可能不是串联连接而是并联连接，或者在光吸收层40内产生的电子和空穴可能会复合，从而降低了载流子的浓度。于是，严重地降低了能量转换效率。
发明内容
于是，本发明涉及一种基本克服由于现有技术的限制和缺陷引起的一个或多个问题的薄膜太阳能电池的制造方法。
本发明的目的是提供一种解决短路并提高能量转换效率的薄膜太阳能电池的制造方法。
本发明的其它特征和优点将在后面的说明书中列出，在说明书中这些特征和优点的一部分将是显而易见的，或者可以从本发明的实施中体会到。通过说明书和权利要求以及所附附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的这些目的和其它优点。
为了实现这些和其它优点，并与本发明的目的一致，如具体和概括地描述，一种制造薄膜太阳能电池的方法包括以下步骤：准备在上面限定有单元的衬底；在所述衬底上形成透明导电层，所述透明导电层由它们之间的第一分隔线彼此隔开；在所述透明导电层上形成光吸收层，所述光吸收层由它们之间的第二分隔线彼此隔开，其中所述第二分隔线与所述第一分隔线隔开；在每个所述光吸收层内形成第三分隔线，所述第三分隔线与所述第二分隔线隔开；通过在所述第三分隔线上方设置丝网并涂覆导电胶来形成反射材料层；以及通过烧结所述反射材料层形成反射电极，其中所述反射电极由它们之间的第三分隔线彼此隔开。
另一方面，一种制造薄膜太阳能电池的方法包括以下步骤：准备在上面限定有单元的衬底；在所述衬底上形成透明导电层，所述透明导电层由它们之间的第一分隔线彼此隔开；在所述透明导电层上形成光吸收层，所述光吸收层由它们之间的第二分隔线彼此隔开，其中所述第二分隔线与所述第一分隔线隔开；在每个所述光吸收层内形成第三分隔线，所述第三分隔线与所述第二分隔线隔开；通过在所述第三分隔线上方设置丝网并利用喷射器选择地滴入液体导电材料来形成反射材料层；以及通过烧结所述反射材料层形成反射电极，其中所述反射电极由它们之间的第三分隔线彼此隔开。
再一方面，一种制造薄膜太阳能电池的方法包括以下步骤：准备包括第一单元和第二单元的衬底；在所述衬底上形成第一透明导电层和第二透明导电层，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层彼此隔开；在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层上形成第一光吸收层和第二光吸收层，所述第一光吸收层和所述第二光吸收层彼此隔开；在所述第一光吸收层和所述第二光吸收层的每一个内都形成分隔线；以及在所述分隔线上方设置丝网，并形成第一反射电极和第二反射电极，其中所述第一反射电极和所述第二反射电极彼此隔开，其中所述第一光吸收层与所述第一透明导电层和所述第二透明导电层重叠，所述第一反射电极与所述第一光吸收层和所述第二光吸收层重叠。
应当理解，前述的概括性描述和后面的详细描述都是示例性和解释性的，意在提供对要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
所包括的附图用于提供对本发明的进一步解释，并引入组成本说明书的一部分，附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是现有技术薄膜太阳能电池的截面图；
图2A到2E是表示在现有技术薄膜太阳能电池的制造方法的步骤中的薄膜太阳能电池的截面图；
图3A是图2E中区域A的放大视图，图3B是表示图3A中区域B的图像；
图4A到4E是表示在本发明第一实施例的薄膜太阳能电池的制造方法的步骤中的薄膜太阳能电池的截面图；
图5A到5E是表示在本发明第二实施例的薄膜太阳能电池的制造方法的步骤中的薄膜太阳能电池的截面图。
具体实施方式
在下文中将详细描述本发明的实施例，附图中图解了实施例的例子。如果可能，将使用相同的标号来表示相同或相似的部件。
参考图4A到4E来描述本发明的第一实施例。在第一实施例中，反射电极是通过丝网印刷法(screen printing method)形成的。
图4A到4E是表示在本发明第一实施例的薄膜太阳能电池的制造方法的步骤中的薄膜太阳能电池的截面图。
在图4A中，在玻璃或塑料的衬底110上限定单元C。通过沉积从包括氧化物的透明导电材料组中选择的一种材料，在衬底110上形成第一透明导电材料层132。该透明导电材料组可以包括氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnOx)和氧化锌(ZnOx)。第一透明导电材料层132最好具有大于
Figure G2009102542899D00061
的厚度。可用溅射法形成第一透明导电材料层132。也可用喷涂法形成第一透明导电材料层132。即可以通过喷涂或注入包括透明导电氧化物材料的溶胶-凝胶溶液，将第一透明导电材料层132直接涂覆或印刷在衬底110上。
在图4B中，在包括图4A的透明导电材料层132的衬底110上方设置第一激光加工装置(未示出)。利用第一激光加工装置通过第一激光切割工艺对图4A的透明导电材料层132进行构图，分别以单元C为单位形成透明导电层130。透明导电层130由具有第一宽度w1的第一分隔线SL1以固定间距彼此隔开。第一激光加工装置的激光束最好具有1064nm的波长。在第一激光切割工艺之后，衬底110对应于相邻透明导电层130之间的空间、即第一分隔线SL1而露出。
在图4C中，通过顺序地沉积p-型硅层140a、i-型硅层140b和n-型硅层140c，在包括透明导电层130的衬底110上形成具有p-i-n结构的光吸收材料层(未示出)。
然后，在包括光吸收材料层的衬底110上方设置第二激光加工装置(未示出)。利用第二激光加工装置通过第二激光切割工艺对光吸收材料层进行构图，分别以单元C为单位形成光吸收层140。光吸收层140由具有第二宽度w2的第二分隔线SL2彼此隔开。第二分隔线SL2与第一分隔线SL1的位置不同。一个单元C的光吸收层140与该单元C的透明导电层130和下一个单元C的透明导电层130重叠。第二激光加工装置的激光束最好具有532nm的波长。
接着，在包括具有第二分隔线SL2的光吸收层140的衬底110上方设置第三激光加工装置(未示出)。利用第三激光加工装置通过第三激光切割工艺对光吸收层140进行构图，并且部分地除去每个单元C内的光吸收层140，因此形成与第二分隔线SL2隔开的具有第三宽度w3的第三分隔线SL3。第三分隔线SL3与第一分隔线SL1的位置不同。
在图4D中，在具有第二分隔线SL2和第三分隔线SL3的光吸收层140上方设置丝网SC，使每个丝网SC都对应于第三分隔线SL3，并且通过涂覆从包括银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)和镉(Cd)的导电胶中选择的一种，在光吸收层140上形成反射材料层152。这里，导电胶可以包括碳聚合物的黏合剂，以获得黏性。
可以通过挤压器(squeeze)(未示出)压入导电胶，并且可以将导电胶均匀地涂覆到衬底110的除丝网SC之外的基本整个表面。反射材料层152最好可具有500cp到50000cp范围内的黏度。第三分隔线SL3的第三宽度w3最好在20微米到100微米范围内。
在200到500摄氏度的温度下烧结反射材料层152，并且可以除去碳聚合物的黏合剂。
在图4E中，在烧结工艺之后，反射电极150以单元C为单位分别在除第三分隔线SL3之外的地方形成。反射电极150可以包括银、铝、铜、钼、钛和镉中的一种。一个单元C的反射电极150与该单元C的光吸收层140和下一个单元C的光吸收层140重叠。
在本发明第一实施例中，反射电极150可以选择地由丝网印刷法代替激光切割工艺来形成。也就是说，不执行激光切割工艺，而是可以在与激光切割工艺相比相对较低的温度下，进行反射电极150的分隔。这样能防止反射电极150和透明导电层130之间的短路，并且能提高薄膜太阳能电池的能量转换效率。
此外，上述工艺是通过涂覆胶状的金属材料来实现的。与利用真空室的沉积工艺相比，可以简化工艺。因此，能提高生产率。
参考图5A到5E来描述本发明的第二实施例。在第二实施例中，反射电极是通过喷墨印刷法(inkjet printing method)形成的。
图5A到5E是表示在本发明第二实施例的薄膜太阳能电池的制造方法的各步骤中的薄膜太阳能电池的截面图。
在图5A中，在玻璃或塑料的衬底210上限定单元C。通过沉积从包括氧化物的透明导电材料组中选择的一种材料，在衬底210上形成第一透明导电材料层232。该透明导电材料组可以包括氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnOx)和氧化锌(ZnOx)。第一透明导电材料层232最好具有大于
Figure G2009102542899D00081
的厚度。可用溅射法形成第一透明导电材料层232。也可用喷涂法形成第一透明导电材料层232。即可以通过喷涂或注入包括透明导电氧化物材料的溶胶-凝胶溶液，将第一透明导电材料层232直接涂覆或印刷在衬底210上。
在图5B中，在包括图5A的透明导电材料层232的衬底210上方设置第一激光加工装置(未示出)。利用第一激光加工装置通过第一激光切割工艺对图5A的透明导电材料层232进行构图，分别以单元C为单位形成透明导电层230。透明导电层230由具有第一宽度w1的第一分隔线SL1以固定间距彼此隔开。第一激光加工装置的激光束最好具有1064nm的波长。在第一激光切割工艺之后，衬底210对应于相邻透明导电层230之间的空间、即第一分隔线SL1而露出。
在图5C中，通过顺序地沉积p-型硅层240a、i-型硅层240b和n-型硅层240c，在包括透明导电层230的衬底210上形成具有p-i-n结构的光吸收材料层(未示出)。
然后，在包括光吸收材料层的衬底210上方设置第二激光加工装置(未示出)。利用第二激光加工装置通过第二激光切割工艺对光吸收材料层进行构图，分别以单元C为单位形成光吸收层240。光吸收层240由具有第二宽度w2的第二分隔线SL2彼此隔开。第二分隔线SL2与第一分隔线SL1的位置不同。第二激光加工装置的激光束最好具有532nm的波长。
接着，在包括具有第二分隔线SL2的光吸收层240的衬底210上方设置第三激光加工装置(未示出)。利用第三激光加工装置通过第三激光切割工艺对光吸收层240进行构图，并且部分地除去每个单元C内的光吸收层240，因此形成与第二分隔线SL2隔开的具有第三宽度w3的第三分隔线SL3。第三分隔线SL3与第一分隔线SL1的位置不同。
在图5D中，在具有第二分隔线SL2和第三分隔线SL3的光吸收层240上方设置丝网SC，使每个丝网SC都对应于第三分隔线SL3，并且利用注入装置270通过选择地滴入从包括铝(Al)、银(Ag)、铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)和镉(Cd)的液体导电材料中选择的一种材料，在光吸收层240上形成反射材料层252。这里，液体导电材料可以包括碳聚合物的分散剂。
注入装置270包括由储存容器(未示出)提供液体导电材料的供给管270a、暂时存储来自供给管270a的液体导电材料的喷射器270b以及适当地注入来自喷射器270b的液体导电材料的喷嘴270c。
在利用注入装置270的滴入工艺中，通过利用喷射器270b在衬底210的除丝网SC之外的基本整个表面上均匀地滴入液体导电材料，以单元C为单位选择地形成反射材料层252。反射材料层252最好可具有1cp到30cp范围内的黏度。第三分隔线SL3的第三宽度w3最好在20微米到100微米范围内。
在200到500摄氏度的温度下烧结反射材料层252，并且可以除去碳聚合物的分散剂。
在图5E中，在烧结工艺之后，反射电极250以单元C为单位分别在除第三分隔线SL3之外的地方形成。反射电极250可以包括铝(Al)、银(Ag)、铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)和镉(Cd)中的一种。
在本发明第二实施例中，反射电极250可以选择地由喷墨印刷法代替激光切割工艺来形成。也就是说，不执行激光切割工艺，而是可以在与激光切割工艺相比相对较低的温度下，进行反射电极250的分隔。这样能防止反射电极250和透明导电层230之间的短路，并且能提高薄膜太阳能电池的能量转换效率。
此外，由于上述工艺是通过滴入液体金属材料来实现的，因此与利用真空室的沉积工艺相比，能简化工艺。从而，能提高生产率。
在本发明的实施例中，薄膜太阳能电池具有单结的结构。本发明也可以应用到具有层叠结构或三层结构的薄膜太阳能电池。
在本发明中，反射电极可以通过丝网印刷法或喷墨印刷法形成，能防止反射电极和透明导电层之间的短路，于是，可以提高薄膜太阳能电池的能量转换效率。而且，可以省略沉积工艺，简化制造过程。
显然对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，能够对本发明进行各种修改和变型。因此，本发明意在覆盖在所附的权利要求及其等价物范围内的本发明的各种修改和变型。

Claims (15)

1.一种制造薄膜太阳能电池的方法，包括：
准备在上面限定有单元的衬底；
在所述衬底上形成透明导电层，所述透明导电层由它们之间的第一分隔线彼此隔开；
在所述透明导电层上形成光吸收层，所述光吸收层由它们之间的第二分隔线彼此隔开，其中所述第二分隔线与所述第一分隔线隔开；
在每个所述光吸收层内形成第三分隔线，所述第三分隔线与所述第二分隔线隔开；
通过在所述第三分隔线上方设置丝网并涂覆导电胶来形成反射材料层；以及
通过烧结所述反射材料层形成反射电极，其中所述反射电极由它们之间的第三分隔线彼此隔开。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电胶包括碳聚合物的黏合剂以及铝、银、铜、钼、钛和镉中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在200到500摄氏度的温度下烧结所述反射材料层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射材料层具有500cp到50000cp的黏度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三分隔线具有20微米到100微米的宽度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述光吸收层都包括p-型硅层、i-型硅层和n-型硅层。
7.一种制造薄膜太阳能电池的方法，包括：
准备在上面限定有单元的衬底；
在所述衬底上形成透明导电层，所述透明导电层由它们之间的第一分隔线彼此隔开；
在所述透明导电层上形成光吸收层，所述光吸收层由它们之间的第二分隔线彼此隔开，其中所述第二分隔线与所述第一分隔线隔开；
在每个所述光吸收层内形成第三分隔线，所述第三分隔线与所述第二分隔线隔开；
通过在所述第三分隔线上方设置丝网并利用喷射器选择地滴入液体导电材料来形成反射材料层；以及
通过烧结所述反射材料层形成反射电极，其中所述反射电极由它们之间的第三分隔线彼此隔开。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述液体导电材料包括碳聚合物的分散剂以及铝、银、铜、钼、钛和镉中的一种。
9.根据权利要求7所述的方法，其中在200到500摄氏度的温度下烧结所述反射材料层。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述反射材料层具有1cp到30cp的黏度。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述第三分隔线具有20微米到100微米的宽度。
12.根据权利要求7所述的方法，其中每个所述光吸收层都包括p-型硅层、i-型硅层和n-型硅层。
13.一种制造薄膜太阳能电池的方法，包括：
准备包括第一单元和第二单元的衬底；
在所述衬底上形成第一透明导电层和第二透明导电层，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层彼此隔开；
在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层上形成第一光吸收层和第二光吸收层，所述第一光吸收层和所述第二光吸收层彼此隔开；
在所述第一光吸收层和所述第二光吸收层的每一个内都形成分隔线；以及
在所述分隔线上方设置丝网，并形成第一反射电极和第二反射电极，其中所述第一反射电极和所述第二反射电极彼此隔开，
其中所述第一光吸收层与所述第一透明导电层和所述第二透明导电层重叠，所述第一反射电极与所述第一光吸收层和所述第二光吸收层重叠。
14.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述第一反射电极和所述第二反射电极包括涂覆导电胶以形成反射材料层，然后烧结所述反射材料层。
15.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述第一反射电极和所述第二反射电极包括利用喷射器选择地滴入液体导电材料以形成反射材料层，然后烧结所述反射材料层。
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