CN102054887A - 薄膜太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明中已揭示一种薄膜太阳能电池及其制造方法。根据本发明，具有隔离凹槽的所述薄膜太阳能电池可防止发生在电极之间产生短路。

Description

薄膜太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明是针对薄膜太阳能电池及其制造方法。特定来说，所述太阳能电池已改善了隔离的作用。
背景技术
太阳能电池利用光能到电能的转换。太阳能电池在PN结中形成，其中正半导体(P)形成与负半导体(N)的结。当太阳能电池以PN结结构接收光时，由于太阳光的能量而在半导体中产生空穴和电子。在得自PN结区域的电场中，空穴朝向P型半导体漂移，且电子朝向N型半导体漂移。因此，因电势的发生而产生电功率。
如所述领域中已知，太阳能电池可分类为晶片型太阳能电池和薄膜太阳能电池。晶片太阳能电池使用由例如硅等半导体材料制成的晶片，且薄膜太阳能电池是通过在玻璃衬底上以薄膜的形式形成半导体而制成。
单片薄膜太阳能电池是通过顺序步骤来制造。在薄膜太阳能电池的常规制造工艺中，首先在衬底上沉积前部电极层，接着对第一电极层进行激光划线，这形成若干凹槽；随后在前部电极上沉积半导体层且接着进行激光划线，这形成若干凹槽；接着在半导体上沉积后部电极，随后对后部电极层和半导体层进行激光划线，且得到凹槽。通过对上述沉积层进行激光划线，获得由彼此串联连接的若干单元电池组成的薄膜太阳能电池。
为了防止类似于在封装期间的短路和电流泄漏的问题发生，产生隔离凹槽的标准技术可在第6,300,556号美国专利中找到。参见图1，大体上通过激光划线或机械切割而产生隔离凹槽13。在两种情况下，可能产生电极2与6之间的短路，且因此降低太阳能模块的性能。使用隔离凹槽来分离太阳能电池和模块的边界。
另一应用是产生透明太阳能模块或解决热点问题，如第6,858,461号美国专利中所示。如图2所示，切口140仅移除顶部两个层：顶部电极和半导体层。实际上，还使用切割穿过全部三个层。
如上文所示，形成隔离凹槽的常规标准技术是在制造装置之后对太阳能电池进行激光划线。然而，后部电极层的若干部分由于激光束的温度变化而可能在激光划线之后未被完全移除，这将导致后部电极层的残余物仍保留在前部电极层上，因此导致电流的短路。换句话说，此类技术通常在前部电极与后部电极之间产生随机短路，其将变为太阳能电池中的泄漏路径且降低太阳能电池的性能。实际上，可通过测量分路电阻(Rsh)来监视此类情况。另外，短路可能造成热点问题。
鉴于上文提到的问题，需要一种薄膜太阳能电池，其具有可防止发生在电极之间产生短路的隔离凹槽。本发明中已揭示了一种薄膜太阳能电池及其制造方法。
发明内容
在本发明的一些实施例中，一种薄膜太阳能电池包括衬底、前部电极层、半导体层和后部电极层。
在本发明的另一实施例中，一种用于制造薄膜太阳能电池的方法包括以下步骤：
(1)首先提供衬底；
(2)在衬底上方提供前部电极层；
(3)使用图案化技术以在所述前部电极层中界定凹槽，所述凹槽将所述前部电极层划分为若干单元，其中所述衬底在所述凹槽处暴露；
(4)使用所述图案化技术以在所述前部电极层中在隔离区域处形成具有所需宽度的宽凹槽，或使用所述前部电极层中的所述凹槽中的一者作为所述宽凹槽，其中所述衬底在所述宽凹槽处暴露，且所述宽凹槽的所述宽度等于或大于所述前部电极层中的所述凹槽的宽度；
(5)提供形成于所述前部电极层上方的半导体层；
(6)使用图案化技术以在所述半导体层中形成凹槽，所述凹槽将所述半导体层划分为若干单元，其中所述前部电极层在所述凹槽处暴露；
(7)提供形成于所述半导体层上方的后部电极层；
(8)使用图案化技术以在所述后部电极层中或在所述后部电极层和所述半导体层中形成凹槽，所述凹槽将所述后部电极层划分为若干单元，其中所述半导体层或所述前部电极层在所述凹槽处暴露；以及
(9)在所述隔离区域处在所述宽凹槽上方使用所述图案化技术以移除若干层，这形成向下延伸的隔离凹槽，其中所述衬底在所述隔离凹槽处暴露。
在本发明的另一实施例中，还提供一种用于制造薄膜太阳能电池的方法。所述方法包括：
(1′)提供衬底；
(2′)提供形成于所述衬底上方的前部电极层；
(3′)使用图案化技术以在所述前部电极层中界定凹槽，所述凹槽将所述前部电极层划分为若干单元，其中所述衬底在所述凹槽处暴露；
(4′)使用所述图案化技术以在所述前部电极层中在隔离区域处形成至少两个凹槽，其中所述至少两个凹槽中的每一者之间的距离是预定的，且所述衬底在所述凹槽处暴露，其中所述至少两个凹槽中的每一者之间的所述距离优选在0到1cm的范围内；
(5′)提供形成于所述前部电极层上方的半导体层；
(6′)使用图案化技术以在所述半导体层中形成凹槽，所述凹槽将所述半导体层划分为若干单元，其中所述前部电极层在所述凹槽处暴露；
(7′)提供形成于所述半导体层上方的后部电极层；
(8′)使用图案化技术以在所述后部电极层中或在所述后部电极层和所述半导体层中形成凹槽，所述凹槽将所述半导体层划分为若干单元，其中所述半导体层或所述前部电极层在所述凹槽处暴露；以及
(9′)在所述隔离区域处在所述至少两个凹槽或处于两个凹槽之间的区上方使用所述图案化技术以移除若干层，这形成向下延伸的隔离凹槽，其中所述衬底或所述前部电极层在所述隔离凹槽处暴露。
在又一实施例中，本发明将提出一种用于在薄膜太阳能电池中产生隔离凹槽的新方法，其没有在电极之间产生短路的可能，所述方法容易实施且将改善薄膜太阳能电池中的隔离的作用，进而防止短路问题发生。因此，薄膜太阳能电池的性能可得以改善。再者，通过本发明的技术还可减少热点问题的发生。
附图说明
本发明所采用以实现上述及其它目的的结构和技术手段可通过参考以下对优选实施例的详细描述和附图来最好地理解。
图1展示展现现有技术中的薄膜太阳能电池的示意性横截面图。
图2展示展现现有技术中的薄膜太阳能电池的示意图。
图3A和3B展示描绘本发明的实施例的工艺流程的示意性横截面图。
图4A到4C展示描绘本发明的另一实施例的工艺流程的示意性横截面图。
具体实施方式
本发明中已揭示了一种薄膜太阳能电池及其制造方法，其中在太阳能电池中使用的光电转换的方法和原理是所属领域的一般技术人员众所周知的，且因此下文将不再进一步描述。
为了更好理解，下文通过参考附图以实施例详细说明本发明，附图既定不限制本发明的范围。将明了，可容易由所属领域的一般技术人员实现的任何修改或更改均属于说明书的揭示内容的范围内。
如所述领域中众所周知，本发明中所使用的图案化技术可为(但不限于)激光划线、机械方式、化学蚀刻和光刻。举例来说，化学蚀刻包括干式蚀刻、湿式蚀刻和蚀刻膏。
参见图3A，本发明中揭示优选实施例，其说明用于制造薄膜太阳能电池的方法。所述方法包括：
(a1)提供衬底40；
(a2)提供形成于衬底40上方的前部电极层41；
(a3)对前部电极层41进行激光划线以形成多个第一凹槽42，其将前部电极层41划分为若干单元，其中衬底在第一凹槽42处暴露；
(a4)对前部电极层41进行激光划线以在前部电极层中在隔离区域处形成具有所需宽度的宽凹槽43，其中宽凹槽43具有比第一凹槽42的宽度大的宽度，且衬底在宽凹槽43处暴露；
(a5)提供形成于前部电极层41和暴露的衬底40上方的半导体层44；
(a6)对半导体层44进行激光划线以形成多个第二凹槽45，其将半导体层44划分为若干单元，其中前部电极层在第二凹槽45处暴露；
(a7)提供形成于半导体层44和暴露的前部电极层41上方的后部电极层46；
(a8)蚀刻后部电极层46以形成多个第三凹槽47，其将后部电极层46划分为若干单元，其中半导体层44在第三凹槽47处暴露；以及
(a9)在宽凹槽43处向下对后部电极层46和半导体层44进行激光划线，其在隔离区域处形成隔离凹槽49，其中衬底40在隔离凹槽49处暴露。
在类似于上文提到的实施例的另一优选实施例中，在执行步骤(a1)到(a7)之后，还可根据需求通过例如激光划线等图案化技术在后部电极层46和半导体层44中界定多个第三凹槽47(图中未展示)。接着，随后的步骤是形成隔离凹槽49，其是与上文提到的步骤(a9)相同的过程，且因此本文将不再进一步描述。
在再一优选实施例中，第一凹槽可用作宽凹槽。在步骤(a1)到(a3)之后，第一凹槽42形成。在此实施例中，(宽)凹槽的宽度与所述凹槽中的一者的宽度相同。也就是说，隔离区域48处的第一凹槽42用作宽凹槽。接着，在跳过步骤(a4)且执行步骤(a5)之后，半导体层44形成于前部电极层41和暴露的衬底40上方。在此之后，执行步骤(a6)到(a8)以形成经图案化后部电极。最终，在隔离区域处在第一凹槽42上方对后部电极层46和半导体层44进行激光划线以形成隔离凹槽49。参见图3B，隔离凹槽的宽度小于第一凹槽42的宽度。
在另一优选实施例中，在图4A中说明用于制造薄膜太阳能电池的方法。所述方法包括：
(b1)提供衬底50；
(b2)提供形成于衬底50上方的前部电极层51；
(b3)对前部电极层51进行激光划线以形成多个第一凹槽52，其将前部电极层51划分为若干单元，其中衬底50在第一凹槽52处暴露；
(b4)在隔离区域591处对前部电极层51进行激光划线以在前部电极层51中在隔离区域处形成两个凹槽53和54，其中所述凹槽中的每一者之间的距离是预定的且衬底在凹槽53和54处暴露；
(b5)提供形成于前部电极层51和暴露的衬底50上方的半导体层55；
(b6)对半导体层55进行激光划线以形成多个第二凹槽56，其将半导体层55划分为若干单元，其中前部电极层51在第二凹槽56处暴露；
(b7)提供形成于半导体层55和暴露的前部电极层51上方的后部电极层57；
(b8)蚀刻后部电极层57以形成多个第三凹槽58，其将后部电极层57划分为若干单元，其中半导体层55在第三凹槽58处暴露；以及
(b9)对隔离区域591内的层进行激光划线，其形成隔离凹槽59，其中衬底50在隔离凹槽59处暴露。
具体来说，参见图4A，在后部层57、半导体层55和前部电极层51的外围部分的隔离区域591处执行激光划线以形成隔离凹槽59。或者，参见图4B，还可在后部层57、半导体层55和前部电极层51的中央部分的隔离区域591处执行激光划线以形成隔离凹槽59。或者，参见图4C，在后部层57和半导体层55的隔离区域591内执行激光划线以形成隔离凹槽59。换句话说，可根据需求在隔离区域591处在两个层或三个层中执行激光划线。在此实施例中，关于对后部电极层进行划线以形成隔离凹槽59的较佳位置容限是由于隔离凹槽59可界定于隔离区域591内而获得的。
在类似于上文提到的实施例的另一优选实施例中，在执行步骤(b1)到(b7)之后，还可根据需求通过例如激光划线等图案化技术在后部电极层57和半导体层55中界定多个第三凹槽58(图中未展示)。接着，随后的步骤是形成隔离凹槽59，其是与上文提到的步骤(b9)相同的过程，且因此本文将不再进一步描述。
前部电极层包含将前部电极划分为若干单元的凹槽。在前部电极形成之后在衬底上方形成半导体层，其具有将半导体层划分为若干单元的凹槽。接着在半导体层上方形成后部电极层，其具有将后部电极层划分为若干单元的凹槽。
在制造太阳能电池之后，根据需求在隔离区域处形成隔离凹槽。举例来说，隔离凹槽可界定于太阳能电池的外围部分处，且向下延伸以致太阳能电池的衬底或前部电极在隔离凹槽处暴露。
此外，隔离凹槽的使用包括(但不限于)进行边缘去除、热点解决方案或透明太阳能面板。举例来说，当隔离凹槽用于边缘去除时，隔离凹槽通过激光划线或机械方式而大体上正好界定于面板的周边处。
当凹槽形成于半导体层中时，前部电极层中的凹槽中的每一者与半导体层中的凹槽中的每一者之间存在偏移。类似地，半导体层中的凹槽中的每一者与后部电极层中的凹槽中的每一者之间存在另一偏移。太阳能电池中的偏移在0到500μm的范围内，优选在5μm到500μm的范围内。
虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但应了解，所属领域的一般技术人员可容易实现的任何修改或更改均将属于说明书、附图和所附权利要求书的揭示内容的范围内。

Claims (16)

1.一种薄膜太阳能电池，其包括衬底、前部电极层、半导体层和后部电极层，其中形成于所述衬底上方的所述前部电极层包含将所述前部电极划分为若干单元的多个凹槽；
所述半导体层形成于所述前部电极层上方，所述半导体层具有将所述半导体层划分为若干单元的凹槽；
所述后部电极层形成于所述半导体层上方，所述后部电极层具有将所述后部电极层划分为若干单元的凹槽；
隔离凹槽界定于所述太阳能电池的隔离区域处，且向下延伸以致所述衬底或所述前部电极层在所述隔离凹槽处暴露。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其中所述前部电极层中的所述凹槽中的每一者与所述半导体层中的所述凹槽中的每一者之间存在偏移，且所述半导体层中的所述凹槽中的每一者与所述后部电极层中的所述凹槽中的每一者之间存在另一偏移。
3.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池，其中所述偏移在0到500μm的范围内。
4.根据权利要求3所述的薄膜太阳能电池，其中所述偏移在5μm到500μm的范围内。
5.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其中所述隔离凹槽用于以下用途：进行边缘去除、热点解决方案和透明太阳能面板。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其中所述隔离凹槽界定于所述太阳能电池的外围部分处。
7.一种用于制造薄膜太阳能电池的方法，其包括：
(1)提供衬底；
(2)在衬底上方提供前部电极层；
(3)使用图案化技术以在所述前部电极层中界定凹槽，所述凹槽将所述前部电极层划分为若干单元，其中所述衬底在所述凹槽处暴露；
(4)使用所述图案化技术以在所述前部电极层中在隔离区域处形成具有所需宽度的宽凹槽，或使用所述前部电极层中的所述凹槽中的一者作为所述宽凹槽，其中所述衬底在所述宽凹槽处暴露；
(5)提供形成于所述前部电极层上方的半导体层；
(6)使用图案化技术以在所述半导体层中形成凹槽，所述凹槽将所述半导体层划分为若干单元，其中所述前部电极层在所述凹槽处暴露；
(7)提供形成于所述半导体层上方的后部电极层；
(8)使用图案化技术以在所述后部电极层中或在所述后部电极层和所述半导体层中形成凹槽，所述凹槽将所述后部电极层划分为若干单元，其中所述半导体层或所述前部电极层在所述凹槽处暴露；以及
(9)在所述隔离区域处在所述宽凹槽上方使用所述图案化技术以移除若干层，这形成向下延伸的隔离凹槽，其中所述衬底在所述隔离凹槽处暴露。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述图案化技术包括激光划线、机械方式、化学蚀刻和光刻。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述化学蚀刻包括干式蚀刻、湿式蚀刻和蚀刻膏。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述图案化技术是激光划线。
11.根据权利要求7所述的方法，所述宽凹槽的所述宽度等于或大于所述前部电极层中的所述凹槽的宽度。
12.一种用于制造薄膜太阳能电池的方法，其包括：
(1′)提供衬底；
(2′)提供形成于所述衬底上方的前部电极层；
(3′)使用图案化技术以在所述前部电极层中界定凹槽，所述凹槽将所述前部电极层划分为若干单元，其中所述衬底在所述凹槽处暴露；
(4′)使用所述图案化技术以在所述前部电极层中在隔离区域处形成至少两个凹槽，其中所述至少两个凹槽中的每一者之间的距离是预定的，且所述衬底在所述凹槽处暴露；
(5′)提供形成于所述前部电极层上方的半导体层；
(6′)使用图案化技术以在所述半导体层中形成凹槽，所述凹槽将所述半导体层划分为若干单元，其中所述前部电极层在所述凹槽处暴露；
(7′)提供形成于所述半导体层上方的后部电极层；
(8′)使用图案化技术以在所述后部电极层中或在所述后部电极层和所述半导体层中形成凹槽，所述凹槽将所述半导体层划分为若干单元，其中所述半导体层或所述前部电极层在所述凹槽处暴露；以及
(9′)在所述隔离区域处在所述至少两个凹槽或处于两个凹槽之间的区上方使用所述图案化技术以移除若干层，这形成向下延伸的隔离凹槽，其中所述衬底或所述前部电极层在所述隔离凹槽处暴露。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述图案化技术包括激光划线、机械方式、化学蚀刻和光刻。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述化学蚀刻包括干式蚀刻和湿式蚀刻。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述图案化技术是激光划线。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述至少两个凹槽中的每一者之间的所述距离在0到1cm的范围内。
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