CN102105970A - 用于获得金属基薄膜太阳能电池的低电阻接触的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了形成具有金属箔衬底的薄膜太阳能电池的系统和方法。在加工室中在金属箔衬底的前表面上方形成半导体吸收膜之后，使用材料去除加工来处理金属箔衬底的背表面以形成经处理的背表面。在一个实施方案中，在加工室中实施材料去除加工并同时在半导体吸收膜上方沉积透明导电层。

Description

用于获得金属基薄膜太阳能电池的低电阻接触的方法和设备
相关申请
本申请是2008年6月27日提交的美国专利申请第12/163,162号(该申请是2008年4月28日提交的美国专利申请第12/111,161号的部分继续申请)的部分继续申请并且要求其优先权，本申请也是2008年5月19日提交的美国专利申请第12/123,424号的部分继续申请并且要求其优先权，通过引用将上述所有申请明确并入本文。
背景技术
发明领域
本发明总体上涉及薄膜太阳能电池制造，更具体地涉及用于制造基于IBIIIAVIA族薄膜半导体的太阳能电池的技术。
相关技术描述
太阳能电池是将太阳光直接转变为电能的光电器件。最常见的太阳能电池材料是单晶或多晶晶片形式的硅。然而，使用硅基太阳能电池产生的电的成本高于用较常规方法产生的电的成本。因此，从1970年代早期已努力降低用于地面应用的太阳能电池的成本。降低太阳能电池成本的一种方式是开发低成本的能够在大面积衬底上沉积太阳能电池品质的吸收剂材料的薄膜生长技术和使用高产量、低成本的方法制造这些器件。
包含周期表IB族(Cu、Ag、Au)、IIIA族(B、Al、Ga、In、Tl)和VIA族(O、S、Se、Te、Po)材料或元素中的一些的IBIIIAVIA族化合物半导体是用于薄膜太阳能电池结构的优异吸收剂材料。特别地，通常称为CIGS(S)、或Cu(In，Ga)(S，Se)2或CuIn1-xGax(SySe1-y)k(其中0≤x≤1，0≤y≤1且k约为2)的Cu、In、Ga、Se和S的化合物已经用于产生接近20％转化效率的太阳能电池结构。应该注意，化学式中的符号“Cu(X，Y)”意指X和Y从(X＝0％和Y＝100％)到(X＝100％和Y＝0％)的所有化学组成。例如，Cu(In，Ga)意指从CuIn到CuGa的所有组成。类似地，Cu(In，Ga)(S，Se)2意指Ga/(Ga+In)摩尔比从0到1变化且Se/(Se+S)摩尔比从0到1变化的整族化合物。
在图1中显示了常规IBIIIAVIA族化合物光伏电池例如Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2薄膜太阳能电池的结构。在衬底11例如玻璃片、金属片、绝缘箔或网、或者导电箔或网上制造光伏电池10。在接触层13上方生长包含Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2族材料的吸收膜12，接触层13预先沉积在衬底11上并且充当器件的吸收膜12的电接触部。衬底11和接触层13形成基底20，在该基底上形成吸收膜12。包含Mo、Ta、W、Ti和它们的氮化物的各种接触层已用于图1的太阳能电池结构中。如果衬底本身是适当选择的导电材料，则可能不使用接触层13，因为衬底11此时可以用作器件的欧姆接触部。在生长吸收膜12后，在该吸收膜12上形成透明层14或窗口层例如CdS、ZnO、CdS/ZnO或CdS/ZnO/ITO叠层。辐射15穿过透明层14进入器件。还可在透明层14上方沉积包含主栅线(busbar)和副栅线(finger)的金属栅格图案或指状物图案(未示出)来减小器件的有效串联电阻。吸收膜12优选的电类型是p-型，透明层14优选的电类型是n-型。然而，还可使用n-型吸收剂和p-型窗口层。图1的优选器件结构被称为“衬底型”结构。还可通过在透明覆层(superstrate)例如玻璃或透明聚合物箔上沉积透明导电层、并然后沉积Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2吸收膜、和最后通过导电层形成器件的欧姆接触部来构造“覆层型”结构。在这种覆层结构中，光从透明的覆层侧进入器件。
如果图1中所示的CIGS(S)型电池的衬底11是金属箔，则在照射下相对于透明层14在衬底11上产生正电压。换言之，可以连接到衬底11的电线(未示出)将构成太阳能电池10的(+)端而可以连接到透明层14(或者连接到可以沉积在透明层14上的金属栅格图案的主栅线)的引线(未示出)将构成太阳能电池的(-)端。
在制造后，通过使单体太阳能电池彼此电连接(通常串联)即通过将一个电池的(+)端与相邻电池的(-)端连接而典型地将单体太阳能电池组装成太阳能电池串(string)和电路(circuit)。这种方式提高了太阳能电池电路的总电压。然后将太阳能电池电路叠加到保护性封装件中以形成光电模块。
对于图1的器件结构，如果衬底11是导电金属箔，可以通过在一个特定电池的背侧或未被照射侧处将衬底11与在相邻电池的前侧或受照射侧的栅格图案(未示出)的主栅线连接来进行电池的彼此串联。一般工业做法是使用传导引线(优选为扁平导体或条带(ribbon)的带状物(strip)形式)将多个太阳能电池互相连接以首先形成电池串，然后形成电路且然后形成模块。这样的条带典型地由涂覆有锡和/或银的铜制成。对于标准的基于晶态Si的技术，借助于合适的焊接材料将条带连接到模块结构中的电池的前侧和背侧，这是因为电池的顶部栅格图案和电池的底接触部均包含可易于焊接的金属材料例如银。加工温度超过200℃，典型地超过300℃的高温焊料可以用于Si电池的互连以形成“串”，然后可以通过称作“总线连接(bussing)”的方法将所述串互连以形成电路。将所述电路叠加在保护性封装件中形成模块。
不同于Si太阳能电池，图1的薄膜IBIIIAVIA族化合物太阳能电池可以在金属箔衬底例如柔性不锈钢网或铝合金箔上进行制造。这些材料可能不容易进行焊接，特别是因为这种类型的太阳能电池的加工温度限于低于约250℃，优选低于200℃。因此，在将它们互连期间通常使用导电粘合剂将Cu条带连接到这类太阳能电池的金属衬底的栅格图案的主栅线以及背接触部或背表面。虽然这样的技术在产品中使用，但是仍需要降低通过导电粘合剂连接到金属箔衬底背表面的电接触部的接触电阻。接触部对金属箔衬底背表面的附着性也需要改善。
在典型的太阳能电池串或电路制造过程中，首先除Cu条带外完整地加工太阳能电池。换言之，电池包含导电底接触部或背接触部以及顶接触部，所述顶接触部在前侧上包含具有主栅线和副栅线的栅格图案或指状物图案。然后在标准照射下测量电池并且根据它们的效率或短路电流值进行分类或分级(binned)。这种方法通常称作“电池分选(sorting)”。电池分选良好地适用于标准Si太阳能电池，因为标准Si太阳能电池的底接触部和顶部栅格图案均包含高度导电的材料例如丝网印制的银。因此，当将电池置于金属平台上时，优选用真空抽吸使得在金属平台和电池背侧之间建立良好的物理接触，在金属平台和电池背侧之间获得低电阻欧姆接触。然后通过临时性的回弹式接触点接触顶部栅格图案的主栅线，并且照射电池的前表面。在临时性接触脚(pin)和接触器件背侧的金属平台之间测量照射下的电流-电压特性。因为电池背表面和金属平台之间的电接触良好，所测得的I-V特性没有受到该电接触的很大影响。在电池分选后，将各个级别中的表现出不同I-V特性的器件串接在一起。将这种方法匹配的电池互连以使电池串的效率最大化。将多个电池串互连以形成电路，并且将多个电路包封在保护性封装件中以形成模块。在电池串接期间，通过将Cu条带焊接到第一电池的背接触部和第二电池的主栅线(或通过导电粘合剂)而将第一电池背表面上的背接触部电连接至第二电池的前接触部或主栅线。存在多种自动化制造工具可用于串接已分级或分选的电池以形成电池串。可理解的是，在将Cu-条带连接到太阳能电池背表面之前测量该太阳能电池的I-V特性即电池分选或分级或分类的能力对于这种工艺流程是重要的。没有这种能力时，高产量串接工具不能够以最佳效率形成良好匹配的串和模块。应该注意，如果将不匹配的电池而不是分选或分类的电池互连以形成串，则该串的效率将由该串中最低性能的器件所支配。
在金属箔衬底上制造的CIGS薄膜太阳能电池就电池分选而言存在挑战。当使用具有前表面和背表面的金属箔制造基于金属箔的CIGS太阳能电池时，首先在金属箔衬底的前表面上方形成吸收层，然后将窗口层例如CdS/ZnO叠层或CdS/ZnO/ITO叠层沉积在吸收层上，并且在窗口层顶部上形成具有主栅线的指状物图案。在制造后，电池需要进行测量和分级。然而，用于制造这类太阳能电池的金属箔例如不锈钢箔和基于铝合金的网，在电池制造期它们暴露于空气和所用各种处理环境的背表面上产生导电差、电阻高的表面膜。在这样的处理期间金属箔还经历100-600℃的高温。其结果是，当将完成的CIGS电池置于金属平台上用以测量其I-V特性时(在将Cu条带连接到其背表面之前)，金属平台和器件背表面(其是所述箔衬底的背表面)之间的电接触是差的。因此，测得的I-V特性，特别是器件的填充系数受到该电接触的电阻的负面影响。因为电池的背表面和金属平台之间的接触电阻取决于金属衬底背侧上导电不良的表面膜的电阻和厚度，因此接触电阻在电池间变化并且不恒定。其结果是，基于金属箔的CIGS太阳能电池的分级或分选不可靠。因此，使用这样分级的电池制造的串不会产生如果电池得到可靠分级所能提供的最高转化率。
因此，对于基于金属箔的薄膜太阳能电池，需要开发使得能够进行电池分选的方法。还需要降低接触电阻和增强连接到金属箔衬底背侧的接触引线例如Cu条带的附着性。这样的改进有望提高器件效率和可制造性以及这些模块的长期可靠性。
发明概述
描述了形成具有金属箔衬底的薄膜太阳能电池的系统和方法。
在一方面，在金属箔衬底的前表面上方形成半导体吸收膜之后，在加工室中使用材料去除方法处理金属箔衬底的背表面以形成经处理的背表面。
在另一方面，在加工室中实施材料去除方法并同时在半导体吸收膜上方沉积透明导电层。
在一个特别方面，提供了包括以下步骤的方法：提供具有前表面和背表面的金属箔衬底；在金属箔衬底的前表面上方形成半导体吸收膜，该形成步骤还致使在金属箔衬底的背表面上形成表面膜；在加工室中从背表面除去表面膜的至少一部分从而在金属箔衬底的背表面上形成经处理的背表面接触区；以及在加工室中在半导体吸收膜上方沉积透明导电层。
在另一个特别方面，提供了包括以下步骤的方法：提供具有前表面和背表面的金属箔衬底；在金属箔衬底的背表面上形成牺牲层，该牺牲层对VIA族材料基本上不起反应；在金属箔衬底的前表面上方生长IBIIIAVIA族吸收膜；在加工室中从背表面除去牺牲层从而形成经处理的背表面接触区；以及在加工室中在IBIIIAVIA族吸收膜上方沉积透明导电层。
在另一个特别方面，提供了一种系统，该系统包括：用于将连续柔性工件供给到该系统中的移动机构，该连续柔性工件包括具有IBIIIAVIA族化合物吸收层的连续导电衬底，所述吸收层位于该连续导电衬底的前表面上方；位于加工室内的透明导电层沉积子系统，以使用至少一个材料沉积装置在IBIIIAVIA族化合物吸收层上形成透明导电层；和含有至少一个位于加工室内的材料去除装置的处理子系统，以便在IBIIIAVIA族化合物吸收层上形成透明导电层时，施加材料去除处理从而将表面膜从连续导电衬底的背表面除去并且获得经处理的背表面接触区。
本文描述了本发明的这些和其它方面以及优点。
附图简要描述
图1是现有技术太阳能电池的侧面示意图；
图2A是沿着图2B中线2A-2A截取的两个太阳能电池的侧面示意性横截面图，其中使用本发明方法的实施方案互连所述太阳能电池；
图2B是图2A中所示太阳能电池的顶部示意图；
图3是根据本发明实施方案的设备的示意图；
图4A是有待在图3设备中进行处理的柔性工件的示意性横截面图；
图4B是根据本发明实施方案形成的太阳能电池结构的示意性横截面图；
图4C是根据本发明另一个实施方案形成的另一个太阳能电池结构的示意性横截面图。
发明详述
本发明提供了在分类、分级或分选电池之前和在将接触引线施加到金属衬底的背表面用以将太阳能电池互相连接形成串、电路和模块之前对具有金属衬底的太阳能电池的背表面实施处理的方法和设备。将使用优选用于在柔性金属箔衬底上形成的薄膜CIGS太阳能电池的互连方法或串接方法来描述本发明。对太阳能电池背表面即金属箔衬底背表面的至少一部分，在通过连接丝线或条带建立与这类表面的电接触之前施加所述处理方法。在一个实施方案中，该处理方法包括干式蚀刻方法。应该注意，干式蚀刻是指不使用任何液体化学品或蚀刻剂从衬底背表面除去材料的蚀刻方法，处理中仅产生挥发性副产物。干式蚀刻可以通过下列中的任何来完成：1)使用化学反应性气体或等离子体，通过消耗材料的化学反应；2)材料的物理去除，通常通过动量传递；或3)物理去除和化学反应二者的组合。等离子体蚀刻为纯粹化学干式蚀刻技术的实例。在另一方面，其中待蚀刻的表面作为阴极且被气体离子轰击的物理溅射蚀刻、和离子束铣削(ion beam milling)是纯粹物理干式蚀刻技术的实例。最后，反应性离子蚀刻是利用物理处理和化学处理二者的干式蚀刻的实例。在本发明的优选实施方案中，干式蚀刻处理为物理干式蚀刻处理。
在另一个实施方案中，在将透明导电层沉积在CIGS吸收层上方时进行干式蚀刻处理。因此，在同一处理工具中进行透明导电层沉积以及金属衬底背表面的干式蚀刻。在一个实施方案中，以卷到卷方式在长网形式的器件结构上进行干式蚀刻和透明导电层沉积处理。干式蚀刻处理从衬底背表面除去了至少一部分不需要的高电阻率材料膜。如背景技术段落中所描述，这类不需要的材料膜可以在用于形成太阳能电池结构的各种加工步骤期间，或在该结构暴露于空气期间在背表面上形成。这样的加工步骤包括但不限于硒化和缓冲层(例如CdS)沉积等。不需要的高电阻材料的去除提供了新生的柔性箔衬底背表面，电池分选系统的金属平台可有效接触该新生的柔性箔衬底背表面。因此，本发明使得能够进行电池分选。此外，由处理步骤产生的金属箔衬底新生背表面提供了在串接期间将引线连接到其上时产生充分附着的低电阻欧姆接触的良好表面。
在替代性的实施方案中，在所述处理过程之后将导电层沉积在金属衬底的背表面上方。该导电层提供了导电性新生表面，电池分选系统的金属平台可有效接触该导电性新生表面。因此，本发明使得能够进行电池分选。此外，导电层的新生表面提供了在串接期间将引线连接到其上时产生充分附着的低电阻欧姆接触的良好表面。
在另一个实施方案中，在金属箔衬底的前表面上方形成太阳能电池吸收体之前，首先在金属箔衬底的背表面上沉积牺牲性表面保护层，然后在通过连接丝线或条带建立与金属衬底的背表面的电接触之前，在电池加工周期的终了除去该牺牲性表面保护层。除去牺牲性表面保护层的优选方法是干式蚀刻处理例如离子铣削或蚀刻。在一个优选的实施方案中，在将透明导电层沉积在CIGS吸收层上时进行牺牲性表面保护层的去除。因此，在同一处理工具中进行透明导电层沉积以及牺牲性表面保护层的干式蚀刻。在替代性的实施方案中，在除去牺牲性表面保护层的步骤之后将导电层沉积在金属衬底的背表面上方。在将引线连接到器件的背表面时该导电层确保良好的欧姆接触。
图2A和2B显示了通过导电引线102互连，或使用本发明方法互连的示例性太阳能电池100例如第一太阳能电池100A和第二太阳能电池100B。虽然使用两个太阳能电池例示该方法，但是通过使用本发明的互连或串接方法，可以将多个太阳能电池互连形成串和电路。导电引线可以是金属条带，优选由铜或任何其它导体制成的导电带。每个太阳能电池100包含具有背表面105的基底部分104和具有前表面107的前部分106。基底部分104包括衬底108和在该衬底上形成的接触层110。对于该实施方案，优选的衬底材料可以是金属材料例如不锈钢、铝(Al)等。示例性接触层材料可以是钼(Mo)。前部分106可以包含在接触层110上形成的吸收层112例如CIGS吸收层，和在吸收层上形成的透明层114例如缓冲层/TCO叠层，其中TCO表示透明导电氧化物。应该注意，透明层114可以是包含高电阻层(例如透明的硫化物缓冲层)和高度导电透明层(例如TCO)的叠层。然而，透明层114的总电导率将由其叠层内的最高电导率层(例如TCO)支配。在该方面，透明层114有时被称作导电透明层，尽管在其结构内可以存在不导电或导电差的层。示例性缓冲层可以是(Cd，Zn)S层。示例性TCO层可以是ZnO层、氧化铟锡(ITO)层或者包含ZnO和ITO二者的叠层。可以如图2B中所示在前表面107上方形成端子115或者包括主栅线116和导电副栅线118的指状物图案。
导电引线或条带102将太阳能电池100A的背侧105上形成的接触区120与太阳能电池100B的端子115电连接。当然，在多个太阳能电池串接方案中，还可以在太阳能电池100B的背侧上形成另一个接触区以将太阳能电池100B与下一个太阳能电池(未示出)连接，如此等等。通过处理衬底108的背表面105的至少一部分在太阳能电池100A的背表面105上形成接触区120。处理方法是干式蚀刻方法，优选为可以任选随后进行导电层沉积步骤的离子铣削方法。在优选实施方案中，该处理方法在用于透明层沉积的同一工具中进行。该处理方法从背表面105除去至少一部分不需要的材料层，例如氧化物、硒化物、硫化物和其它材料，并且暴露出新生衬底材料本身，从而形成基本上没有高电阻物质的接触区。这种新暴露的衬底背表面部分在该衬底上为导电引线提供了稳固的结合位置。在该方面，如图2A和2B中所示，可以将接触区120限制到太阳能电池100A背表面105上的接近太阳能电池100B的位置。或者可以按延伸跨过背表面并且与主栅线的突起部分对齐的条带形式形成接触区。优选地，可以形成接触区以覆盖整个背表面使得在电池分选期间基本上整个电池背表面与电池分选系统或工具的金属平台产生良好的电接触。
在串接处理期间，将导电引线102的第一末端102A连接到接触位置120。在将导电引线连接到接触区之前，可以将接合材料施加到接触区和第一末端102表面之一。类似地，使用接合材料将导电引线102的第二末端102B连接到太阳能电池100B的主栅线116上的位置。接合材料可以是导电粘合剂例如填充Ag的粘合剂、焊料材料等。取决于接合材料的性质，还进行合适的处理步骤例如施加热和压力以使导电引线的末端与电池接合。
图3显示了沉积透明导电层例如ZnO和/或ITO以形成薄膜CIGS太阳能电池结构和同时在连续柔性工件302上进行本发明的方法以形成经处理的太阳能电池结构303的卷到卷系统300。在图4A中例示了连续柔性工件302，在图4B和4C中分别以太阳能电池结构303A和303B例示了经处理的太阳能电池结构303的两种形式。参照图4A，连续工件302包含具有背表面和前表面400A的金属箔衬底400。在前表面400A上形成接触层402。在接触层402上方形成太阳能电池吸收体403例如IBIIIAVIA族化合物层，和在该太阳能电池吸收体403上方形成可选的缓冲层404。如前文所述，缓冲层404可以是硫化物层例如硫化Cd或硫化In等。连续工件302具有顶部暴露表面405和底部暴露表面406。如先前所讨论，在金属衬底400的背表面上存在需要被除去的表面膜401。
图3的卷到卷系统300具有装载隔室350、加工隔室360和卸载隔室370。连续柔性工件302以进料卷310的形式被装载到装载隔室350中，延伸到加工隔室360中，经处理的太阳能电池结构303在卸载隔室70中被卷起形成接收卷311。在加工期间，以卷到卷方式将柔性工件302的连续段从加载隔室350移至加工隔室360并进入卸载隔室370中并同时在加工隔室360中对柔性工件302施加本发明的方法。
在加工隔室360中可以具有包括处理装置363A、363B的处理子系统363，和包括可以沿着转筒361的圆周放置的装置362A-362D的沉积子系统360。每个子系统363或360可以包括一个或多个装置。应该理解，还可以使用线性或顺列(in-line)工具设计替代转筒构造来实施本发明。对处理装置363A、363B进行配置使得它们可对柔性工件302的底部暴露表面406施加处理。对沉积装置362进行配置使得它们可在柔性工件302的顶部暴露表面405上方沉积材料。在图4A的使用柔性工件302的示例性方法中，在一段柔性工件302行进到处理装置363A的前方时，向底部暴露表面406施加材料去除处理。如图4B中所示，这些材料去除处理可以优选包括干式蚀刻例如等离子体蚀刻(RF或DC)和离子铣削处理，并且它们从金属衬底的背表面除去表面膜401从而留下新生表面407。然后柔性工件的经清洁段行进到沉积装置362并且从其前方通过，该沉积装置在顶部暴露表面405上沉积至少一种透明导电材料(例如氧化锌、氧化铟锡和氧化铟锌)，从而形成透明导电层411。其结果是，当原始柔性工件的所述段离开最后沉积装置362的附近时，其具有图4B中所示的太阳能电池结构303A。太阳能电池结构303A具有经清洁处理的底部表面407，和沉积在缓冲层404上的透明导电层411。应该注意，还可以使用另外的处理装置363B，并且可以使用这种附加的装置将更多的材料去除处理例如干式蚀刻施加到背表面以获得更好的清洁。可以在另一个工具中进一步处理这种结构以在透明导电层411的顶部表面410上沉积指状物图案或端子结构。用于透明导电层411的沉积处理优选为溅射处理例如RF溅射、DC溅射、RF-DC溅射、DC-脉冲溅射、反应性溅射等。透明导电层可以包含非掺杂ZnO/掺杂ZnO的叠层、非掺杂ZnO/ITO的叠层或非掺杂ZnO/氧化铟锌的叠层等。
参照图5，该图显示了在沉积端子结构314之后完成的太阳能电池结构500的顶视图，优选使用丝网印制方法，在透明导电层411的顶部表面410上形成端子结构314。端子结构314包括以鱼骨式(fishbone)设计进行配置的主栅线316和导电副栅线318。虚线描绘了在本发明的方法后从连续工件切割出的各个单体电池的位置。如从前述讨论可理解的，完成的太阳能电池结构500易于切割成单体太阳能电池并然后使单个太阳能电池互连形成电路和模块。经清洁处理的底部表面407具有低的电阻，并且可以容易地将导电引线例如铜条带连接到该经清洁的表面从而形成良好地附着到金属衬底的低电阻接触部。
金属衬底400背表面上的表面膜401可以是由整个制造方法的预先处理步骤产生的氧化物膜、硫化物膜、硒化物膜等。这些步骤包括形成接触层402、太阳能电池吸收层403和缓冲层404的处理步骤。此外，已知金属箔(例如不锈钢和铝基箔)的暴露形成包含例如氧化铬和氧化铝的钝化氧化物表面。作为替代，在前述预先加工步骤期间表面膜401可以是有意形成的牺牲性膜以保护金属衬底。因此，其例如可以包含阻止与VIA族材料反应的氧化物、氮化物、碳化物等，且因此在含有VIA族材料例如Se和S的加工气氛中于高温下形成IBIIIAVIA族化合物吸收体期间保护金属衬底400。在任何情形中，可以存在于表面膜401中的所有这些材料可以将高电阻引入到表面并且需要参照本发明按上文所述加以去除。
在替代性的实施方案中，使用处理装置363A和363B对金属箔衬底的背侧施加去除处理和沉积处理。例如，如果处理装置363A对背侧施加去除处理并且处理装置363B对其施加沉积处理，则可以获得图4C中所描述的太阳能电池结构303B。在该情况下，经清洁处理的底部表面407被高电导率层408涂覆从而提供清洁和新生的表面409。高电导率层可以是可提供与金属衬底400的低欧姆接触的任何合适的膜。对该层材料的选择没有限制，因为在形成太阳能电池中使用的具有反应性环境的所有高温度步骤已经结束。因此，例如Ni、Cu、Ag、Al、Zn、Mo、Cr、W、Ta、金属合金、焊料材料等的薄层适合作为高导电层408，然而如果在例如CIGS吸收层形成之前在金属箔的背表面上沉积例如薄的Ni、Cu或Ag层，则在处理期间Ni、Cu和Ag将与Se反应形成高的硒化Ni、硒化Cu和硒化Ag相，这些相可产生高电阻率膜、剥落和其它问题例如颗粒产生。可用于高导电层408的其它材料包括但不限于导电氮化物例如Mo、W、Ti的氮化物等。
虽然就某些优选实施方案描述了本发明，但本领域技术人员可想到这些实施方案的变体。

Claims (56)

1.一种形成薄膜太阳能电池的方法，该方法包括：
提供具有前表面和背表面的金属箔衬底；
在金属箔衬底的前表面上方形成半导体吸收膜，该形成步骤还致使在金属箔衬底的背表面上形成表面膜；
在加工室中从背表面去除表面膜的至少一部分从而在金属箔衬底的背表面上形成经处理的背表面接触区；以及
在加工室中在半导体吸收膜上方沉积透明导电层。
2.权利要求1的方法，其中所述去除步骤和沉积步骤在加工室中同时进行。
3.权利要求2的方法，该方法还包括在加工室中在经处理的背表面接触区上形成导电层。
4.权利要求3的方法，该方法还包括将至少一个电引线接触部连接到导电层上的步骤。
5.权利要求4的方法，其中使用施加在导电层的暴露表面和至少一个电引线接触部之间的导电粘合剂来进行所述连接步骤。
6.权利要求2的方法，该方法还包括将至少一个电引线接触部连接到金属箔的经处理的背表面接触区上的步骤。
7.权利要求6的方法，其中使用施加在经处理的背表面接触区和至少一个电引线接触部之间的导电粘合剂来进行所述连接步骤。
8.权利要求2的方法，其中所述半导体吸收膜是IBIIIAVIA族化合物膜。
9.权利要求2的方法，其中所述透明导电层包含氧化锌、氧化铟锡和氧化铟锌中的一种。
10.权利要求1的方法，该方法还包括在经处理的背表面接触区上形成导电层。
11.权利要求10的方法，其中在经处理的背表面接触区上形成导电层在所述加工室中进行。
12.权利要求1的方法，其中材料去除处理为干式蚀刻处理。
13.权利要求12的方法，其中所述干式蚀刻处理是离子铣削和溅射蚀刻处理中的至少一种。
14.权利要求1的方法，其中所述半导体吸收膜是IBIIIAVIA族化合物膜。
15.权利要求14的方法，该方法还包括在形成IBIIIAVIA族化合物膜的步骤之前在金属箔衬底的前表面上沉积接触层的步骤。
16.权利要求15的方法，该方法还包括：
在IBIIIAVIA族化合物膜的表面上沉积缓冲层，其中该缓冲层包含氧化物、硫化物和硒化物中的至少一种；并且
其中在所述加工室中溅射沉积所述透明导电层。
17.权利要求16的方法，其中通过离子铣削和溅射蚀刻中的至少一种进行所述去除步骤。
18.权利要求16的方法，该方法还包括将至少一个电引线接触部连接到金属箔的经处理的背表面接触区上的步骤。
19.权利要求18的方法，其中使用施加在金属箔的经处理的背表面接触区和至少一个电引线接触部之间的导电粘合剂来进行所述连接步骤。
20.权利要求1的方法，其中所述金属箔衬底具有平均粗糙度小于50nm的前表面和平均粗糙度大于200nm的背表面。
21.权利要求20的方法，其中所述背表面具有大于500nm的平均粗糙度。
22.权利要求20的方法，其中所述背表面具有大于1000nm的平均粗糙度。
23.权利要求1的方法，其中所述加工室是卷到卷处理系统的加工室，其中所述金属箔衬底是连续的柔性衬底，其中形成半导体吸收膜的步骤产生包括连续柔性衬底和半导体吸收膜的连续柔性工件，并且
其中在连续柔性工件前进通过卷到卷处理系统的加工室时进行所述去除步骤和沉积步骤。
24.权利要求23的方法，其中所述半导体吸收膜是IBIIIAVIA族化合物膜。
25.权利要求24的方法，其中所述去除步骤包括干式蚀刻处理，并且通过溅射沉积进行所述沉积步骤。
26.权利要求25的方法，其中所述干式蚀刻处理是离子铣削和溅射蚀刻中的至少一种。
27.权利要求26的方法，该方法还包括在沉积透明导电层的步骤之前在IBIIIAVIA族化合物膜的表面上沉积缓冲层的步骤，其中所述透明导电层包含透明导电氧化物，所述缓冲层包含氧化物、硫化物和硒化物中的至少一种。
28.权利要求23的方法，该方法还包括在经处理的背表面接触区上形成导电层。
29.权利要求28的方法，该方法还包括在沉积透明导电层的步骤之前在IBIIIAVIA族化合物膜的表面上沉积缓冲层的步骤，其中所述透明导电层包含透明导电氧化物，所述缓冲层包含氧化物、硫化物和硒化物中的至少一种。
30.一种制造薄膜太阳能电池的方法，该方法包括：
提供具有前表面和背表面的金属箔衬底；
在金属箔衬底的背表面上形成牺牲层，该牺牲层与VIA族材料基本上不起反应；
在金属箔衬底的前表面上方生长IBIIIAVIA族吸收膜；
在加工室中从背表面去除牺牲层从而形成经处理的背表面接触区；以及
在加工室中在IBIIIAVIA族吸收膜上方沉积透明导电层。
31.权利要求30的方法，其中所述去除步骤和沉积步骤在加工室中同时进行。
32.权利要求31的方法，该方法还包括在加工室中在经处理的背表面接触区上形成导电层。
33.权利要求32的方法，该方法还包括将至少一个电引线接触部连接到导电层上的步骤。
34.权利要求33的方法，其中使用施加在导电层的暴露表面和至少一个电引线接触部之间的导电粘合剂来进行所述连接步骤。
35.权利要求31的方法，其中所述透明导电层包含氧化锌、氧化铟锡和氧化铟锌中的一种。
36.权利要求31的方法，该方法还包括将至少一个电引线接触部连接到金属箔经处理的背表面接触区上的步骤。
37.权利要求30的方法，该方法还包括在经处理的背表面接触区上形成导电层。
38.权利要求37的方法，其中在经处理的背表面接触区上形成导电层在所述加工室中进行。
39.权利要求30的方法，其中使用干式蚀刻处理进行所述去除步骤，且通过溅射沉积进行所述沉积步骤。
40.权利要求39的方法，其中所述干式蚀刻处理是离子铣削处理和溅射蚀刻处理中的至少一种。
41.权利要求40的方法，其中所述透明导电层包含氧化锌、氧化铟锡和氧化铟锌中的一种。
42.权利要求30的方法，该方法还包括在形成IBIIIAVIA族化合物膜的步骤之前在金属箔衬底的前表面上沉积接触层的步骤。
43.权利要求42的方法，该方法还包括在IBIIIAVIA族化合物膜的表面上沉积缓冲层的步骤，其中所述缓冲层包含氧化物、硫化物和硒化物中的至少一种；并且
其中在所述加工室中溅射沉积所述透明导电层，和其中使用干式蚀刻处理进行所述去除步骤。
44.权利要求43的方法，该方法还包括将至少一个电引线接触部连接到金属箔的经处理的背表面接触区上的步骤。
45.权利要求44的方法，其中使用施加在金属箔的经处理的背表面接触区和至少一个电引线接触部之间的导电粘合剂来进行所述连接步骤。
46.权利要求30的方法，其中所述牺牲层包含氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化钼、氮化钛和氮化钨中的一种。
47.权利要求30的方法，其中所述金属箔衬底具有平均粗糙度小于50nm的前表面和平均粗糙度大于200nm的背表面。
48.权利要求47的方法，其中所述背表面具有大于500nm的平均粗糙度。
49.权利要求47的方法，其中所述背表面具有大于1000nm的平均粗糙度。
50.一种沉积用于制造太阳能电池的透明导电层的系统，该系统包含：
用于将连续柔性工件供给到该系统中的移动机构，该连续柔性工件包括具有IBIIIAVIA族化合物吸收层的连续导电衬底，所述吸收层位于该连续导电衬底的前表面上方；
位于加工室内的透明导电层沉积子系统，以使用至少一个材料沉积装置在IBIIIAVIA族化合物吸收层上形成透明导电层；和
含有至少一个位于加工室内的材料去除装置的处理子系统，以便在IBIIIAVIA族化合物吸收层上形成透明导电层时，施加材料去除处理从而将表面膜从连续导电衬底的背表面除去并且获得经处理的背表面接触区。
51.权利要求50的系统，其中所述处理子系统还包含至少一个沉积装置用以将导电层沉积到经处理的背表面上。
52.权利要求50的系统，该系统还包含具有进料卷的加载站以将连续柔性工件从该进料卷供给到加工室中。
53.权利要求52的系统，该系统还包含具有接收卷的卸载站以在连续柔性工件离开加工室后将其接收和卷起。
54.权利要求50的系统，其中至少一个材料去除装置包括干式蚀刻装置。
55.权利要求54的系统，其中所述干式蚀刻装置是离子铣削装置和溅射蚀刻装置中之一。
56.权利要求55的系统，其中至少一个材料沉积装置包括溅射装置。
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