CN102254967A - 薄膜太阳电池、组件及制造方法 - Google Patents

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CN102254967A CN2011101830881A CN201110183088A CN102254967A CN 102254967 A CN102254967 A CN 102254967A CN 2011101830881 A CN2011101830881 A CN 2011101830881A CN 201110183088 A CN201110183088 A CN 201110183088A CN 102254967 A CN102254967 A CN 102254967A
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Abstract

本发明提供薄膜太阳电池、组件及制造方法。本发明的薄膜太阳电池包括：衬底；第一透明导电氧化物层，形成于所述衬底之上；至少一个NIP结，形成于所述第一透明导电氧化物层之上；第二透明导电氧化物层，形成于所述NIP结之上；其特征在于，在所述衬底和第一透明导电氧化物层之间形成本征半导体黏附层和金属薄膜层，所述本征半导体黏附层与所述衬底相接触，所述金属薄膜层与所述第一透明导电氧化物层相接触。本发明还提供一种制造该电池的方法以及一种制造薄膜太阳电池组件的方法。本发明解决了现有技术在制造NIP结构电池组件中的高损耗、图形化难的问题。

Description

薄膜太阳电池、组件及制造方法
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体地说涉及薄膜太阳电池、组件及制造方法。
背景技术
硅基薄膜电池根据生长顺序可分为PIN和NIP结构，但在应用中为了获得高的转换效率，P层通常作为窗口层，太阳光通过该层进入电池。结构为PIN的电池通常生长在高透光的超白玻璃衬底上，利用激光可以较为容易地实现图形化，从而实现电池的串联和并联结构，形成组件。但该结构中玻璃界面的反光造成了约8％的入射光损失；另一方面，P//I界面在生长过程中，难以控制生长P层后掺杂剂对I层的沾污。目前主要通过以下技术来克服P层掺杂剂向I层的渗透影响：(1)采用多腔室生长；(2)在单腔室生长的情况下，利用水汽处理来去除杂质(例如硼)。但第一种方法增加了设备成本，第二种方法容易造成残余沾污，影响了器件性能。
相对于PIN，NIP结构的电池对衬底的要求大大较低，不锈钢、塑料膜和玻璃都可以作为NIP电池的衬底。这种电池结构在制作工艺中可以避免P层掺杂剂对膜层和腔室的沾污，也可以很好地控制P/I界面处掺杂分布状况，无需复杂的设备结构和多余处理工艺。从相关文献报道来看，NIP结构的电池容易得到优于PIN的性能，并可以通过对顶电池封装材料的优化选择来满足高透光和轻薄化的要求。采用NIP结构能够很容易将非晶硅电池的电压控制在0.9V以上，微晶硅电池的电压控制在0.5V以上。并且易于引入微晶硅替代非晶硅作为顶电池接触层，减少前电极(透明导电氧化物层)与接触层的界面电阻，同时减少接触层对入射光的吸收，提高器件的在可见光波段的量子效率。
但由于衬底材料的不透光或难以承受高温，通常难以利用激光划线来对膜层进行图形化，使得电池在实现串、并联过程中因透明电极和串联结构引入的电阻损耗大大高于NIP结构的电池和组件。因此，目前NIP结构的商用组件效率偏低。
综上所述，目前的NIP结构的薄膜太阳电池存在电阻损耗高和图形化困难的缺陷。
发明内容
本发明提供一种薄膜太阳电池、组件及制造方法，用于解决现有薄膜太阳电池制造技术存在的电阻损耗高、图形化困难等缺陷，简单、高效地制造出高性能太阳薄膜电池。
根据本发明的一个方面，提供一种薄膜太阳电池，其中，包括：
衬底100；
第一透明导电氧化物层410，形成于所述衬底100之上；
至少一个NIP结510，形成于所述第一透明导电氧化物层410之上；
第二透明导电氧化物层610，形成于所述NIP结510之上；
其特征在于，
在所述衬底100和第一透明导电氧化物层410之间形成本征半导体黏附层210和金属薄膜层310，所述本征半导体黏附层210与所述衬底100相接触，所述金属薄膜层310与所述第一透明导电氧化物层410相接触。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造薄膜太阳电池的方法，其中，包括以下步骤：
提供一衬底100，在所述衬底100上形成第一透明导电氧化物层410；
在所述第一透明导电氧化物层410上形成至少一个NIP结510；
在所述NIP结510上所述第二透明导电氧化物层610；
其特征在于，
在所述衬底100和第一透明导电氧化物层410之间形成本征半导体黏附层210和金属薄膜层310，所述本征半导体黏附层210与所述衬底100相接触，所述金属薄膜层310与所述第一透明导电氧化物层410相接触。
根据本发明的又一个方面，提供一种制造薄膜太阳电池组件的方法，包括以下步骤：
(a)提供一衬底100，在所述衬底100上形成本征半导体黏附层210；
(b)在所述本征半导体黏附层210上形成金属薄膜层310；
(c)在所述本征半导体黏附层210和金属薄膜层310，形成第一开口P0；
(d)在所述金属薄膜层310上形成第一透明导电氧化物层410，所述第一透明导电氧化物层410填充所述第一开口P0；
(e)在所述本征半导体黏附层210、金属薄膜层310和第一透明导电氧化物层410上，紧邻所述第一开口P0形成第二开口P1；
(f)在所述第一透明导电氧化物层410上形成至少一个NIP结510，所述NIP结510中的N层510n填充所述第二开口P1；
(g)在所述NIP结510上，形成第三开口P2，所述第三开口P2形成于所述第一开口P0的位置，且所述第三开口P2的宽度小于所述第一开口P0；
(h)在所述NIP结510上形成第二透明导电氧化物层610，所述第二透明导电氧化物层610填充所述第三开口P2；
(i)在所述第二透明导电氧化物层610上形成第四开口P3，所述第四开口P3紧邻所述第三开口P2，且位于所述第三开口P2相对于所述第二开口P1的另一侧。
根据本发明的一个优选实施例，在所述薄膜太阳电池组件的正极一端只形成第二开口P1。
本发明采用了本征半导体黏附层和高反光金属薄膜层的组合结构，使得NIP电池易于利用激光划线的图形化来实现组件的串、并联结构，同时兼顾了电池在背电极处高反光特性，使得NIP电池效能的特点得以保留，激光图形化能有效减少组件的电阻损耗，从而得到高性能的NIP硅基薄膜组件。
本发明利用玻璃衬底生长NIP电池结构，在NIP电池生长前通过预沉积一层作为本征半导体黏附层的窄带隙本征薄膜和一层高反光的金属薄膜层，使得该结构电池的背电极具有了高反光的特性，同时可以利用激光从背电极进行划线来解决图形化的问题，从而有效减少NIP结构电池在连成组件时的电阻损耗，提高光电转换效率。
本发明的薄膜太阳电池结构对玻璃的不平整度和缺陷的容忍度也可以大大提高，一方面可以使用更为廉价的玻璃作为衬底，另一方面利用钢化玻璃或热增强玻璃等(含有大量表面微缺陷)作为衬底的组件功率和成品率将得到明显提升。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为根据本发明的制造薄膜太阳电池组件的方法的一个具体实施方式的流程图；
图2为根据本发明的制造薄膜太阳电池组件的方法的另一个具体实施方式的流程图；
图3-11(b)为根据本发明的制造薄膜太阳电池组件的方法的实施例的不同阶段的示意性截面图；
图12(a)-13(b)为根据本发明的薄膜太阳电池的结构的实施例的不同阶段的示意性截面图；
图14为根据本发明的制造薄膜太阳电池的方法的一个具体实施方式的流程图；
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
参考图1，图1本发明的形成薄膜太阳电池的方法的一个具体实施方式的流程图。
在步骤S101中，提供一衬底100，在衬底100上形成本征半导体黏附层210。
本发明中采用玻璃作为衬底100，尤其是可以选用缺陷玻璃、不锈钢、塑料等材料作为衬底100，大大减小了制造薄膜太阳电池的成本。
形成本征半导体黏附层210的材料为非晶硅，厚度为50nm。上述本征半导体黏附层210还可以为非晶锗、非晶氧化硅及非晶硅锗，并且上述本征半导体黏附层210也可以为非晶硅、非晶锗、非晶氧化硅和非晶硅锗中至少两项的组合。上述本征半导体黏附层210的厚度不限于50nm，其厚度范围为20nm～2000nm。
上述本征半导体黏附层210可采用化学气相沉积，溅镀和/或其他合适的方法形成。
在步骤S102中，在所述本征半导体黏附层210上形成金属薄膜层310。
形成金属薄膜层310的材料为高反光金属，上述高反光金属层为银和铝组成的双层薄膜，其厚度为100nm。上述金属薄膜层310还可以为银、铝、金等材料形成的单层薄膜，或者其组合构成的多层复合薄膜。该金属薄膜层310的厚度范围为20nm～800nm。
上述金属薄膜层310采用化学气相沉积的方法形成。
可选的，上述金属薄膜层310还可以采用常压化学气相沉积(APCVD)技术和溅镀技术(Sputter Deposition System)形成。
如图3所示，图中100为衬底100，210为本征半导体黏附层210，310为金属薄膜层310。
在步骤S103中，在所述本征半导体黏附层210和金属薄膜层310，形成第一开口P0。如图4所示。可采用激光垂直或者成一定角度烧蚀所述本征半导体黏附层210和金属薄膜层310，并停止于衬底100上表面。另外，还可以采用化学刻蚀的方法形成所述第一开口P0，例如可采用氢氟酸试剂等。
通常采用光纤激光器对所述本征半导体黏附层210和金属薄膜层310进行烧蚀划线。本发明中，采用YAG激光器来实现这一应用。YAG激光器输出的激光一般为小于400W的连续激光，能够克服工作介质有时会使输出功率、光斑大小和光束质量发生波动的限制，能够有效避免激光参数随时间变化而造成的产品性能的不稳定。
每一个第一开口P0为激光两次划线制成。即第一开口P0由平行、相邻且不交叉的两个开口组成。
可选的，还可以采用红光、绿光等激光器来进行烧蚀。
在步骤S104中，在所述金属薄膜层310上形成第一透明导电氧化物层410，所述第一透明导电氧化物层410填充所述第一开口P0。如图5所示。在沉积第一透明导电氧化物层410时，第一透明导电氧化物材料会填充第一开口P0，使第一开口P0中填满第一透明导电氧化物材料。
上述第一透明导电氧化物层410采用二氧化硅材料，用化学气相沉积的方法沉积而成。
可选的，上述第一透明导电氧化物层410的材料还可以为氧化锡(SnO2)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟(In2O3)，以及近几年受到瞩目的氧化锌(ZnO)掺杂其他元素(如B、Ga、Al等)等材料。
可选的，形成第一透明导电氧化物层410还可以采用常压化学气相沉积(APCVD)技术和溅镀技术(Sputter Deposition System)。
在步骤S105中，在所述本征半导体黏附层210、金属薄膜层310和第一透明导电氧化物层410上，紧邻所述第一开口P0形成第二开口P1。如图6所示。
可采用激光垂直或者成一定角度烧蚀所述本征半导体黏附层210、金属薄膜层310和第一透明导电氧化物层410，并停止于衬底100上表面。另外，还可以采用化学刻蚀的方法形成所述第二开口P1，例如可采用氢氟酸试剂等。
值得注意的是，在形成薄膜太阳电池组件正极的一端，也可以只形成第二开口P1。如图6所示，要在电池组件的右侧形成正极，左侧形成负极。即可在第一开口P0和电池右侧边缘之间用激光垂直烧蚀本征半导体黏附层210、金属薄膜层310和第一透明导电氧化物层410，并停止于衬底100的上表面，形成一个与其他第二开口P1平行的第二开口P1。
用激光垂直烧蚀本征半导体黏附层210、金属薄膜层310和第一透明导电氧化物层410，并停止于衬底100的上表面。
所述第二开口P1平行于第一开口P0，且位于第一开口P0左侧，其右侧边缘与第一开口P0左侧边缘相连但不相交。
上述激光烧蚀采用YAG激光器来完成。可选的，波长范围从红外到紫外的光纤激光器都可以采用。优选的，采用波长532nm的绿光激光器。
在步骤S106中，在所述第一透明导电氧化物层410上形成至少一个NIP结510，所述NIP结510中的N层510n填充所述第二开口(P1)。
如图7(a)所示，在第一透明导电氧化物层410上形成了一个NIP结510。
在第一透明导电氧化物层410上形成NIP结510时，所述形成N层510n的材料对第二开口P1进行填充，使得第二开口P1中充满形成N层510n的材料。
在NIP电池中，N层510n显得特别重要，因为本征层(I层)510i长在N层510n上，所以N层510n的特性会直接影响本征层510i的特性，进而影响整个电池的性能。上述N层510n采用掺磷元素的材料来制备。
可选的，可以掺杂其它III族元素的材料。
在非晶硅太阳能电池中，由于载流子的短寿命和低迁移率，使光生载流子的扩散长度大大低于电池的厚度，光生载流子只有漂移运动而无扩散运动。因此，大多数光生载流子必须在电池内部电场的驱动下才能被电极收集，否则会因复合而湮灭。作为有源区，本征层510i肩负着光生载流子的产生与收集，因此非晶硅太阳能电池能量转换效率强烈地依赖于其本征层510i的质量。
本征层510i的主要作用有两个，一是作为入射光的吸收层，要吸收尽可能多的光，产生更多的电子空穴对。这样就要求本征层510i有良好的光学吸收性能，当然，还与陷光结构和本征层510i厚度有关；第二是作为光生载流子的运输路径，要有良好的输运特性，尽可能低的缺陷态密度，尽量长的扩散长度等。
本征层510i可以采用纯硅烷制备，也可以采用氢稀释的硅烷来制备。经实验证明，采用氢稀释的硅烷制备的本征层510i稳定性更好，因此优选采用氢稀释的硅烷来制备本征层510i。
P层510p的主要作用是与N层510n一起建立内电场。作为一个电极，要有较大的电导率，以增加本征层510i上的内建电势。另外，还要具有较小的激活能，这样可以和本征层510i形成较高的势垒，增大电压。上述P层510p采用掺硼元素的材料来制备。
可选的，P层510p的材料可以是非晶硅掺杂其它V族元素的材料制成。也可以采用宽带隙高电导的微晶薄膜。
所述NIP结510可以采用化学气相沉积的方法制备。还可以采用增强化学气相沉积、射频等离子体增强化学气相沉积等方法来制备。
图7(b)是形成两个NIP结的情况。如图7(b)所示，在第一透明导电氧化物层410上顺序沉积形成NIP结510和NIP结520。在第一透明导电氧化物层410上形成NIP结510和NIP结520时，所述形成NIP结510的N层510n的材料对第二开口P1进行填充，使得第二开口P1中充满形成NIP结510的N层510n的材料。
根据需要，还可以第一透明导电氧化物层410上形成多个NIP结。当形成多个NIP结时，沉积于第一透明导电氧化物层上的NIP结的N层510n材料对第二开口P1进行填充。
在步骤S107中，在所述NIP结510上，形成第三开口P2，所述第三开口P2形成于所述第一开口P0的位置，且所述第三开口P2的宽度小于所述第一开口P0。
可采用激光垂直或者成一定角度烧蚀NIP结510，停止于第一透明导电氧化物层410的上表面。另外，还可以采用化学刻蚀的方法形成所述第三开口P2，例如可采用氢氟酸试剂等。
如前所述，第一开口P0由平行、相邻且不交叉的两个开口组成。用激光在第一开口P0中的左侧开口位置垂直烧蚀NIP结510，停止于第一透明导电氧化物层410的上表面，形成第三开口P2。
上述激光采用波长为1064nm的红外激光器。优选的，还可以采用波长为355nm的紫外激光器、波长为532nm的绿光激光器等。
实验表明，采用波长为355nm的紫外激光器或者波长为532nm的绿光激光器对NIP结510进行烧蚀，电池中的少子寿命比率相对于采用红外激光器进行烧蚀要高，也就是说，激光损伤更小。
图8(b)为激光垂直烧蚀两个NIP结510和520的情况。可选的，如果形成了多个NIP结，激光需垂直烧蚀多个NIP结，并停止于第一透明导电氧化物层410的上表面。
在步骤S108中，在所述NIP结510上形成第二透明导电氧化物层610，所述第二透明导电氧化物层610填充所述第三开口P2。
如图9(a)所示。在所述NIP结510上形成第二透明导电氧化物层610的同时，形成第二透明导电氧化物层610的材料对第三开口P2进行填充，使得第三开口P2中充满形成第二透明导电氧化物层610的材料。
上述第二透明导电氧化物层610采用氧化锌材料沉积而成。
可选的，第二透明导电氧化物层610还可采用二氧化硅、氧化锡、氧化锌组合形成的复合透明导电膜代替氧化铟锑或单层透明导电膜。复合膜具有阻挡离子污染、增大入射光吸收和抗等离子还原反应的效果。
可选的，还可以采用常压化学气相沉积(APCVD)技术和溅镀技术(SputterDeposition System)形成第二透明导电氧化物层610。
图9(b)所示为两个NIP结的情况。
在步骤S109中，在所述第二透明导电氧化物层610上形成第四开口P3，所述第四开口P3紧邻所述第三开口P2，且位于所述第三开口P2相对于所述第二开口P1的另一侧。如图10(a)所示。
可采用激光垂直或者成一定角度烧蚀第二透明导电氧化物层610，停止于NIP结510中P层510p的上表面，形成第四开口P3。另外，还可以采用化学刻蚀的方法形成所述第三开口P2，例如可采用氢氟酸试剂等。
用激光在第一开口P0中的右侧开口位置垂直烧蚀第二透明导电氧化物层610，停止于NIP结510中P层510p的上表面，形成第四开口P3。
当电池中包括多个NIP结时，激光烧蚀停留在最上方的NIP结的P层上表面。如图10(b)所示。
参考图2，图2本发明的形成薄膜太阳电池的方法的另一个具体实施方式的流程图。包括步骤S201～S210。其中，步骤S201～S209与图1中所示实施例相似或者相同。基于图1所示实施例，本实施例还包括步骤S210。
步骤S210，在所述第二透明导电氧化物层610上形成封装层710。封装层710可以覆盖于整块电池表面。可选的，所述封装层710也可以只覆盖薄膜电池的两端，即形成正、负极的两端。如图11(a)所示。
上述封装层710采用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)膜粘合平板玻璃制成。可选的，封装层材料还可以为减反射膜玻璃、绒面玻璃等玻璃材料；硅胶、树脂、聚乙烯类、含氟薄膜以及平整具有绒面结构的透光塑料膜材料等。
封装层710和第二透明导电氧化物层610中间还可采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)膜进行粘合。
乙烯-醋酸乙烯共聚物简称EVA，一般醋酸乙烯(VA)含量在5％～40％。与聚乙烯相比，EVA由于在分子链中引入了醋酸乙烯单体，从而降低了高结晶度，提高了柔韧性、抗冲击性、填料相溶性和热密封性能，被广泛应用于发泡鞋料、功能性棚膜、包装膜、热熔胶、电线电缆及玩具等领域。一般来说，EVA的性能主要取决于分子链上醋酸乙烯的含量。
聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral)简称PVB。PVB膜是半透明的薄膜，由聚乙烯醇缩丁醛树脂经增塑剂塑化挤压成型的一种高分子材料。外观为半透明薄膜，无杂质，表面平整，有一定的粗糙度和良好的柔软性，对无机玻璃有很好的粘结力、具有透明、耐热、耐寒、耐湿、机械强度高等特性，是当前世界上制造夹层、安全玻璃用的最佳粘合材料，同时在建筑幕墙、招罩棚、橱窗、银行柜台、监狱探视窗、炼钢炉屏幕及各种防弹玻璃等建筑领域也有广泛的应用。
另外，所述封装层710还可以采用直接镀膜的方式形成。如在第二透明导电氧化物层610上镀二氧化硅、三氧化二铝等单层或多层材料。使用直接镀膜的方式形成封装层结构简单、容易实现，具有大规模应用的前景。
图11(b)所示电池为具有两个NIP结510和520的情况。
图12(a)-13(b)为根据本发明的薄膜太阳电池的结构的实施例的不同阶段的示意性截面图。
如12(a)和12(b)为单NIP结的薄膜太阳电池结构。
如图12(a)所示，该薄膜太阳电池包括：衬底100；第一透明导电氧化物层410，形成于所述衬底100之上；NIP结510，形成于所述第一透明导电氧化物层410之上；第二透明导电氧化物层610，形成于所述NIP结510之上；其特征在于，在所述衬底100和第一透明导电氧化物层410之间形成本征半导体黏附层210和金属薄膜层310，所述本征半导体黏附层210与所述衬底100相接触，所述金属薄膜层310与所述第一透明导电氧化物层410相接触。
上述衬底100为普通玻璃。
可选的，还可以采用缺陷玻璃、不锈钢、塑料等材料作为衬底100。
形成本征半导体黏附层210的材料为非晶硅，厚度为50nm。
上述本征半导体黏附层210还可以为非晶锗、非晶氧化硅及非晶硅锗，并且上述本征半导体黏附层210也可以为非晶硅、非晶锗、非晶氧化硅和非晶硅锗中至少两项的组合。上述本征半导体黏附层210的厚度不限于50nm，其厚度范围为20nm～2000nm。
形成金属薄膜层310的材料为高反光金属。上述高反光金属层为银和铝组成的双层薄膜，其厚度为100nm。
可选的，上述金属薄膜层310还可以为银、铝、金等材料形成的单层薄膜，或者其组合构成的多层复合薄膜。该金属薄膜层310的厚度范围为20nm～800nm。
上述第一透明导电氧化物层410采用二氧化硅材料，用化学气相沉积的方法沉积而成。
可选的，上述第一透明导电氧化物层410的材料还可以为氧化锡(SnO2)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟(In2O3)，以及近几年受到瞩目的氧化锌(ZnO)掺杂其他元素(如B、Ga、Al等)等材料。
上述NIP结510中N层510n采用掺磷元素的材料来制备。
上述NIP结510中的非晶硅本征吸收层510i采用本领域人员熟知的常规材料即可。
可选的，可以掺杂其它III族元素的材料。
上述NIP结510中P层510p的主要作用是与N层510n一起建立内电场。作为一个电极，要有较大的电导率，以增加本征层510i上的内建电势。另外，还要具有较小的激活能，这样可以和本征层510i形成较高的势垒，增大电压。上述P层510p采用掺硼元素的材料来制备。
可选的，P层510p的材料可以是非晶硅掺杂其它V族元素的材料制成。也可以采用宽带隙高电导的微晶薄膜。
上述第二透明导电氧化物层610采用氧化锌材料沉积而成。
可选的，第二透明导电氧化物层610还可采用二氧化硅、氧化锡、氧化锌组合形成的复合透明导电膜代替氧化铟锑或单层透明导电膜。复合膜具有阻挡离子污染、增大入射光吸收和抗等离子还原反应的效果。
如图12(b)所示，在第二透明导电氧化物层610上有封装层710。
上述封装层710采用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)膜粘合平板玻璃制成。
可选的，封装层710的材料还可以为减反射膜玻璃、绒面玻璃等玻璃材料；硅胶、树脂、聚乙烯类、含氟薄膜以及平整具有绒面结构的透光塑料膜材料等。
封装层710和第二透明导电氧化物层610中间还可采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)膜进行粘合。
在非晶硅太阳薄膜电池里，NIP结可以为多个，如图13(a)和13(b)所示。
图13(a)中薄膜太阳电池包括：衬底100；第一透明导电氧化物层410，形成于所述衬底100之上；NIP结510和520，顺序形成于所述第一透明导电氧化物层410之上；第二透明导电氧化物层610，形成于所述NIP结520之上；其特征在于，在所述衬底100和第一透明导电氧化物层410之间形成本征半导体黏附层210和金属薄膜层310，所述本征半导体黏附层210与所述衬底100相接触，所述金属薄膜层310与所述第一透明导电氧化物层410相接触。其中，NIP结510包括顺序沉积于第一透明导电氧化物层410之上的N层510n、本征层510i和P层510p组成。NIP结520包括顺序沉积于NIP结510之上N层520n、本征层520i和P层520p组成。
图13(b)中薄膜太阳电池在图13(a)中薄膜太阳电池的基础上增加了封装层710。封装层710形成于第二透明导电氧化物层610之上。
双NIP结电池的各层的可选材料均与单NIP结电池相同或者相似。本领域人员当能根据本说明书中单NIP结薄膜太阳电池的介绍获知双NIP结或者多NIP结薄膜太阳电池的结构以及材料，在此不再赘述。
图14为根据本发明的制造薄膜太阳电池的方法的一个具体实施方式的流程图。
在步骤S301中，提供一衬底100，在衬底100上形成本征半导体黏附层210。
本发明中采用玻璃作为衬底100，尤其是可以选用缺陷玻璃、不锈钢、塑料等材料作为衬底100，大大减小了制造薄膜太阳电池的成本。
形成本征半导体黏附层210的材料为非晶硅，厚度为50nm。上述本征半导体黏附层210还可以为非晶锗、非晶氧化硅及非晶硅锗，并且上述本征半导体黏附层210也可以为非晶硅、非晶锗、非晶氧化硅和非晶硅锗中至少两项的组合。上述本征半导体黏附层210的厚度不限于50nm，其厚度范围为20nm～2000nm。
上述本征半导体黏附层210可采用化学气相沉积，溅镀和/或其他合适的方法形成。
在步骤S302中，在本征半导体黏附层210上形成金属薄膜层310。
形成金属薄膜层310的材料为高反光金属，上述高反光金属层为银和铝组成的双层薄膜，其厚度为100nm。上述金属薄膜层310还可以为银、铝、金等材料形成的单层薄膜，或者其组合构成的多层复合薄膜。该金属薄膜层310的厚度范围为20nm～800nm。
上述金属薄膜层310采用化学气相沉积的方法形成。
可选的，上述金属薄膜层310还可以采用常压化学气相沉积(APCVD)技术和溅镀技术(Sputter Deposition System)形成。
在步骤S303中，在金属薄膜层310上形成第一透明导电氧化物层410。
上述第一透明导电氧化物层410采用二氧化硅材料，用化学气相沉积的方法沉积而成。
可选的，上述第一透明导电氧化物层410的材料还可以为氧化锡(SnO2)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟(In2O3)，以及近几年受到瞩目的氧化锌(ZnO)掺杂其他元素(如B、Ga、Al等)等材料。
可选的，形成第一透明导电氧化物层410还可以采用常压化学气相沉积(APCVD)技术和溅镀技术(Sputter Deposition System)。
在步骤S304中，在第一透明导电氧化物层410上形成NIP结510。
上述N层510n采用掺磷元素的材料来制备。
可选的，可以掺杂其它III族元素的材料。
作为有源区，本征层510i肩负着光生载流子的产生与收集，因此非晶硅太阳能电池能量转换效率强烈地依赖于其本征层510i的质量。
本征层510i可以采用纯硅烷制备，也可以采用氢稀释的硅烷来制备。经实验证明，采用氢稀释的硅烷制备的本征层510i稳定性更好，因此优选采用氢稀释的硅烷来制备本征层510i。
P层510p的主要作用是与N层510n一起建立内电场。上述P层510p采用掺硼元素的材料来制备。
可选的，P层510p的材料可以是非晶硅掺杂其它V族元素的材料制成。也可以采用宽带隙高电导的微晶薄膜，采用微晶材料可以有效减少P层的光吸收损失。
所述NIP结510可以采用化学气相沉积的方法制备。还可以采用增强化学气相沉积、射频等离子体增强化学气相沉积等方法来制备。
可选的，还可以形成多个NIP结510，形成NIP结510的方法与上述单结情况相同，在此不再赘述。
在步骤S305中，在NIP结510上形成第二透明导电氧化物层610。
上述第二透明导电氧化物层610采用氧化锌材料沉积而成。
可选的，第二透明导电氧化物层610还可采用二氧化硅、氧化锡、氧化锌组合形成的复合透明导电膜代替氧化铟锑或单层透明导电膜。复合膜具有阻挡离子污染、增大入射光吸收和抗等离子还原反应的效果。
可选的，还可以采用常压化学气相沉积(APCVD)技术和溅镀技术(SputterDeposition System)形成第二透明导电氧化物层610。
在步骤S306中，在第二透明导电氧化物层610上形成封装层710。
封装层710采用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)膜粘合平板玻璃制成。可选的，封装层材料还可以为减反射膜玻璃、绒面玻璃等玻璃材料；硅胶、树脂、聚乙烯类、含氟薄膜以及平整具有绒面结构的透光塑料膜材料等。
封装层710和第二透明导电氧化物层610中间还可采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)膜进行粘合。
另外，所述封装层710还可以采用直接镀膜的方式形成。如在第二透明导电氧化物层610上镀二氧化硅、三氧化二铝等单层或多层材料。使用直接镀膜的方式形成封装层结构简单、容易实现，具有大规模应用的前景。
本发明利用玻璃衬底生长NIP电池结构，在NIP电池生长前通过预沉积一层作为本征半导体黏附层的窄带隙本征薄膜和一层高反光的金属薄膜层，使得该结构电池的背电极具有了高反光的特性，同时可以利用激光从背电极进行划线来解决图形化的问题，从而有效减少NIP结构电池在连成组件时的电阻损耗，提高光电转换效率。
由于采用了本征半导体黏附层和高反光金属薄膜层的组合结构，使得NIP电池易于利用激光划线的图形化来实现组件的串、并联结构，同时兼顾了电池在背电极处高反光特性，使得NIP电池效能的特点得以保留，激光图形化能有效减少组件的电阻损耗，从而得到高性能的NIP硅基薄膜组件。
从文献来看，采用NIP结构能够很容易实现非晶硅电池电压控制在0.9V，微晶硅电池电压在0.5V以上；并且易于引入微晶硅替代非晶硅作为顶电池接触层，能够减少第二透明氧化物前电极与接触层的界面电阻，同时减少了接触层的对入射光的吸收，提高器件的在可见光波段的量子效率。由于采用激光划线，组件的损耗基本不会增加。此外，有选择地选用高透光前板和膜层，将能够把入射光反射有效控制在8％(3.2mm超白浮法玻璃的反射率)以内，衬底的材料也可以换作透光性一般的廉价玻璃，由于采用了本征半导体黏附层技术，P1划线只需要形成开口，降低了玻璃表面残留物的控制要求，而PIN电池P1划线后在玻璃表面残留透明电极材料将导致严重短路，对比而言，本专利结构对玻璃的不平整度和缺陷的容忍度也可以大大提高，一方面可以使用更为廉价的玻璃作为衬底，另一方面利用钢化玻璃或热增强玻璃等(含有大量表面微缺陷)作为衬底的组件功率和成品率将得到明显提升。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他模块或步骤，单数不排除复数。

Claims (31)

1.一种薄膜太阳电池，包括：
衬底(100)；
第一透明导电氧化物层(410)，形成于所述衬底(100)之上；
至少一个NIP结(510)，形成于所述第一透明导电氧化物层(410)之上；
第二透明导电氧化物层(610)，形成于所述NIP结(510)之上；
其特征在于，
在所述衬底(100)和第一透明导电氧化物层(410)之间形成本征半导体黏附层(210)和金属薄膜层(310)，所述本征半导体黏附层(210)与所述衬底(100)相接触，所述金属薄膜层(310)与所述第一透明导电氧化物层(410)相接触。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池，其中，衬底(100)材料包括缺陷玻璃、不锈钢、塑料。
3.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池，其中，所述本征半导体黏附层(210)材料包括非晶硅、非晶锗、非晶氧化硅、非晶硅锗。
4.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池，其中，所述本征半导体黏附层(210)的厚度范围为20～2000nm。
5.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池，其中，所述金属薄膜层(310)为银、铝、金中的一层或者多层。
6.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池，其中，所述金属薄膜层(310)的厚度范围为20～800nm。
7.根据权利要求1所述的薄膜太阳电池，其中，还包括封装层(710)，所述封装层(710)形成于所述第二透明导电氧化物层(610)之上。
8.根据权利要求7所述的薄膜太阳电池，其中，采用EVA或PVB膜将所述封装层(710)粘合于所述第二透明导电氧化物层(610)之上，或采用镀膜方式将所述封装层(710)直接镀于所述第二透明导电氧化物层(610)之上。
9.根据权利要求7所述的薄膜太阳电池，其中，所述封装层(710)包括平板玻璃、减反射膜玻璃、绒面玻璃等玻璃或硅胶、树脂、聚乙烯类、含氟薄膜等平整或具有绒面结构的透光塑料膜或三氧化二铝、二氧化硅等镀膜。
10.一种制造薄膜太阳电池的方法，其中，包括以下步骤：
提供一衬底(100)，在所述衬底(100)上形成第一透明导电氧化物层(410)；
在所述第一透明导电氧化物层(410)上形成至少一个NIP结(510)；
在所述NIP结(510)上所述第二透明导电氧化物层(610)；
其特征在于，
在所述衬底(100)和第一透明导电氧化物层(410)之间形成本征半导体黏附层(210)和金属薄膜层(310)，所述本征半导体黏附层(210)与所述衬底(100)相接触，所述金属薄膜层(310)与所述第一透明导电氧化物层(410)相接触。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，衬底(100)材料包括缺陷玻璃、不锈钢、塑料。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述本征半导体黏附层(210)材料包括非晶硅、非晶锗、非晶氧化硅、非晶硅锗。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述本征半导体黏附层(210)的厚度范围为20～2000nm。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述金属薄膜层(310)为银、铝、金中的一层或者多层。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述金属薄膜层(310)的厚度范围为20～800nm。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，还包括封装层(710)，所述封装层(710)形成于所述第二透明导电氧化物层(610)之上。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，采用EVA或PVB膜将所述封装层(710)粘合于所述第二透明导电氧化物层(610)之上，或采用镀膜方式将所述封装层(710)直接镀于所述第二透明导电氧化物层(610)之上。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述封装层(710)包括平板玻璃、减反射膜玻璃、绒面玻璃等玻璃或硅胶、树脂、聚乙烯类、含氟薄膜等平整或具有绒面结构的透光塑料膜或三氧化二铝、二氧化硅等镀膜。
19.一种制造薄膜太阳电池组件的方法，其中，包括以下步骤：
(a)提供一衬底(100)，在所述衬底(100)上形成本征半导体黏附层(210)；
(b)在所述本征半导体黏附层(210)上形成金属薄膜层(310)；
(c)在所述本征半导体黏附层(210)和金属薄膜层(310)，形成第一开口(P0)；
(d)在所述金属薄膜层(310)上形成第一透明导电氧化物层(410)，所述第一透明导电氧化物层(410)填充所述第一开口(P0)；
(e)在所述本征半导体黏附层(210)、金属薄膜层(310)和第一透明导电氧化物层(410)上，紧邻所述第一开口(P0)形成第二开口(P1)；
(f)在所述第一透明导电氧化物层(410)上形成至少一个NIP结(510)，所述NIP结(510)中的N层510n填充所述第二开口(P1)；
(g)在所述NIP结(510)上，形成第三开口(P2)，所述第三开口(P2)形成于所述第一开口(P0)的位置，且所述第三开口(P2)的宽度小于所述第一开口(P0)；
(h)在所述NIP结(510)上形成第二透明导电氧化物层(610)，所述第二透明导电氧化物层(610)填充所述第三开口(P2)；
(i)在所述第二透明导电氧化物层(610)上形成第四开口(P3)，所述第四开口(P3)紧邻所述第三开口(P2)，且位于所述第三开口(P2)相对于所述第二开口(P1)的另一侧。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述薄膜太阳电池组件的正极一端只形成第二开口(P1)。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，形成所述第一开口(P0)、所述第二开口(P1)、所述第三开口(P2)和所述第四开口(P3)的方法包括激光烧蚀或化学刻蚀。
22.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述第一开口(P0)、所述第二开口(P1)、所述第三开口(P2)和所述第四开口(P3)与薄膜太阳电池垂直或成一定角度设置。
23.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第四开口(P3)的宽度和小于所述第一开口(P0)的宽度。
24.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述衬底(100)的材料包括缺陷玻璃、不锈钢、塑料。
25.根据权利要求19所述的方法，其中，所述本征半导体黏附层(210)材料包括非晶硅、非晶锗、非晶氧化硅、非晶硅锗。
26.根据权利要求19所述的方法，其中，所述本征半导体黏附层(210)的厚度范围为20～2000nm。
27.根据权利要求19所述的方法，其中，所述金属薄膜层(310)为银、铝、金中的一层或者多层。
28.根据权利要求19所述的方法，其中，所述金属薄膜层(310)的厚度范围为20～800nm。
29.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述步骤(i)之后还包括步骤：
(j)在所述第二透明导电氧化物层(610)上形成封装层(710)。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，采用EVA或PVB膜将所述封装层(710)粘合于所述第二透明导电氧化物层(610)之上，或采用镀膜方式将所述封装层(710)直接镀于所述第二透明导电氧化物层(610)之上。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述封装层(710)包括平板玻璃、减反射膜玻璃、绒面玻璃等玻璃或硅胶、树脂、聚乙烯类、含氟薄膜等平整或具有绒面结构的透光塑料膜或三氧化二铝、二氧化硅等镀膜。
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