CN102403396A

CN102403396A - 薄膜太阳能电池的制造方法

Info

Publication number: CN102403396A
Application number: CN2010105165197A
Authority: CN
Inventors: 许修齐; 戴怡文
Original assignee: Du Pont Apollo Ltd
Current assignee: Du Pont Apollo Ltd
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明提供一种薄膜太阳能电池的制造方法，其包括以下步骤。提供一基板，并形成一保护层覆盖此基板的上表面的周缘。形成一第一电极层于基板的上表面以及保护层上。形成一光电转换层于第一电极层上。形成一第二电极层于光电转换层上。移除保护层，以在基板的上表面周缘形成一绝缘区域。

Description

薄膜太阳能电池的制造方法

技术领域

本发明是有关于一种薄膜太阳能电池的制造方法。

背景技术

化石燃料有枯竭之日，且应用化石燃料通常不可不避免会产生污染问题，所以太阳能电池技术受到越来越多的瞩目。太阳能电池(solar cell)是将光能直接转变为电能，因此具有无污染、不枯竭等优点。太阳能电池技术可区分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池以及非晶硅太阳能电池。虽然目前单晶硅太阳能电池为主流技术，但非晶硅或多晶硅太阳能电池因具有低成本的优势，因此有急起直追的态势。

非晶硅或多晶硅太阳能电池的周边通常必须形成一绝缘区域，以避免其所产生的电流经由基板表面上而形成一漏电路径。若太阳能电池发生漏电现象，将可能造成人员的触电，而产生安全上的疑虑。因此，太阳能电池周边的绝缘区域与太阳能电池的安全性是息息相关的。

在已知技术中，是利用喷砂工艺来形成太阳能电池周边的绝缘区域。详言之，已知技术是在完成太阳能电池所需的工艺步骤之后，通过喷砂工艺来移除基板边缘的材料，使太阳能电池周边形成一空白区域，并利用此空白区域作为绝缘区域。然而，喷砂工艺有诸多缺点，例如喷砂过程中的稳定性以及均匀性不容易被控制及监控。若喷砂工艺稳定性不佳，则会发生在基板的边缘有一部分的导电材料残留，而产生漏电的疑虑。再者，喷砂工艺将产生许多废弃的砂材，也不利于环境保护。因此，目前仍一种可以改善上述问题的太阳能电池的制造方法。

发明内容

本发明的一目的是提供一种薄膜太阳能电池的制造方法，以能提高生产速率以及精确地在薄膜太阳能电池周边形成一绝缘区域。

根据本发明实施方式，一种薄膜太阳能电池的制造方法包括以下步骤：提供一基板；形成一保护层覆盖此基板的上表面的周缘；形成一第一电极层于此基板的上表面以及保护层上；形成一光电转换层于第一电极层上；形成一第二电极层于光电转换层上；以及移除保护层以在基板的上表面周缘形成一绝缘区域。

如上所述的制造方法，其中保护层可为一耐热胶带，且耐热胶带的耐热温度高于85℃。

如上所述的制造方法，其中保护层包含一高分子材料，且高分子材料的热裂解温度高于约200℃。

如上所述的制造方法，其中保护层至少包含一材料是是选自由聚四氟乙烯、聚酯以及聚酰亚胺所组成的群组。

如上所述的制造方法，其中形成保护层于基板的步骤包括：通过一滚筒将该保护层滚压于该基板的上表面。

如上所述的制造方法，其中形成第一电极层的步骤包括：沉积一透明导电氧化物层于该基板上；以及通过激光切割，在该透明导电氧化物层中形成一贯穿该透明导电氧化物层的一第一沟槽。

如上所述的制造方法，其中形成光电转换层的步骤包括：沉积至少一非晶硅层于该第一电极层上；以及通过激光切割在多晶硅层上形成一贯穿该多晶硅层的一第二沟槽。

如上所述的制造方法，其中形成光电转换层的步骤包括：形成一P非晶硅层、一本质非晶硅层以及一N非晶硅层。

如上所述的制造方法，其中形成第二电极层的步骤包括：沉积一金属层于光电转换层上；以及通过激光切割形成贯穿金属层以及光电转换层的一第三沟槽。

如上所述的制造方法，其中保护层覆盖该基板上表面的周缘至少8.4mm。

根据本发明一实施方式的制造方法，可以精确地确保太阳能电池的周边绝缘区域。在已知技术中，是在形成太阳能电池所需的工艺步骤后，利用一喷砂工艺以移除位于基板边缘的导电材料。然而，根据喷砂工艺的工艺特性，其实并不容易精确地控制喷砂时所移除的深度、稳定性以及均匀性。若喷砂工艺稳定性不佳，则会发生部分的导电材料残留在基板的边缘，而产生漏电的危险。再者，喷砂工艺将产生许多废弃的砂材，不利于环境保护。因此，本发明具有改善已知技术中使用喷砂工艺的所有缺点。此外，喷砂工艺需进行相当长的时间，以确保能在太阳能电池基板周围形成绝缘区域。根据本发明的实施方式，可有效缩短工艺时间，提高产能。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1绘示本发明一实施方式的制造方法的流程图；

图2A至图2E为本发明一实施方式的工艺步骤的剖面示意图；

图3绘示本发明一实施例的保护层的上视示意图。

【主要组件符号说明】

100 方法

110、120、130、140、150、160 步骤

200 基板

201 上表面

210 保护层

212 凸出部

220 第一电极层

221 第一沟槽

222 透明导电区域

230 光电转换层

232 第二沟槽

240 第二电极层

243 第三沟槽

250 绝缘区域

d 宽度

w 长度

具体实施方式

本发明揭露一种薄膜太阳能电池的制造方法。图1绘示本发明一实施方式的制造方法100的流程图。图2A至图2E为本发明一实施方式的工艺步骤的剖面示意图。在实施方式100中包括以下步骤：提供一基板(步骤110)；形成一保护层覆盖基板的上表面的周缘(步骤120)；形成一第一电极层于此基板的上表面以及保护层上(步骤130)；形成一光电转换层于第一电极层上(步骤140)；形成一第二电极层于光电转换层上(步骤150)；以及由基板上移移除保护层，以在基板的上表面周缘形成一绝缘区域(步骤160)。

在步骤110中，提供一基板200，如图2A所示。基板可为例如为透明的玻璃基板或者为不透明基板(如不绣钢基板)。基板200的材料并无特殊限制，只要其可承受后续工艺中的温度，且具有一定化学稳定性即可。在一实施例中，基板200为一透明玻璃基板，但本发明不限于此。基板200具有大致为平面的上表面201，并在上表面201上进行后续工艺。在一实施例中，基板在400nm至700nm的波长范围内的平均穿透率大于约80％，例如为约90％、92％或95％。

在步骤120中，形成一保护层210覆盖基板200的上表面201的周缘，如图2A所示。在一实施方式中，保护层210可为一耐热胶带，且耐热胶带的耐热温度高于85℃，例如为100℃、120℃、150℃、200℃、或250℃。在一实施例中，耐热胶带可为聚对苯二甲酸二乙酯耐热胶带(polyethylene terephthalatefilm tape)或聚酰亚胺耐热胶带(polyimide film tape)。在另一实施例中，耐热胶带可为聚丙烯硫化物耐热胶带(polypropylene sulfide tape)或聚2，6-萘二酸乙二醇酯耐热胶带(polyethyene napthalate film tape)。在本文中，“耐热温度”指耐热胶带在此温度下，不会发生耐热胶带自基板上脱落或产生热烈解现象。

在另一实施方式中，保护层210可包含一高分子材料，且此高分子材料的热裂解温度高于约200℃，例如可为聚四氟乙烯、聚酯或聚酰亚胺。图3绘示本发明一实施例的保护层210的上视示意图，保护层210可完全围绕基板200的周围。在一实施例中，保护层210覆盖基板上表面的周缘的宽度d至少为约8.4mm，例如可为约9mm、10mm或12mm。在另一实施例中，保护层210可具有一凸出部212，凸出部212可略凸于基板200的外侧边缘一长度w，如图2A所示，长度w可例如为约0.5mm、1mm、或2mm。保护层210凸出的长度w可方便在后续步骤中移除此保护层210。

形成保护层210的方法并无特殊限制，例如可通过手工来贴附上述的耐热胶带，或者可通过一滚筒施加压力及适当温度，将保护层210滚压在基板200的上表面，并使保护层210贴附于基板200上。

在步骤130中，形成一第一电极层220于基板200的上表面201以及保护层210上，如图2B所示。第一电极层可为任何导电金属材料所构成，包括但不限于银、铝、铜、铬、镍或透明导电氧化物。在一实施例中，第一电极层220为一透明导电层。第一电极层220的材料可例如为一透明导电氧化物层，包括但不限于氧化铟锡(indium tin oxide)，氧化锡(zinc oxide)，氧化锡掺杂铝、氟、镓或硼，硫化镉(cadmium sulphide)，氧化镉(cadmium oxide)，氧化锡(tinoxide)以及二氧化锡掺杂氟(fluorine doped tin dioxide，SnO₂:F)等材料。在一实施方式中，上述形成第一电极层220的步骤包含沉积上述的透明导电氧化物层于基板200上，然后可以通过激光切割或蚀刻工艺等方法，在透明导电氧化物层中形成第一沟槽221。第一沟槽221贯穿透明导电氧化物层，使透明导电氧化物层形成多个彼此独立的透明导电区域222。在一实施例中，可通过物理气相沉积法(PVD)或化学气相沉积法(CVD)形成上述的透明导电氧化物层。在此一步骤中，透明导电氧化物层通常会覆盖在整个基板上，包括覆盖在保护层210上。虽然在某些实施方式中，可在沉积腔室中设置一屏蔽(shielding)，以避免透明导电氧化物沉积在基板边缘，但是在物理气相沉积及某些化学气相沉积中，因为其工艺特性具有等方向性，因此并不能完全防止透明导电氧化物沉积在基板边缘。在本发明一实施方式中，是在进行沉积步骤之前，先形成保护层210，以防止在基板200的边缘上形成透明导电氧化物沉积。

在步骤140中，形成一光电转换层230于第一电极层220上，如图2C所示。光电转换层230是用以将光能转换为电能，光电转换层230的材料可为多晶硅或非晶硅材料。在一实施例中，形成光电转换层230的步骤包含沉积至少一非晶硅层于第一电极层220上，以及通过激光切割或蚀刻工艺等方法，在多晶硅层上形成贯穿该多晶硅层之第二沟槽232。在一实施例中，形成光电转换层230的步骤可包含沉积一P型非晶硅层(p-doped amorphous silicon)、一本质非晶硅层(intrinsic amorphous silicon)以及一N型非晶硅层(N-doped amorphoussilicon)。在一实施例中，光电转换层230是通过化学气相沉积法形成，因此在基板200边缘的保护层210上方也会沉积一层光电转换层230的材料。

在步骤150中，形成一第二电极层240于光电转换层230上，如图2D所示。第二电极层240可为任何导电金属材料所构成，包括但不限于银、铝、铜、铬、镍或上述的透明导电氧化物。在光电转换层230中所形成的电流可经由第二电极层240以及第一电极层220而输出。在一实施例中，形成第二电极层240的步骤包括沉积一金属层于光电转换层230上；以及通过激光切割形或蚀刻工艺等方法成第三沟槽243。在一实施例中，第三沟槽243贯穿第二电极层240以及光电转换层230。在另一实施例中，第三沟槽243可以仅贯穿第二电极层240。在一实施例中，第二电极层240是通过物理气相沉积法形成，因此在基板200边缘的保护层210上方也会沉积有一层第二电极层240的材料。根据本发明的诸多实施方式，在进行步骤110至步骤150的过程中，保护层210并不会发生脱落现象。

在步骤160中，自基板200上移除保护层210，以在基板200的上表面201周缘形成一绝缘区域250。在本文中，“绝缘区域”是指基板200的上表面201的周边区域内不存在任何的导电材料。在移除保护层210的步骤中，原本形成在保护层210上方的第一电极层材料、光电转换层材料以及第二电极层材料将一并被移除。因此在基板200的周围形成绝缘区域250，绝缘区域250的宽度可由保护层210的宽度决定。在一实施例中，绝缘区域250的宽度大于8.4mm，例如为9mm、10mm或12mm。具体而言，可在太阳能电池的周边形成一足够的绝缘区域，以避免太阳能电池所产生的电能，经由基板200的上表面201而形成漏电路径。此一漏电路径的长度又称为爬电距离(creeping distance)。移除保护层210的方法可通过手工或机械设备来进行移除。在一实施例中，如图2A所示，保护层210具有一凸出部212，其凸出于基板200的外侧边缘一长度w。在进行移除保护层210时，可利用凸出部212作为移除的起始位置或施力点，然后将一整片的保护层210由基板200上剥离。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一基板；

形成一保护层覆盖该基板的上表面的周缘；

形成一第一电极层于该上表面及该保护层上；

形成一光电转换层于该第一电极层上；

形成一第二电极层于该光电转换层上；以及

自该基板移除该保护层，以在该基板的上表面周缘形成一绝缘区域。

2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，该保护层为一耐热胶带，且该耐热胶带的耐热温度高于85℃。

3.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，该保护层包含一高分子材料，且该高分子材料的热裂解温度高于约200℃。

4.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，该保护层至少包含一材料是选自由聚四氟乙烯、聚酯以及聚酰亚胺所组成的群组。

5.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，该形成保护层于该基板的步骤包括：

通过一滚筒将该保护层滚压于该基板的上表面。

6.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，该形成导电层的步骤包括：

沉积一导电物层于该基板上；以及

在该导电物层中形成一贯穿该导电物层的一第一沟槽。

7.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，该形成光电转换层的步骤包括：

沉积至少一非晶硅层于该第一电极层上；以及

在该多晶硅层上形成一贯穿该多晶硅层的一第二沟槽。

8.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，该形成光电转换层的步骤包括：

形成一P非晶硅层、一本质非晶硅层以及一N非晶硅层。

9.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，该形成第二电极层的步骤包括：

沉积一金属层于该光电转换层上；以及

定义该金属层，以形成一第三沟槽。

10.根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于，该保护层覆盖该基板上表面的周缘至少8.4mm。