CN102576761A - 太阳能电池设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太阳能电池设备及其制造方法。所述太阳能电池设备包括：支撑衬底；后电极层，在所述支撑衬底上；光吸收层，覆盖所述后电极层，同时露出所述后电极层的第一露出区域；以及窗口层，覆盖所述光吸收层，同时露出所述光吸收层的第二露出区域。上述层通过以预定节距移动一个掩膜而形成。所述多个层彼此具有台阶差，并且层叠在彼此上，从而所述多个层可以彼此偏离预定节距。通过利用一个掩膜制造所述太阳能电池设备，从而非常容易地形成所述太阳能电池设备。

Description

太阳能电池设备及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池设备及其制造方法。
背景技术
已广泛使用通过光电转换将光能转换为电能的太阳能电池模块，以获得对地球环境保护有利的清洁能源。
随着太阳能电池光电转换效率的提高，包括太阳能电池模块的太阳能电池系统不仅用于住宅，还用作建筑外部材料。
发明内容
技术问题
本发明提供一种太阳能电池设备及其制造方法，在该方法中，同时制造若干太阳能电池设备。
技术方案
根据本发明，一种太阳能电池设备包括：支撑衬底；后电极层，在所述支撑衬底上；光吸收层，覆盖所述后电极层，同时露出所述后电极层的第一露出区域；以及窗口层，覆盖所述光吸收层，同时露出所述光吸收层的第二露出区域。
根据本发明，一种太阳能电池设备的制造方法包括：通过利用掩膜在支撑衬底上形成后电极层；相对于所述支撑衬底初次移动述掩膜并且通过利用所述掩膜在所述后电极层上形成光吸收层；以及相对于所述支撑衬底再次移动所述掩膜并且在所述光吸收层上形成窗口层。
根据本发明，一种太阳能电池设备包括：支撑衬底；后电极层，在所述支撑衬底上且具有第一通孔；光吸收层，设置在所述后电极层上，并且具有在所述第一通孔旁边的第二通孔；以及窗口层，设置在所述光吸收层上，并且具有与所述第二通孔重叠的第三通孔。所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的宽度彼此对应。
有益效果
如上所述，根据实施例的太阳能电池设备制造方法，可以通过利用一个掩膜形成后电极层、光吸收层和窗口层。因此，根据实施例的太阳能电池设备不需要更换掩膜以形成上述层。
具体地，根据实施例的太阳能电池设备制造方法，通过无线方式控制掩膜，经由一个真空过程连续地沉积后电极层、光吸收层和窗口层。
换言之，根据实施例的太阳能电池设备制造方法，通过在一个真空状态中利用一个掩膜可以容易地制造被划分为多个电池的太阳能电池设备。
因此，根据实施例的太阳能电池设备制造方法，可以容易地利用自动化过程，从而可以批量制造诸如太阳能电池板的太阳能电池设备。
附图说明
图1是示出用于制造根据实施例的太阳能电池设备的掩膜的平面图；以及
图2至5是示出根据实施例的太阳能电池设备的剖视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应该理解，当层(或膜)、区域、图案或结构被表述为在其它衬底、其它层(或膜)、其它区域、其它衬垫、或其它图案“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在所述其它衬底、层(或膜)、区域、衬垫、或图案上，或者也可以存在一个或多个中间层。参照附图描述了所述层的这种位置关系。为了方便或清楚的目的，可以夸大、省略或示意性地描绘附图中各个层的厚度和尺寸。另外，元件的尺寸不完全反映实际尺寸。
图1是是示出用于制造根据实施例的太阳能电池设备的掩膜的平面图，图2至5是示出根据实施例的太阳能电池设备的剖视图。
参照图1和2，掩膜10被设置在支撑衬底100上。
支撑衬底100具有板形形状。支撑衬底100包含绝缘体。支撑衬底100可以包括玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底。
详细地，支撑衬底100可以包括钠钙玻璃衬底。支撑衬底100可以是透明的。支撑衬底100可以是挠性或刚性的。
如图1所示，掩膜10包括掩膜框架11和多个掩膜图案12。
掩膜框架11具有矩形框架。当俯视时，掩膜框架11可以具有闭合环形状。此外，当俯视时，掩膜框架11比支撑衬底100大。
掩膜框架11可以包括表现高耐热性的金属。
掩膜图案12设置在掩膜框架11内侧。此外，掩膜图案12与掩膜框架11连接。掩膜图案12被设置为平行的，同时彼此隔开预定距离。
掩膜图案12沿第一方向延伸。例如，每个掩膜图案12的宽度W1可以在约10μm至约200μm的范围内。掩膜图案12可以彼此隔开预定间隔。此外，掩膜图案12可以彼此平行地设置。
如图1和2所示，掩膜框架11覆盖支撑衬底100的外部。换言之，掩膜框架11与支撑衬底100的侧表面区域相对应地设置。
参照图3，通过利用掩膜10在支撑衬底100上形成后电极层200。换言之，在通过掩膜10将诸如钼(Mo)的金属沉积在支撑衬底100上之后，形成后电极层200。
后电极层200可以通过各种方法形成，诸如蒸发法、溅射法或化学气相沉积法。在此情形中，诸如Mo的金属沉积在没有掩膜框架11和掩膜图案12的区域。
因此，后电极层200中设置有第一通孔TH1。第一通孔TH1被限定在与掩膜图案12相对应的位置。
每个通孔TH1的宽度W2可以与每个掩膜图案12的宽度W1相对应。换言之，通孔TH1的宽度W2可以基本等于掩膜图案12的宽度W1。
例如，第一通孔TH1露出支撑衬底100的上表面，并且宽度在约10μm至约100μm的范围内。
参照图4，掩膜10沿第二方向关于支撑衬底100相对移动。换言之，掩膜10可以沿第二方向移动，或者支撑衬底100可以沿第二方向移动。
在此情形中，掩膜10移动节距P1，节距P1大于第一通孔TH1的宽度W2。换言之，在掩膜10被移动后，掩膜图案12移动到第一通孔TH1旁边。
之后，通过利用掩膜10在后电极层200上顺序地形成光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500。
通过溅射过程或蒸发法可以形成光吸收层300。
例如，光吸收层300可以通过各种方法形成，诸如通过同时或单独蒸发Cu、In、Ga和Se形成基于Cu(In，Ga)Se2(CIGS)的光吸收层300的方法，以及在形成金属前驱膜之后执行硒化过程的方法。
关于形成金属前驱层之后的硒化过程的细节，金属前驱层通过利用Cu靶、In靶或Ga靶的溅射过程形成在后接触电极200上。
之后，金属前驱层经历硒化过程，从而形成基于Cu(In，Ga)Se2(CIGS)的光吸收层300。
此外，可以同时执行利用Cu靶、In靶或Ga靶的溅射过程和硒化过程。
此外，通过仅利用Cu靶和In靶或仅利用Cu靶和Ga靶的溅射过程以及硒化过程可以形成CIS或CIG光吸收层300。
之后，通过溅射过程在光吸收层300上沉积硫化镉，并且形成缓冲层400。
接着，通过溅射过程在缓冲层400上沉积氧化锌之后，形成高阻缓冲层500。
在此情形中，通过利用掩膜10在光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500中形成第二通孔TH2。更详细地，第二通孔TH2与掩膜图案12相对应地形成。
每个第二通孔TH2的宽度W3基本等于掩膜图案12的宽度W1。第二通孔TH2穿过光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500形成。通过第二通孔TH2露出后电极层200的上表面。
参照图5，掩膜10沿第二方向关于支撑衬底100相对移动。换言之，掩膜10可以沿第二方向相对移动，或者支撑衬底100可以沿与掩膜10的移动方向相反的方向移动。
在此情形中，掩膜图案12移动节距P2，节距P2小于第二通孔TH2的宽度W3。换言之，掩膜图案12移动，同时与第二通孔TH2重叠。例如，掩膜图案12移动第二通孔TH2的宽度W3的一半。
之后，通过利用掩膜10在高阻缓冲层500上形成窗口层600。为了形成窗口层600，透明导电材料穿过掩膜10层叠在高阻缓冲层500上。透明导电材料可以包括掺杂铝的氧化锌(AZO)。
掩膜图案12与第二通孔TH2的一部分局部重叠。因此，透明导电材料由于掩膜图案12而填充在第二通孔TH2的该部分中。
具体地，窗口层600通过填充在第二通孔TH2的该部分中的透明导电材料与后电极层200相接触。
此外，通过掩膜10，第三通孔TH3穿过窗口层600形成。换言之，通过掩膜图案12形成第三通孔TH3。
每个第三通孔TH3的宽度W4基本等于掩膜图案12的宽度W1。此外，每个第三通孔TH3与每个第二通孔TH2的一部分局部接触。
此外，第三通孔TH3露出高阻缓冲层500的上表面501。在此情形中，第三通孔TH3不是通过机械划线过程或激光形成的。因此，通过第三通孔TH3被露出的高阻缓冲层500的上表面501和被窗口层600覆盖的高阻缓冲层500的上表面布置在相同平面502上。
此外，后电极层200、光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500和窗口层600被第一通孔TH1、第二通孔TH2和第三通孔TH3划分，由此形成多个太阳能电池。
如上所述，由于第一通孔TH1、第二通孔TH2和第三通孔TH3由相同的掩膜图案12形成，因此第一通孔TH1、第二通孔TH2和第三通孔TH3具有与掩膜图案12相对应的宽度。换言之，第一通孔TH1、第二通孔TH2和第三通孔TH3具有基本相同的宽度。
此外，后电极层200、光吸收层300和窗口层600通过掩膜框架11以阶梯形状层叠在彼此上。
换言之，后电极层200的外部不与光吸收层300的外部在一条直线上对齐，而是彼此偏离预定距离。换言之，后电极层200与光吸收层300不完全重叠，而是后电极层200与光吸收层300部分重叠。
因此，光吸收层300不覆盖后电极层200的整个上表面，而是露出后电极层200的上表面的一部分(在下文中，称作第一露出区域)。在此情形中，第一露出区域201的宽度W6与第一通孔TH1和第二通孔TH2之间的节距P1相对应。
第一露出区域201的宽度W6与后电极层200和光吸收层300之间的偏离程度相对应。因此，后电极层200的一个外侧面和光吸收层300的一个外侧面之间的距离与第一露出区域201的宽度W6相对应。
类似地，光吸收层300的外部区域不与窗口层600的外部区域在一条直线上对齐，而是彼此偏离预定间隔。换言之，光吸收层300与窗口层600不完全重叠，而是与窗口层600部分重叠。
因此，窗口层600不覆盖光吸收层300的整个上表面，而是露出光吸收层300的上表面的一部分(在下文中，称作第二露出区域301)。在此情形中，第二露出区域301的宽度W7与第二通孔TH2和第三通孔TH3之间的节距P2相对应。
换言之，第二露出区域301的宽度W7与光吸收层300和窗口层600之间的偏离程度相对应。因此，光吸收层300的一个外侧面和窗口层600的外侧面之间的距离与第二露出区域301的宽度W7相对应。
第一露出区域201被限定在后电极层200的一个外部中。此外，第二露出区域301被限定在光吸收层300的一个外部中。
详细地，作为一个整体，光吸收层300设置在后电极层200上，同时相对于后电极层200形成第一台阶。此外，窗口层600设置在光吸收层300上，同时相对于光吸收层300形成第二台阶。
在此情形中，后电极层200、光吸收层300和窗口层600通过相同的掩膜10层叠在彼此上。因此，后电极层200、光吸收层300和窗口层600具有彼此对应的表面积。换言之，后电极层200、光吸收层300和窗口层600具有基本相同的表面积。
此外，光吸收层300覆盖后电极层200的一个外侧面202。此外，窗口层600覆盖光吸收层300的一个侧面302。
在根据实施例的太阳能电池设备制造方法中，通过利用一个掩膜10形成后电极层200、光吸收层300和窗口层600。因此，根据实施例的太阳能电池，不需要更换掩膜10来形成层200，...和600。
具体地，根据实施例的太阳能电池制造方法，通过无线方式控制掩膜10，经由一个真空过程连续沉积后电极层200、光吸收层300和窗口层600。
换言之，根据实施例的太阳能电池制造方法，通过在一个真空状态中利用一个掩膜10，可以容易地制造被划分为多个电池的太阳能电池设备。
因此，根据实施例的太阳能电池设备制造方法，可以容易地利用自动化过程，从而可以批量制造诸如太阳能电池板的太阳能电池设备。
尽管本实施例的附图示出了每层的侧面和每个通孔的内侧面都与支撑衬底100垂直，但是在实际过程中可以不必精确地形成垂直结构。例如，每层的侧面和每个通孔的内侧面可以相对于支撑衬底100倾斜或者可以相对于支撑衬底100形成弯曲表面。
本说明书中涉及的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中不同位置的这些词语的出现不必要都指代同一实施例。此外，当结合任意实施例描述特定特征、结构或特性时，应当认为结合其它实施例实现这些特征、结构或特性在本领域技术人员的能力范围内。
尽管已参照本发明的若干示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本领域技术人员可以推导出的许多其它改进和实施例都将落在本公开的原理的精神和范围内。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内可以对所讨论的组合排列的组成部件和/或排列方式进行各种变型和改进。除了对组成部件和/或排列方式进行变型和改进之外，替换使用对本领域技术人员来说也是显而易见的。
工业应用性
根据本发明的太阳能电池设备可以应用于太阳能电池发电领域。

Claims (20)

1.一种太阳能电池设备，包括：
支撑衬底；
后电极层，在所述支撑衬底上；
光吸收层，覆盖所述后电极层，同时露出所述后电极层的第一露出区域；以及
窗口层，覆盖所述光吸收层，同时露出所述光吸收层的第二露出区域。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述后电极层、所述光吸收层和所述窗口层具有彼此对应的表面积。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述光吸收层覆盖所述后电极层的外侧面，并且所述窗口层覆盖所述光吸收层的外侧面。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述后电极层中形成有沿第一方向延伸的多个第一通孔，
所述光吸收层中形成有沿所述第一方向延伸且同时与所述第一通孔相邻的多个第二通孔，并且
所述窗口层中形成有沿所述第一方向延伸且同时分别与所述第二通孔重叠的多个第三通孔。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池设备，其中，每个第一通孔和每个第二通孔之间的节距与所述第一露出区域的宽度相对应。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池设备，其中，每个第二通孔和每个第三通孔之间的节距与所述第二露出区域的宽度相对应。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第一露出区域被限定在所述后电极层的外部，并且所述第二露出区域被限定在所述光吸收层的外部。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述光吸收层具有与所述后电极层的形状相对应的平面形状，
所述光吸收层层叠在所述后电极层上，使得所述光吸收层与所述后电极层偏离预定间隔，
所述窗口层具有与所述光吸收层的形状相对应的平面形状，并且
所述窗口层层叠在所述光吸收层上，使得所述窗口层与所述光吸收层偏离预定间隔。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述后电极层的外侧面和所述光吸收层的外侧面之间的距离与所述第一露出区域的宽度相对应，并且所述光吸收层的外侧面和所述窗口层的外侧面之间的距离与所述第二露出区域的宽度相对应。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，进一步包括插置在所述光吸收层和所述窗口层之间的缓冲层，其中，所述缓冲层具有与所述光吸收层的形状相对应的平面形状。
11.一种太阳能电池设备的制造方法，包括：
通过利用掩膜在支撑衬底上形成后电极层；
相对于所述支撑衬底初次移动述掩膜并且通过利用所述掩膜在所述后电极层上形成光吸收层；以及
相对于所述支撑衬底再次移动所述掩膜并且在所述光吸收层上形成窗口层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述掩膜包括沿第一方向延伸的多个掩膜图案，并且所述掩膜相对于所述支撑衬底沿与所述第一方向交叉的第二方向初次和再次移动。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，在形成所述后电极层时，通过所述掩膜在所述后电极层中形成第一通孔，在形成所述光吸收层时，通过所述掩膜在所述光吸收层中形成第二通孔，并且，在形成所述窗口层时，通过所述掩膜在所述窗口层中形成第三通孔。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二通孔形成在所述第一通孔旁边，并且所述第三通孔与所述第二通孔重叠。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔彼此平行地排列。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，通过相同的掩膜图案形成所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔。
17.一种太阳能电池设备，包括：
支撑衬底；
后电极层，在所述支撑衬底上且具有第一通孔；
光吸收层，设置在所述后电极层上，并且具有在所述第一通孔旁边的第二通孔；以及
窗口层，设置在所述光吸收层上，并且具有与所述第二通孔重叠的第三通孔，
其中，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的宽度彼此对应。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池设备，进一步包括：
缓冲层，插置在所述光吸收层和所述窗口层之间；以及
高阻缓冲层，插置在所述缓冲层和所述窗口层之间，
其中，通过所述第三通孔露出所述高阻缓冲层的上表面的一部分。
19.根据权利要求17所述的太阳能电池设备，其中，所述光吸收层以阶梯形状层叠在所述后电极层上，并且被露出的后电极层的上表面的宽度与所述第一通孔和所述第二通孔之间的节距相对应。
20.根据权利要求17所述的太阳能电池设备，其中，所述窗口层以阶梯形状层叠在所述光吸收层的上表面上，并且被露出的光吸收层的上表面的宽度与所述第二通孔和所述第三通孔之间的节距相对应。
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