CN102576764A - 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：衬底；在所述衬底上的后电极层；在所述后电极层上的光吸收层；在所述光吸收层上的前电极层；以及连接线，所述连接线从所述前电极层延伸并且通过所述光吸收层与所述后电极层连接，其中，所述连接线与形成在所述后电极层中的凹陷的内侧直接接触。

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
近来，随着能量消耗的增长，已研制能够将太阳能转化为电能的太阳能电池。
具体地，已广泛使用基于CIGS的电池，所述基于CIGS的电池是PN异质结设备，具有包括玻璃衬底、金属后电极层、P型基于CIGS的光吸收层、高电阻缓冲层以及N型窗口层的衬底结构。
在所述太阳能电池中，多个电池互相连接，并且已经进行了提高各个电池的电特性的研究。
发明内容
技术问题
本发明提供一种具有提高的电特性的太阳能电池设备。
技术方案
根据实施例的太阳能电池设备包括：衬底；在所述衬底上的后电极层；在所述后电极层上的光吸收层；在所述光吸收层上的前电极层；以及连接线，所述连接线从所述前电极层延伸并且通过所述光吸收层与所述后电极层连接，其中，所述连接线与形成在所述后电极层中的凹陷的内侧直接接触。
根据实施例的太阳能电池设备包括：衬底；在所述衬底上的后电极层；在所述后电极层上的中间层；在所述中间层上的光吸收层；在所述光吸收层上的前电极层；以及连接线，所述连接线从所述前电极层延伸并且通过所述光吸收层和所述中间层与所述后电极层直接连接。
根据实施例的太阳能电池设备的制造方法，所述方法包括：在衬底上形成后电极层；在所述后电极层上形成光吸收层；形成穿过所述光吸收层的第二贯穿孔，并且通过去除所述后电极层的一部分同时形成第二凹陷；以及在所述光吸收层上形成前电极层，并且形成布置在所述第二贯穿孔和所述第二凹陷中的连接线。
有益效果
根据本发明的太阳能电池设备，连接线与形成在后电极层中的凹陷连接。因此，可以增大后电极层与连接线之间的接触面积。具体地，凹陷的内表面和/或底面可以包括弯曲表面，从而可以加大后电极层与连接线之间的接触面积。
另外，中间层可以形成在后电极层与光吸收层之间。通过后电极层中所包含的材料与光吸收层中所包含的材料之间的反应，可以形成中间层。
连接线可以通过穿过中间层直接与后电极层连接。具体地，中间层可以包括具有高电阻的MoSe2。因此，如果连接线直接连接到后电极层，与连接线通过中间层连接到后电极层相比，可以提高后电极层与连接线之间的接触特性。
因此，根据本发明的太阳能电池设备具有提高的电特性。
另外，用于在光吸收层中形成贯穿孔的过程可以与用于在后电极层中形成凹陷的过程同时进行。因此，可以容易地制造根据本发明的太阳能电池设备。
附图说明
图1是图示根据第一实施例的太阳能电池设备的平面图；
图2是沿图1的A-A’线截取的剖视图；
图3至图9是图示根据第一实施例的太阳能电池设备的制造方法的剖视图；
图10和图11是图示根据第二实施例的太阳能电池设备的制造方法的剖视图；
图12是图示根据第三实施例的太阳能电池设备的平面图；
图13是沿图12的B-B’线截取的剖视图；以及
图14至图23是图示根据第三实施例的太阳能电池设备的制造方法的剖视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应该理解，当衬底、层(或膜)、或电极被表述为在其它衬底、其它层(或膜)或其它电极“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。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是图示根据实施例的太阳能电池设备的平面图，图2是沿图1的A-A’线截取的剖视图。
参照图1和图2，根据实施例的太阳能电池设备包括衬底100、后电极层200、中间层250、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500、前电极层600和多个连接线700。
衬底100具有板形形状，并且支撑后电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500、前电极层600和连接线700。
衬底100可以包含绝缘材料。衬底100可以是玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底。具体地，衬底100可以是钠钙玻璃。衬底100可以是透明的。衬底100可以是挠性或刚性的。
后电极层200布置在衬底100上。后电极层200可以是导电层。例如，后电极层200可以包括金属，诸如钼。
另外，后电极层200可以包括至少两层。在此情形中，所述层可以使用同种金属或不同种金属形成。
第一贯穿孔P1形成在后电极层200中。第一贯穿孔P1用作开口区域，以露出衬底100的上表面。当俯视时，第一贯穿孔P1在一个方向上延伸。
贯穿孔P1的宽度范围可以是约80μm至约200μm。
后电极层200被第一贯穿孔P1划分为多个后电极。就是说，后电极由第一贯穿孔P1限定。
后电极被第一贯穿孔P1相互隔开。后电极以条状的形式放置。
另外，后电极可以以矩阵形式放置。当俯视时，第一贯穿孔P1以格子形式放置。
中间层250布置在后电极层200上。具体地，中间层250布置在后电极层200与光吸收层300之间。中间层250可以包括后电极层200中包含的材料和光吸收层300中包含的材料。
例如，中间层250可以通过后电极层200中包含的Mo与光吸收层300中包含的Se反应而形成。具体地，中间层250可以包括MoSe2。
中间层250可以是包括钼合金的合金层。另外，中间层250可以用作后电极层200与光吸收层300之间的界面层。中间层250可以比后电极层200或光吸收层300薄。
光吸收层300布置在中间层250上。将包含在光吸收层300中的材料填充到第一贯穿孔P1中。
光吸收层300可以包括I-III-VI族化合物。例如，光吸收层300可以包括Cu(In，Ga)Se2(CIGS)晶体结构、Cu(In)Se2晶体结构或Cu(Ga)Se2晶体结构。
光吸收层300的能带隙范围在约1eV到约1.8eV。
缓冲层400布置在光吸收层300上。该缓冲层布置在电池区域A中。当俯视时，缓冲层400与光吸收层300的形状相同。缓冲层400包括CdS并且能带隙范围在约2.2eV到约2.4eV。
高阻缓冲层500布置在缓冲层400上。高阻缓冲层500包括iZnO，iZnO是未掺杂有杂质的氧化锌。高阻缓冲层500的能带隙范围在约3.1eV到约3.3eV。
第二贯穿孔P2形成在中间层250、光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500中。第二贯穿孔P2穿过中间层250、光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500形成。
第二贯穿孔P2与第一贯穿孔P1相邻。就是说，当俯视时，一些第二贯穿孔P2邻近第一贯穿孔P1形成。
第二贯穿孔P2的宽度范围可以是约80μm至约200μm。
另外，第二贯穿孔P2在光吸收层300中限定多个光吸收部。就是说，第二贯穿孔P2将光吸收层300划分为多个光吸收部。
第二贯穿孔P2在缓冲层400中限定多个缓冲区。就是说，第二贯穿孔P2将缓冲层400划分为多个缓冲区。另外，第二贯穿孔P2在高阻缓冲层500中限定多个高阻缓冲区。
多个凹陷210形成在后电极层200中。可以通过去除后电极层200的一部分形成凹陷210。因此，通过凹陷210在后电极层200中形成台阶部分。
就是说，凹陷210的底面布置在后电极层200的上表面与下表面之间。
多个凹陷210分别布置在第二贯穿孔P2的下方。多个凹陷210的位置分别对应于第二贯穿孔P2。多个凹陷210分别与第二贯穿孔P2一体地形成。因此，凹陷的内表面分别与第二贯穿孔P2的内表面一致。
凹陷210的深度可以是后电极层200的厚度的约1/4到约1/2。多个凹陷210的宽度分别与第二贯穿孔P2的宽度基本相同。
前电极层600布置在高阻缓冲层500上。前电极层600是透明导电层。
前电极层600包括导电氧化物。例如，前电极层600可以包括氧化锌、氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。
另外，所述氧化物可以包括导电掺杂物，诸如Al、Al2O3、Mg或Ga。具体地，前电极层600可以包括掺杂Al的氧化锌(AZO)或掺杂Ga的氧化锌(GZO)。
第三贯穿孔P3形成在光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600中。第三贯穿孔P3可以用作开口区域，以露出中间层250的上表面。例如，第三贯穿孔P3的宽度范围可以是约80μm至约200μm。
第三贯穿孔P3与第二贯穿孔P2相邻。具体地，第三贯穿孔P3被布置为与第二贯穿孔P2邻近。更具体地，当俯视时，第三贯穿孔P3被布置为与第二贯穿孔P2平行地邻近第二贯穿孔P2。
第三贯穿孔P3将前电极层600划分为多个前电极。就是说，第三贯穿孔P3在前电极层600中限定多个前电极。
前电极的形状与后电极的形状对应。就是说，前电极以条状形式放置。另外，前电极可以以矩阵的形式放置。
此外，第三贯穿孔P3限定多个电池C1、C2...Cn。具体地，第二贯穿孔P2和第三贯穿孔P3限定多个电池C1、C2...Cn。就是说，第二贯穿孔P2和第三贯穿孔P3将根据实施例的太阳能电池设备划分为多个电池C1、C2...Cn。
连接线700从前电极层600延伸并且穿过中间层250、光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500。连接线700可以布置在第二贯穿孔P2内部。
连接线700直接连接到后电极层200。就是说，连接线700直接接触后电极层200。更具体地，连接线700的端部分别插入到凹陷210中。另外，连接线700分别与凹陷210的内表面直接接触。就是说，连接线700与凹陷210的内表面和底面直接接触。
因此，可以增大连接线700与后电极层200之间的接触面积。因此，可以减小连接线700与后电极层200之间的接触电阻并且提高连接特性。
连接线700将相邻的电池互相连接。具体地，连接线700将相邻电池的前电极与相邻电池的后电极连接。
连接线700与前电极层600一体地形成。就是说，用于连接线700的材料与用于前电极层600的材料相同。
如上所述，由于增大了连接线700与后电极层200之间的接触面积，因此，可以提高连接线700与后电极层200之间的连接特性。
另外，连接线700穿过中间层250延伸，因此连接线700可以直接连接到后电极层200。由于中间层250的电阻高，因此如果连接线700通过中间层250连接到后电极层200，则可以增大连接线700与后电极层200之间的电阻。
根据实施例的太阳能电池设备，连接线700直接连接到后电极层200，因此可以减小电阻并且可以提高电特性。
根据实施例的太阳能电池设备可以减小电池C1、C2...Cn之间的电阻。另外，根据实施例的太阳能电池设备可以具有提高的电特性和更高的光电转换效率。
图3至图9是图示根据第一实施例的太阳能电池设备的制造方法的剖视图。以上关于太阳能电池设备的描述将通过引用合并于此。
参照图3，后电极层200形成在衬底100上。
衬底100可以包括玻璃。陶瓷衬底、金属衬底或聚合物衬底可以用作衬底100。
例如，玻璃衬底可以包括钠钙玻璃或高应变点钠玻璃，金属衬底可以包括不锈钢或钛，聚合物衬底可以包括聚酰亚胺。
衬底100可以是透明的。衬底100可以是刚性的或挠性的。
后电极层200可以包括导体，诸如金属。
例如，可以通过使用钼(Mo)作为靶的溅射过程形成后电极层200。
由于钼(Mo)具有高电导率，因此钼可以提高与光吸收层300的欧姆接触性并且可以在Se气氛下保持高温稳定性。
用作后电极层200的钼(Mo)层必须具有如电极一样的低电阻率(specificresistance)，并且必须具有与衬底100之间的高粘附特性，从而不会发生由热膨胀系数差导致的脱层现象。
例如，后电极层200可以具有在约900nm到约1100nm范围内的厚度和约0.3Ω/□的表面电阻。
同时，后电极层200可以通过使用掺杂钠离子的钼(Mo)来形成。
尽管附图中未示出，但后电极层200可以包括至少一个层。如果后电极层200包括多个层，所述层可以使用互不相同的材料形成。
参照图4，第一贯穿孔P1形成在后电极层200中，从而将后电极层200图案化为多个后电极。
第一贯穿孔P1可以选择性地露出衬底100的上表面。
例如，可以用机械设备或激光设备对第一贯穿孔P1进行图案化。第一贯穿孔P1的宽度范围可以是约60μm至约100μm。
后电极层200可以被第一贯穿孔P1图案化为条状或矩阵形式，并且可以与各个电池对应。
同时，后电极层200可以具有除上述形状之外的各种形状。
参照图5，光吸收层300形成在后电极层200上。光吸收层300可以包括I-III-VI族化合物。例如，光吸收层300可以包括Cu(In，Ga)Se2(CIGS)化合物。
另外，光吸收层300可以包括Cu(In)Se2(CIS)化合物或Cu(Ga)Se2(CGS)化合物。
例如，通过利用Cu靶、In靶和Ga靶在后电极层200上形成CIG金属前驱(precursor)层，以便形成光吸收层300。
之后，金属前驱层通过硒化过程与Se反应，从而形成CIGS光吸收层。
另外，可以通过共蒸发Cu、In、Ga和Se形成光吸收层300。
例如，光吸收层300的厚度范围可以是约1500nm至约2500nm。
光吸收层300接收外部光从而将外部光转换为电能。光吸收层300通过光电转换效应产生光电动势。
同时，当对光吸收层300进行硒化过程时，后电极的金属成分与光吸收层300的成分发生反应，使得后电极的金属成分与光吸收层300的成分结合。因此，作为金属间化合物的中间层250形成在后电极层200与光吸收层300之间。
例如，中间层250可以包括MoSe2，MoSe2是Mo和Se的化合物。
中间层250形成在光吸收层300与后电极层200之间的界面上，以保护后电极层200的上表面。
由于中间层250未形成在通过第一贯穿孔P1露出的衬底100的表面上，因此光吸收层300可以填充在第一贯穿孔P1的空隙中。
用作中间层250的MoSe2的表面电阻大于用作后电极层200的Mo层的表面电阻。因此，必须部分地去除与前电极接触的中间层250，以便提高与前电极的欧姆接触特性。
参照图6，缓冲层400和高阻缓冲层500形成在光吸收层300上。
形成在光吸收层300上的缓冲层400可以包括至少一层。缓冲层400可以通过CBD(Chemical Bath Deposition，化学浴沉积)过程沉积CdS而形成。
缓冲层400是N型半导体层，光吸收层300是P型半导体层。因此，通过光吸收层300和缓冲层400形成PN结。
高阻缓冲层500形成在缓冲层400上，作为透明电极层。
例如，高阻缓冲层500可以包括ITO、ZnO和i-ZnO中的一种。
通过利用ZnO作为靶进行溅射过程，高阻缓冲层500可以形成为ZnO层。
缓冲层400和高阻缓冲层500布置在光吸收层300与稍后形成的前电极之间。
就是说，由于光吸收层300与前电极之间的晶格常数和能带隙存在很大的差异，因此，如果带隙居中的缓冲层400和高阻缓冲层500布置在光吸收层300与前电极之间，则可以获得优异的结特性。
根据本实施例，在光吸收层300上形成两个缓冲层400和500。然而，本发明不限于此。例如，可以在光吸收层300上形成一个缓冲层。
参照图7，第二贯穿孔P2穿过高阻缓冲层500、缓冲层400、光吸收层300和中间层250形成。第二贯穿孔P2可以露出后电极层200。
另外，当形成第二贯穿孔P2时，部分去除后电极层200，从而可以形成多个凹陷210。
第二贯穿孔P2和凹陷210邻近第一贯穿孔P1地对齐。例如，第二贯穿孔P2的宽度范围可以是约60μm至约100μm。另外，第一贯穿孔P1与第二贯穿孔P2之间的间隙范围可以是约60μm至约100μm。
由于通过部分地蚀刻后电极层200而形成凹陷210，因此后电极层200的上表面可以具有台阶部分。就是说，后电极层200的表面积可以因凹陷210而增大。
另外，当形成第二贯穿孔P2时，部分地去除中间层250，从而可以露出后电极。详细地，由于还部分地去除后电极层200，因此，可以完全去除中间层250的与第二贯穿孔P2对应的一部分。
通过激光过程可以同时形成第二贯穿孔P2和凹陷210。就是说，通过顺序地将激光束照射到光吸收层300和后电极层200上，可以形成第二贯穿孔P2和凹陷210。
参照图8，在高阻缓冲层500上沉积透明导电材料，从而形成前电极层600。当前电极层600形成时，透明导电材料填充在第二贯穿孔P2和凹陷210中。因此，连接线700形成在第二贯穿孔P2和凹陷210中。
连接线700通过第二贯穿孔P2直接连接到后电极。另外，连接线700与后电极层200之间的接触面积可以由于凹陷210而增大。
因此，可以提高连接线700与后电极层200之间的欧姆接触特性。特别地，可以提高流过后电极层200表面的电流的移动性和导电率，所述后电极层200用作根据实施例的太阳能电池设备的后接触部。
前电极层600可以通过执行使用掺杂Al2O3的Al或ZnO的溅射过程形成。
前电极层600是与光吸收层300一起形成PN结的窗口层。由于前电极层600用作太阳能电池前面的透明电极，因而前电极层600由具有高透光率和优异电导率的ZnO形成。
因此，通过使ZnO掺杂有Al或Al2O3，可以形成具有低电阻值的电极。
通过利用ZnO靶的RF溅射过程、利用Zn靶的反应溅射过程、或金属有机化学沉积过程，可以形成用作前电极层600的ZnO层。
另外，通过在ZnO层上沉积具有优异光电特性的ITO层，前电极层600可以具有双层结构。
参照图9，第三贯穿孔P3穿过前电极层600、高阻缓冲层500、缓冲层400和光吸收层300形成。
第三贯穿孔P3可以选择性地露出中间层250。第三贯穿孔P3与第二贯穿孔P2相邻地排列。
例如，第三贯穿孔P3的宽度范围可以是约60μm至约100μm。另外，第二贯穿孔P2与第三贯穿孔P3之间的间隙范围可以是约60μm至约100μm。
第三贯穿孔P3可以通过激光照射方法或利用尖头工具的机械方法形成。当通过机械方法形成第三贯穿孔P3时，中间层250可以保护后电极层200的表面。
就是说，由于中间层250形成在后电极层200的表面上，中间层250可以用作利用尖头工具进行刻蚀过程时的润滑剂，从而可以防止后电极层200受损。
第三贯穿孔P3可以限定多个电池C1、C2...Cn。另外，多个电池C1、C2...Cn通过连接线700互相连接。具体地，连接线700可以将相邻电池的前电极与相邻电池的后电极物理连接和电连接。
通过选择性地去除形成在后电极层200上的MoSe2层，可以提高后电极与前电极之间的欧姆接触特性。
另外，MoSe2层可以防止后电极层200受损。
因此，可以提供具有提高的电特性的太阳能电池设备。
图10和图11是图示根据第二实施例的太阳能电池设备的制造方法的剖视图。如图10和图11所示，多个弯曲的表面可以形成在第二贯穿孔P2和凹陷220的内表面处。
具体地，如图10所示，通过激光过程形成第二贯穿孔P2，因此，包括弯曲表面的多个槽230可以形成在第二贯穿孔P2的内表面处。
更具体地，槽230可以形成在通过第二贯穿孔P2露出的高阻缓冲层500、缓冲层400、光吸收层300和中间层250的内表面处。
第二贯穿孔P2的侧壁由于槽230而可以增大，因此，可以提高与稍后形成的连接线700的接触特性。
另外，弯曲表面可以形成在从第二贯穿孔P2延伸的凹陷220的侧面和/或底面。由于凹陷220的侧面和/或底面包括弯曲表面，因此可以增大连接线700与后电极层200之间的接触面积，并且提高接触特性。
由于激光过程期间激光束的能量和波长，弯曲表面可以形成在槽230和凹陷220处。就是说，通过激光过程去除中间层250，同时，多个弯曲表面形成在第二贯穿孔P2和凹陷220的内表面。特别地，通过控制激光束的能量和功率可以调节槽230和凹陷220的深度。
参照图11，透明导电材料沉积在高阻缓冲层500上，从而形成前电极层600。当前电极层600形成时，透明导电材料被填充在第二贯穿孔P2和凹陷220中。因此，连接线700形成在第二贯穿孔P2和凹陷220中。
用于形成前电极层600和连接线700的方法与图8所示的方法相同，因此避免重复将省略其详细描述。
连接线700通过第二贯穿孔P2可以直接连接到后电极层200。
另外，由于槽230，可以增强连接线700与第二贯穿孔P2之间的接触强度。这是因为第二贯穿孔P2的表面积因槽230而增大。
此外，由于凹陷220，可以提高连接线700与后电极层200之间的接触特性。这是因为凹陷220的内表面的面积因形成在凹陷220底面的弯曲表面而增大。
因此，可以提高连接线700与后电极层200之间的欧姆接触特性。特别地，可以提高流过后电极层200表面的电流的移动性和导电率，所述后电极层200用作根据实施例的太阳能电池设备的后接触部。然后，进行如图9所示的用于形成第三贯穿孔P3的过程。
因此，可以提供具有提高的电特性的太阳能电池设备。
图12是图示根据第三实施例的太阳能电池设备的平面图，图13是沿图12的B-B’线截取的剖视图。前面关于太阳能电池设备的描述将通过引用合并于此。
参照图12和图13，根据第三实施例的太阳能电池设备包括衬底100、后电极层200、中间层250、光吸收层300、缓冲层400、前电极层600和多个连接线700。
衬底100具有板形形状，并且支撑后电极层200、光吸收层300、缓冲层400、前电极层600和连接线700。
衬底100可以包含绝缘材料。衬底100可以是玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底。具体地，衬底100可以是钠钙玻璃。衬底100可以是透明的。衬底100可以是挠性或刚性的。
后电极层200布置在衬底100上。后电极层200可以是导电层。例如，后电极层200可以包括金属，诸如钼。
另外，后电极层200可以包括至少两层。在此情形中，所述层可以使用同种金属或不同种金属形成。
第一贯穿孔P1形成在后电极层200中。第一贯穿孔P1用作开口区域，以露出衬底100的上表面。当俯视时，第一贯穿孔P1在一个方向上延伸。
贯穿孔P1的宽度范围可以是约80μm至约200μm。
后电极层200被第一贯穿孔P1划分为多个后电极。就是说，后电极由第一贯穿孔P1限定。
后电极被第一贯穿孔P1相互隔开。后电极以条状的形式放置。
另外，后电极可以以矩阵形式放置。当俯视时，第一贯穿孔P1以格子形式放置。
第一贯穿孔P1可以具有一致的内表面。就是说，第一贯穿孔P1的内表面可以是光滑的。
多个第一凹陷110可以形成在与第一贯穿孔P1对应的衬底100中。具体地，当形成第一贯穿孔P1时，通过去除衬底100的一部分，形成第一凹陷110。第一凹陷110与第一贯穿孔P1一体地形成。
另外，由于第一凹陷110，在衬底100的上表面上形成台阶部分。例如，第一凹陷110相对于衬底100的上表面下凹。第一凹陷110的内表面可以包括弯曲表面。就是说，弯曲表面可以形成在第一凹陷110的内表面和底面。具体地，第一凹陷110可以具有部分切除的圆形截面形状。
中间层250布置在后电极层200上。具体地，中间层250布置在后电极层200与光吸收层300之间。中间层250可以包括后电极层200中包含的材料和光吸收层300中包含的材料。
例如，中间层250可以通过后电极层200中包含的Mo与光吸收层300中包含的Se反应而形成。具体地，中间层250可以包括MoSe2。
中间层250可以是包括钼合金的合金层。另外，中间层250可以用作后电极层200与光吸收层300之间的界面层。中间层250可以比后电极层200或光吸收层300薄。
光吸收层300布置在后电极层200上。将包含在光吸收层300中的材料填充到第一贯穿孔P1中。
光吸收层300可以包括I-III-VI族化合物。例如，光吸收层300可以包括Cu(In，Ga)Se2(CIGS)晶体结构、Cu(In)Se2晶体结构或Cu(Ga)Se2晶体结构。
光吸收层300的能带隙范围在约1eV到约1.8eV。
缓冲层400布置在光吸收层300上。该缓冲层布置在电池区域A中。当俯视时，缓冲层400与光吸收层300的形状相同。缓冲层400包括CdS并且能带隙范围在约2.2eV到约2.4eV。
高阻缓冲层500布置在缓冲层400上。高阻缓冲层500包括iZnO，iZnO是未掺杂有杂质的氧化锌。高阻缓冲层500的能带隙范围在约3.1eV到约3.3eV。
第二贯穿孔P2形成在中间层250、光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500中。第二贯穿孔P2穿过中间层250、光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500形成。
第二贯穿孔P2可以具有一致的内表面。就是说，第二贯穿孔P2的内表面可以是光滑的。
第二贯穿孔P2与第一贯穿孔P1相邻。就是说，当俯视时，一些第二贯穿孔P2邻近第一贯穿孔P1形成。
第二贯穿孔P2的宽度范围可以是约80μm至约200μm。
另外，第二贯穿孔P2在光吸收层300中限定多个光吸收部。就是说，第二贯穿孔P2将光吸收层300划分为多个光吸收部。
第二贯穿孔P2在缓冲层400中限定多个缓冲区。就是说，第二贯穿孔P2将缓冲层400划分为多个缓冲区。另外，第二贯穿孔P2在高阻缓冲层500中限定多个高阻缓冲区。
多个第二凹陷240形成在后电极层200中。可以通过去除后电极层200的一部分形成第二凹陷240。因此，通过第二凹陷240在后电极层200中形成台阶部分。
第二凹陷240相对于衬底100的上表面下凹。第二凹陷240的内表面可以包括弯曲表面。就是说，弯曲表面可以形成在第二凹陷240的内表面和底面。具体地，第二凹陷240的内表面可以是弯曲表面。更具体地，第二凹陷240可以具有部分切除的圆形截面形状。
多个第二凹陷240分别布置在第二贯穿孔P2的下方。多个第二凹陷240的位置分别对应于第二贯穿孔P2。多个第二凹陷240分别与第二贯穿孔P2一体地形成。因此，第二凹陷240的内表面分别与第二贯穿孔P2的内表面一致。
第二凹陷240的深度可以是后电极层200的厚度的约1/4到约1/2。多个第二凹陷240的宽度分别与第二贯穿孔P2的宽度基本相同。
前电极层600布置在缓冲层400上。前电极层600是透明导电层。前电极层600包括导电氧化物。例如，前电极层600可以包括氧化锌、氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。
另外，所述氧化物可以包括导电掺杂物，诸如Al、Al2O3、Mg或Ga。具体地，前电极层600可以包括掺杂Al的氧化锌(AZO)或掺杂Ga的氧化锌(GZO)。
第三贯穿孔P3形成在光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600中。第三贯穿孔P3可以用作开口区域，以露出中间层250的上表面。例如，第三贯穿孔P3宽度范围可以是约8Oμm至约200μm。
第三贯穿孔P3与第二贯穿孔P2相邻。具体地，第三贯穿孔P3被布置为与第二贯穿孔P2邻近。更具体地，当俯视时，第三贯穿孔P3被布置为与第二贯穿孔P2平行地邻近第二贯穿孔P2。
第三贯穿孔P3将前电极层600划分为多个前电极。就是说，第三贯穿孔P3在前电极层600中限定多个前电极。
前电极的形状与后电极的形状对应。就是说，前电极以条状形式放置。另外，前电极可以以矩阵的形式放置。
此外，第三贯穿孔P3限定多个电池C1、C2...Cn。具体地，第二贯穿孔P2和第三贯穿孔P3限定多个电池C1、C2...Cn。就是说，第二贯穿孔P2和第三贯穿孔P3将根据实施例的太阳能电池设备划分为多个电池C1、C2...Cn。
连接线700从前电极层600延伸并且穿过中间层250、光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500。连接线700可以布置在第二贯穿孔P2内部。
连接线700直接连接到后电极层200。就是说，连接线700直接接触后电极层200。更具体地，连接线700的端部分别插入到第二凹陷240中。另外，连接线700分别与第二凹陷240的内表面直接接触。就是说，连接线700与第二凹陷240的内表面和底面直接接触。
因此，可以增大连接线700与后电极层200之间的接触面积。因此，可以减小连接线700与后电极层200之间的接触电阻并且提高连接特性。
连接线700将相邻的电池互相连接。具体地，连接线700将相邻电池的前电极与相邻电池的后电极连接。
连接线700与前电极层600一体地形成。就是说，用于连接线700的材料与用于前电极层600的材料相同。
如上所述，由于增大了连接线700与后电极层200之间的接触面积，因此，可以提高连接线700与后电极层200之间的连接特性。
另外，连接线700穿过中间层250延伸，因此连接线700可以直接连接到后电极层200。由于中间层250的电阻高，因此如果连接线700通过中间层250连接到后电极层200，则可以增大连接线700与后电极层200之间的电阻。
根据实施例的太阳能电池设备，连接线700直接连接到后电极层200，因此可以减小电阻并且可以提高电特性。
根据实施例的太阳能电池设备可以减小电池C1、C2...Cn之间的电阻。另外，根据实施例的太阳能电池设备可以具有提高的电特性和更高的光电转换效率。
图14至图23是图示根据第三实施例的太阳能电池设备的制造方法的剖视图。以上关于太阳能电池设备的描述将通过引用合并于此。
参照图14，后电极层200形成在衬底100上。
衬底100可以包括玻璃。陶瓷衬底、金属衬底或聚合物衬底可以用作衬底100。
例如，玻璃衬底可以包括钠钙玻璃或高应变点钠玻璃，金属衬底可以包括不锈钢或钛，聚合物衬底可以包括聚酰亚胺。
衬底100可以是透明的。衬底100可以是刚性的或挠性的。
后电极层200可以包括导体，诸如金属。
例如，可以通过使用钼(Mo)作为靶的溅射过程形成后电极层200。
由于钼(Mo)具有高电导率，因此钼可以提高与光吸收层300的欧姆接触性并且可以在Se气氛下保持高温稳定性。
用作后电极层200的钼(Mo)层必须具有如电极一样的低电阻率，并且必须具有与衬底100之间的高粘附特性，从而不会发生由热膨胀系数差导致的脱层现象。
同时，后电极层200可以通过使用掺杂钠离子的钼(Mo)来形成。
尽管附图中未示出，但后电极层200可以包括至少一个层。如果后电极层200包括多个层，所述层可以使用互不相同的材料形成。
参照图15，第一贯穿孔P1形成在后电极层200中。第一贯穿孔P1将后电极层200电划分和物理划分。第一贯穿孔P1可以选择性地露出衬底100。
通过部分地去除衬底100的上部，第一凹陷110形成在衬底100中。第一凹陷110可以从第一贯穿孔P1延伸。
就是说，后电极层200被第一贯穿孔P1划分，并且由于第一凹陷110而在衬底100的上表面上形成台阶部分。
第一凹陷110相对于衬底100的上表面下凹，并且在第一凹陷110的底面上可以形成弯曲表面。
第一贯穿孔P1可以通过各向同性刻蚀过程形成。
例如，可以通过利用喷水法(water-jet)进行湿刻蚀来形成第一贯穿孔P1。就是说，通过顺序地将高压刻蚀剂喷射到后电极层200和衬底100上，可以形成第一贯穿孔P1和第一凹陷110。
具体地，通过喷水法选择性地去除后电极层200，从而形成第一贯穿孔P1。此时，还刻蚀形成在第一贯穿孔P1底部的衬底100，从而形成第一凹陷110。
特别地，由于通过喷水过程对衬底100进行各向同性刻蚀，因此弯曲表面可以形成在第一凹陷110的底面。
通常，在进行激光过程或使用尖头工具的划线过程时，由于衬底100与后电极之间的热膨胀系数差异会造成后电极层200从衬底100脱离。
根据本实施例，通过使用喷水法的湿刻蚀过程来形成第一贯穿孔P1，使得被第一贯穿孔P1划分的后电极层200不会从衬底100脱离。
此外，由于通过使用喷水法的湿刻蚀过程来形成第一贯穿孔P1，因此第一贯穿孔P1可以具有一致的表面。
此外，参照图16，如果延长了喷水过程时间，则刻蚀剂会沿着衬底100的横向(x-x’)渗透到衬底100中，从而各向同性地刻蚀衬底100。
因此，第一凹陷110的宽度大于第一贯穿孔P1的宽度。具体地，第一贯穿孔P1具有第一宽度w1，第一凹陷110具有比第一宽度w1更宽的第二宽度w2。
例如，第一贯穿孔P1的宽度范围可以是约40μm至约80μm，第一凹陷110的宽度范围可以是约60μm至约100μm。
后电极层200可以被第一贯穿孔P1图案化为条状或矩阵形式，并且可以与各个电池对应。
同时，后电极层200可以具有除上述形状之外的各种形状。然后，对后电极层200和第一贯穿孔P1进行清洁和干燥过程。
由于通过使用喷水法的各向同性刻蚀过程而形成第一贯穿孔P1，因此，可以减少后电极层200的残留物，并且可以通过使用喷水法去除残留物。
因此，可以防止相邻后电极之间的电短路。
参照图17，光吸收层300形成在后电极层200和第一贯穿孔P1上。光吸收层300可以包括I-III-VI族化合物。
例如，光吸收层300可以包括Cu(In，Ga)Se2(CIGS)化合物。
另外，光吸收层300可以包括Cu(In)Se2(CIS)化合物或Cu(Ga)Se2(CGS)化合物。
例如，通过利用Cu靶、In靶和Ga靶在后电极层200上和在第一贯穿孔P1中形成CIG金属前驱层，以便形成光吸收层300。
之后，金属前驱层通过硒化过程与Se反应，从而形成CIGS光吸收层。
另外，可以通过共蒸发Cu、In、Ga和Se形成光吸收层300。
光吸收层300接收外部光从而将外部光转换为电能。光吸收层300通过光电转换效应产生光电动势。
同时，当对光吸收层300进行硒化过程时，后电极的金属成分可以与光吸收层300的成分发生反应，使得后电极的金属成分可以与光吸收层300的成分结合。因此，作为金属间化合物的中间层250形成在后电极层200上。
例如，中间层250可以包括MoSe2，MoSe2是Mo和Se的化合物。
中间层250形成在光吸收层300与后电极层200之间的界面上，以保护后电极层200的上表面。
由于中间层250未形成在通过第一贯穿孔P1露出的衬底100的表面上，因此光吸收层300可以填充在第一贯穿孔P1的空隙中。
用作中间层250的MoSe2层的表面电阻大于用作后电极层200的Mo层的表面电阻。因此，中间层250可以具有更高的接触电阻，从而需要去除中间层250。
参照图18，缓冲层400和高阻缓冲层500形成在光吸收层300上。
形成在光吸收层300上的缓冲层400可以包括至少一层。缓冲层400可以通过CBD(化学浴沉积)过程沉积CdS而形成。
缓冲层400是N型半导体层，光吸收层300是P型半导体层。因此，通过光吸收层300和缓冲层400形成PN结。
高阻缓冲层500形成在缓冲层400上，作为透明电极层。
例如，高阻缓冲层500可以包括ITO、ZnO和i-ZnO中的一种。
通过利用ZnO作为靶进行溅射过程，高阻缓冲层500可以形成为ZnO层。
缓冲层400和高阻缓冲层500布置在光吸收层300与稍后形成的前电极层600之间。
就是说，由于光吸收层300与前电极层600之间的晶格常数和能带隙存在很大的差异，因此，如果带隙居中的缓冲层400和高阻缓冲层500布置在光吸收层300与前电极层600之间，则可以获得优异的结特性。
根据本实施例，在光吸收层300上形成两个缓冲层。然而，本发明不限于此。例如，可以在光吸收层300上形成一个缓冲层。
参照图19，第二贯穿孔P2穿过高阻缓冲层500、缓冲层400、光吸收层300和中间层250形成。
第二贯穿孔P2可以露出后电极层200。
当形成第二贯穿孔P2时，去除后电极层200的一部分，从而可以在后电极层200中形成第二凹陷240。
具体地，第二凹陷240在后电极层200的表面上凹陷。第二凹陷240从第二贯穿孔P2延伸。
第二贯穿孔P2使光吸收层300与缓冲层400隔开，后电极层200通过第二凹陷240露出，因此在后电极层200中形成台阶部分。
第二凹陷240相对于后电极层200的上表面下凹，并且弯曲表面形成在第二凹陷240的底面上。后电极层200露出的面积可以因第二凹陷240而增大。
当形成第二贯穿孔P2时，部分地去除中间层250，从而露出后电极层200。详细地，由于还部分地去除后电极层200，因此，可以完全去除中间层250的与第二贯穿孔P2对应的一部分。
通过各向同性刻蚀过程可以形成第二贯穿孔P2和第二凹陷240。就是说，通过使用喷水法进行湿刻蚀过程，可以形成第二贯穿孔P2和第二凹陷240。
用于形成第二贯穿孔P2和第二凹陷240的喷水过程与用于形成第一贯穿孔P1和第一凹陷110的喷水过程相同，因此为了避免重复将省略其详细描述。
由于通过使用喷水法的各向同性刻蚀过程对后电极层200进行各向同性地刻蚀，第二凹陷240可以具有弯曲表面。
通常，如果进行激光过程或使用尖头工具的划线过程，第二贯穿孔P2的侧壁可以是不一致的。就是说，第二贯穿孔P2的内表面具有粗糙度，并且会产生分流路径。
根据本实施例，通过使用喷水法的各向同性刻蚀过程而形成第二贯穿孔P2，从而可以减小第二贯穿孔P2的内表面的粗糙度。
此外，参照图20，如果延长了喷水过程时间，刻蚀剂可以沿着横向(x-x’)渗透到后电极层200中，使得后电极层200被各向同性地刻蚀。
因此，第二凹陷240的宽度大于第二贯穿孔P2的宽度。具体地，第二贯穿孔P2具有第三宽度w3，第二凹陷240具有比第三宽度w3更宽的第四宽度w4。
例如，第二贯穿孔P2的宽度范围可以是约40μm至约80μm，第二凹陷240的宽度范围可以是约60μm至约100μm。
第二贯穿孔P2与第一贯穿孔P1相邻地排列。例如，第二贯穿孔P2的与第一贯穿孔P1之间的间隙的范围可以是约40μm至约80μm。
随后，对包括第二贯穿孔P2的衬底100进行清洁和干燥过程。
通过第二贯穿孔P2和第二凹陷240选择性地去除中间层250，从而露出后电极层200。因此，可以增大后电极层200露出的面积。
参照图21，在高阻缓冲层500上沉积透明导电材料，从而形成前电极层600。
当前电极层600形成时，将透明导电材料填充在第二贯穿孔P2和第二凹陷240中。因此，连接线700形成在第二贯穿孔P2和第二凹陷240中。
连接线700通过第二贯穿孔P2直接连接到后电极层200。另外，连接线700与后电极层200之间的接触面积可以由于第二凹陷240而增大。
因此，可以提高连接线700与后电极层200之间的欧姆接触特性。详细地，可以提高流过后电极层200表面的电流的移动性和导电率，所述后电极层200用作根据实施例的太阳能电池设备的后接触部。
前电极层600可以通过执行使用掺杂Al2O3的Al或ZnO的溅射过程形成。
前电极层600是与光吸收层300一起形成PN结的窗口层。由于前电极层600用作太阳能电池前面的透明电极，因而前电极层600由具有高透光率和优异电导率的ZnO形成。
因此，通过使ZnO掺杂有Al2O3或Al，可以形成具有低电阻值的电极。
通过利用ZnO靶的RF溅射过程、利用Zn靶的反应溅射过程、或金属有机化学沉积过程，可以形成用作前电极层600的ZnO层。
另外，通过在ZnO层上沉积具有优异光电特性的ITO层，前电极层600可以具有双层结构。
参照图22，第三贯穿孔P3穿过前电极层600、高阻缓冲层500、缓冲层400和光吸收层300形成。
第三贯穿孔P3可以选择性地露出中间层250。第三贯穿孔P3与第二贯穿孔P2相邻地排列。
例如，第三贯穿孔P3的宽度范围可以是约40μm至约80μm。另外，第二贯穿孔P2与第三贯穿孔P3之间的间隙范围可以是约40μm至约80μm。
第三贯穿孔P3可以通过激光照射方法或利用尖头工具的机械方法形成。
当通过机械方法形成第三贯穿孔P3时，中间层250可以保护后电极层200的表面。
就是说，由于中间层250形成在后电极层200的表面上，中间层250可以用作利用尖头工具进行刻蚀过程时的润滑剂，从而可以防止后电极层200受损。
第三贯穿孔P3可以将光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600划分为多个电池C1、C2...Cn。
另外，多个电池C1、C2...Cn通过连接线700互相连接。具体地，连接线700可以将相邻电池的前电极与相邻电池的后电极物理连接和电连接。
参照图23，第一凹陷110从具有第二宽度w2的第一贯穿孔P1向下延伸，第二凹陷240从具有第四宽度w4的第二贯穿孔P2向下延伸。
根据本实施例，可以通过使用喷水法的湿刻蚀过程而形成第一贯穿孔P1和第二贯穿孔P2。
因此，后电极层200不会从第一贯穿孔P1中的衬底100脱离，从而可以防止设备产生缺陷。
另外，在形成第二贯穿孔P2时，选择性地去除MoSe2层，从而可以提高连接线700与后电极层200之间的欧姆接触特性。
另外，MoSe2层可以防止后电极层200受损。
此外，可以去除在形成第一贯穿孔P1和第二贯穿孔P2时产生的残留物，并且可以防止产生漏电流。
因此，可以提供具有提高的电特性的太阳能电池设备。
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：
衬底；
在所述衬底上的后电极层；
在所述后电极层上的光吸收层；
在所述光吸收层上的前电极层；以及
连接线，所述连接线从所述前电极层延伸并且通过所述光吸收层与所述后电极层连接，
其中，所述连接线与形成在所述后电极层中的凹陷的内侧直接接触。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述光吸收层包括贯穿孔，所述连接线排列在所述贯穿孔的内部，并且所述凹陷的位置与所述贯穿孔对应。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池设备，其中，所述贯穿孔的内表面与所述凹陷的内表面排列在同一平面上。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池设备，其中，所述凹陷的宽度大于所述贯穿孔的宽度。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，进一步包括插置于所述后电极层和所述光吸收层之间的中间层，其中，所述连接线穿过所述中间层延伸。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述凹陷的下表面位于所述后电极层的上表面与所述后电极层的下表面之间。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述凹陷的内表面是弯曲表面。
8.一种太阳能电池设备，包括：
衬底；
在所述衬底上的后电极层；
在所述后电极层上的中间层；
在所述中间层上的光吸收层；
在所述光吸收层上的前电极层；以及
连接线，所述连接线从所述前电极层延伸并且通过所述光吸收层和所述中间层与所述后电极层直接连接。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池设备，其中，所述中间层包括所述后电极层中所包含的材料和所述光吸收层中所包含的材料。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池设备，其中，所述中间层包括MoSe2。
11.根据权利要求8所述的太阳能电池设备，其中，所述连接线布置在形成在所述光吸收层和所述中间层中的贯穿孔的内部，凹陷形成在所述后电极层中与所述贯穿孔对应，并且所述连接线直接接触所述凹陷的下表面。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池设备，其中，所述凹陷的下表面包括弯曲表面。
13.根据权利要求8所述的太阳能电池设备，其中，贯穿孔形成在所述后电极层中，凹陷形成在所述衬底中与所述贯穿孔对应。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池设备，其中，所述凹陷的内表面包括弯曲表面。
15.一种太阳能电池设备的制造方法，所述方法包括：
在衬底上形成后电极层；
在所述后电极层上形成光吸收层；
形成穿过所述光吸收层的第二贯穿孔，并且同时通过去除所述后电极层的一部分形成第二凹陷；以及
在所述光吸收层上形成前电极层，并且形成布置在所述第二贯穿孔和所述第二凹陷中的连接线。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括形成穿过所述后电极层的第一贯穿孔并且同时通过去除所述衬底的一部分形成第一凹陷。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，形成所述第二贯穿孔和所述第二凹陷包括将水喷射到所述光吸收层和所述后电极层上。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，形成所述第二贯穿孔和所述第二凹陷包括将激光束照射到所述光吸收层和所述后电极层上。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，在形成所述光吸收层时，所述后电极层中包含的材料与所述光吸收层中包含的材料反应，从而在所述后电极层与所述光吸收层之间形成中间层，并且所述连接线穿过所述中间层延伸。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第二贯穿孔穿过所述中间层形成。
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