CN102598303A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的太阳能电池包括：多个太阳能电池单元，形成在衬底的第一区域上并且各自包括后电极图案、光吸收层、缓冲层和前电极层；以及金属膜图案，形成在所述衬底的第二区域上以将多个太阳能电池中的不良单元区域的后电极图案电连接，其中各个后电极图案通过所述金属膜图案选择性地连接。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
近来，随着能量需求的增长，已经对将太阳能转化为电能的太阳能电池进行研究。
具体地，已广泛使用基于CIGS的太阳能电池，所述基于CIGS的太阳能电池是包括玻璃衬底、金属后电极层、p型基于CIGS的光吸收层、高电阻缓冲层、n型窗口层等的结构的异质结设备。
这种太阳能电池具有形成有多个单元并且串联使用的板。
当所述多个单元中的任意一个不良单元被损坏时，该板会不能使用并且被丢弃。
发明内容
技术问题
本发明的实施例提供一种太阳能电池及其制造方法，所述太阳能电池能够将不良电池用作太阳能电池。
技术方案
根据本发明实施例的太阳能电池包括：多个太阳能电池单元，形成在衬底的第一区域上以各自包括后电极图案、光吸收层、缓冲层和前电极层；金属膜图案，形成在所述衬底的第二区域上以将多个太阳能电池单元电连接并且所述金属膜图案互相隔开；以及连接单元，形成在所述互相隔开的金属膜图案之间。
根据本发明的太阳能电池制造方法包括：在衬底中的第一区域上形成多个后电极图案以互相隔开，并且将每个所述后电极图案连接到所述衬底的一个区域，在所述衬底中的第二区域上形成多个互相隔开的金属膜图案；在具有所述后电极图案的所述衬底的所述第一区域上顺序形成缓冲层和所述光吸收层；形成穿过所述缓冲层和所述光吸收层的接触图案；在具有所述接触图案的所述缓冲层和所述光吸收层上形成前电极，然后通过所述缓冲层、所述光吸收层和所述前电极露出所述后电极图案的一部分，并且形成分隔为单位单元的分隔图案；将所述太阳能电池单元的形成在所述衬底的第二区域上的不良单元区域的所述后电极图案电连接；以及在所述第一区域上形成所述后电极图案、所述光吸收层、所述缓冲层和所述前电极层，并且在所述第二区域上形成所述金属膜图案和结晶图案。
有益效果
根据本发明的实施例的太阳能电池及其制造方法即使在出现不良单元时，也可以通过将与不良单元区域相邻的单元连接来使用不良单元，而无需扔掉该不良单元。
附图说明
图1至12是示出根据本发明实施例的太阳能电池制造过程的剖视图和平面图。
具体实施方式
在实施例的描述中，当各个衬底、层、膜、电极等被表述为形成在其它衬底、层、膜、电极“上”或“下”时，“上”或“下”的意思包括“直接地”或通过其它组件“间接地”。此外，将基于附图描述“上”或“下”的标准。在附图中，为了描述清楚，可以夸大每个组件的尺寸，并且不意味着实际应用该尺寸。
图10是示出根据本发明实施例的太阳能电池的剖视图。
根据本发明实施例的太阳能电池包括多个单元C1、C2、C3、C4、C5、金属膜图案250和结晶图案。
太阳能电池单元C1、C2、C3、C4、C5包含包括在区域A中的后电极图案200、光吸收层、缓冲层和前电极层500。
金属膜图案250形成在第二区域B中，并且与各个后电极图案连接。
在金属膜图案250之间，布置非晶图案260和结晶图案270。当第三单元为不良单元时，仅仅在与不良单元相对应的金属膜之间形成结晶图案270。
与非晶图案260毗邻的金属膜图案250不互相电连接，而与结晶图案270毗邻的金属膜图案250互相电连接，因此可以将不同后电极图案200电连接。
就是说，金属膜图案250可以将不良单元区域中的后电极图案200和与该不良单元毗邻的单元的后电极图案200连接。
在本实施例中，即使结晶图案270可以布置在金属膜图案250之间，以便将所述不良单元区域的所述后电极图案200电连接，也可以在所述金属膜图案250之间布置导电材料280，如图11所示。
就是说，如图11所示，在与正常单元区域相对应的金属膜图案250之间的区域保持其初始状态，而导电材料280可以仅仅布置在与不良单元区域相对应的金属膜图案250之间。
在此情形中，导电材料280可以由导电浆料或导电胶带制成。
导电浆料可以是银(Ag)浆料，导电胶带可以是碳胶带。
在下文中，将根据太阳能电池的制造过程更详细地描述所述太阳能电池。
图1至图12是示出根据本发明实施例的太阳能电池制造过程的剖视图。
首先，如图1和图2所示，后电极图案200形成在衬底100上的第一区域A上。
衬底100可以由玻璃制成，也可以使用诸如氧化铝的陶瓷衬底、不锈钢衬底、钛衬底或聚合物衬底等。
玻璃衬底可以使用钠钙玻璃，聚合物衬底可以使用聚酰亚胺。
此外，衬底100可以是刚性或挠性的。
后电极图案200可以由诸如金属等的导体形成，并且可以通过在形成导电材料之后进行图案化而形成。
在此情形中，可以通过在后电极膜中形成凹槽210并且图案化具有该凹槽的后电极图案形成后电极图案200。
例如，后电极图案200可以通过溅射过程利用钼(Mo)靶形成。
这是因为钼(Mo)具有高电导率、与光吸收层的欧姆接触特性和在Se气氛下的高温稳定性。
另外，尽管附图中未示出后电极图案200，但后电极图案可以由至少一层形成。
当后电极图案200由多个层形成时，包含在后电极图案200中的层可以由不同的材料形成。
在本实施例中，后电极图案200形成为条状形式，但不限于此，而是可以形成为矩阵形式或各种形式。
随后，如图3所示，金属膜250形成在衬底100的第二区域B中。
在此情形中，金属膜图案250可以形成在每个后电极图案200上，并且金属膜图案250与后电极200可以电连接。
与后电极图案200连接的各个金属膜图案250彼此隔开地形成。
就是说，即使金属膜图案250与后电极图案200电连接，金属膜图案250也彼此隔开地形成，由此它们不相连。
金属膜图案250由铝(Al)、铜(Cu)等制成。
然后，如图4所示，光吸收层300和缓冲层400形成在后电极图案200上。
在此情形中，光吸收层300和缓冲层400可以仅形成在第一区域A上。
光吸收层300可以由基于Ib-III-VI的化合物制成。
更具体地，光吸收层300包含基于铜-铟-镓-硒(Cu(In，Ga)Se2，基于CIGS)的化合物。
或者，光吸收层300包含基于铜-铟-硒(Cu(In)Se2，基于CIS)或基于铜-镓-硒(Cu(Ga)Se2，基于CGS)的化合物。
例如，为了形成光吸收层300，通过利用铜靶、铟靶和镓靶在后电极图案200上形成基于CIG的金属前驱膜。
然后，金属前驱膜利用硒化过程与硒(Se)反应，以形成基于CIGS的光吸收层300。
此外，在形成金属前驱膜的过程和硒化过程期间，包含在衬底100中的碱性成分穿过后电极图案200扩散到金属前驱膜和光吸收层300中。
碱性成分提高光吸收层300的晶粒度和结晶度。
此外，光吸收层300可以通过共蒸发法由铜、铟、镓和硒(Cu、In、Ga和Se)形成。
光吸收层300从外部接收入射光，并将所接收的光转换为电能。光吸收层300通过光电效应产生光电动势。
缓冲层400可以由至少一层形成，并且缓冲层400可以通过硫化镉(CdS)、ITO、ZnO和i-ZnO中的任意一个层或堆叠的层形成在具有后电极图案的衬底上。
缓冲层400可以形成为透明电极。
在此情形中，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，光吸收层300和缓冲层400形成pn结。
换言之，由于光吸收层300和前电极500在能带隙和晶格常数方面差异很大，因此，为了形成良好的结，可以在这两种材料之间插入缓冲层400。
在本实施例中，在光吸收层300上形成一个缓冲层，但是本发明不限于此，并且缓冲层可以由两个或更多个层形成。
此外，形成穿过光吸收层300和缓冲层400的接触图案310。
可以通过机械方法或激光照射形成接触图案310，从而通过形成接触图案310露出后电极图案200的一部分。
随后，在缓冲层400上层叠透明导电材料，形成前电极500和连接线350。
在此情形中，前电极500可以也仅形成在区域A上。
当在缓冲层400上层叠透明导电材料时，透明导电材料也插入到接触图案中，以形成连接线350。
后电极200和前电极500通过连接线350电连接。
通过在衬底上进行溅射过程由掺杂铝的氧化锌形成前电极500。
前电极500是在光吸收层300上形成pn结的窗口层，其中前电极层被用作太阳能电池前表面的透明电极，因此，前电极500由具有高透光率和良好电导率的氧化锌(ZnO)形成。
在此情形中，可以通过向氧化锌掺杂铝来形成具有低电阻值的电极。
通过利用ZnO靶的RF溅射法、利用Zn靶的反应溅射法、和金属有机化学沉积法等沉积法，可以形成氧化锌薄膜，即前电极。
另外，通过在氧化锌薄膜上沉积具有优异光电特性的ITO(氧化铟锡)薄膜，还可以形成双层结构。
此外，如图7和图8所示，形成穿过光吸收层300和缓冲层400的分隔图案320。
可以通过机械方法或激光照射形成分隔图案320，从而可以露出后电极图案的上表面。
缓冲层400和前电极500可以被分隔图案320彼此分隔，并且通过分隔图案320，单元C1、C2、C3可以彼此分隔。
缓冲层400和光吸收层300可以通过分隔图案320被布置为条状形式或矩阵形式。
分隔图案320不限于上述形式，并且可以形成为各种形式。
通过分隔图案320形成包括后电极图案200、光吸收层300、缓冲层400和前电极500的单元C1、C2、C3、C4和C5。
在此情形中，单元C1、C2、C3、C4和C5中的每个通过连接线350彼此连接。
就是说，连接线350将第三单元C3的后电极图案200与毗邻该第三单元C3的第二单元C2的前电极500电连接。
另外，连接线350将第四单元C4的后电极图案200与毗邻该第四单元C4的第三单元C3的前电极500连接。
另外，检查由分隔图案320隔开的多个太阳能电池单元中是否产生不良单元C1、C2、C3、C4和C5。
通过对形成有太阳能电池单元C1、C2、C3、C4和C5的板应用热成像摄像机来检查不良单元。
当第三单元C3为不良单元时，第三单元C3的负载变大从而产生过热，因此第二单元C2和第四单元C4互不相连。
接着，非晶图案260形成在金属膜图案250之间，以便金属图案250互相连接，如图9所示。
金属膜图案250通过非晶图案260形成互相连接的结构，但不与非晶图案260电连接。
非晶图案260可以由V族和VI族化合物的Ge2Sb2Te5制成。另外，如图10所示，与第三单元C3和第四单元C4相邻的后电极图案200电连接，以在相应的后电极图案200之间形成结晶图案270。
仅选择与结晶图案270相对应的非晶图案260进行激光过程，可以将该非晶图案变化为结晶图案270。就是说，形成在与第三单元C3和单元C4的后电极图案200连接的金属膜图案250之间的非晶图案260变化为结晶图案270，从而与第三单元C3和第四单元C4的后电极图案200电连接。
在本发明的实施例中，与不良单元相对应的区域的非晶图案260变化为结晶图案，但不限于此，如图11所示，在与不良单元相对应的区域中的金属膜图案250可以通过导电材料280连接。
在检查不良单元之后，与不良单元相对应的区域可以与直接毗邻导电材料280的后电极图案200电连接。
在此情形中，导电材料280可以由导电浆料或导电胶带制成。
导电浆料可以是银(Ag)浆料，导电胶带可以是铜(Cu)或碳胶带。
图12示出了与第三单元C3和第四单元C4连接的简单结构。
就是说，是不良单元第三单元C3的后电极图案200和是不良单元第四单元C4的后电极图案200通过金属膜图案250和结晶图案270电连接，并且连接到第三单元C3的第二单元C2和第四单元C4电连接。
所述实施例描述了在只有第三单元C3为不良单元的情况，但是也可以包括至少一个或多个不良单元。
例如，当第二单元C2和第三单元C3都是不良单元时，与第三单元C3和第四单元C4相对应的非晶图案260可以被结晶化，从而将第四单元C4的后电极图案200与第二单元C2的后电极图案200连接。
因此，即使太阳能电池的单元中出现不良单元时，通过将与不良单元区域相邻的单元互相连接，无需扔掉该不良单元也可以将该不良单元用作太阳能单元。
此外，尽管示出和描述了本发明的优选实施例，但是本发明不限于上述具体实施例，并且在不脱离本实施例基本特性的范围内，本领域技术人员可以进行各种变型或应用。例如，在实施例中具体表示的各实施要素可变更实施，这些变更与应用有关的不同之处应理解为包含于权利要求书限定的本发明的保护范围内。

Claims (17)

1.一种太阳能电池，包括：
多个太阳能电池单元，形成在衬底的第一区域上以各自包括后电极图案、光吸收层、缓冲层和前电极层；
金属膜图案，形成在所述衬底的第二区域上以将所述多个太阳能电池单元电连接并且所述金属膜图案互相隔开；以及
连接单元，形成在互相隔开的所述金属膜图案之间。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述金属膜图案与所述多个太阳能电池单元的所述后电极图案电连接。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述连接单元包括非晶图案和结晶图案。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述结晶图案与连接到多个太阳能电池单元的不良单元区域的所述金属膜图案电连接。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，与所述多个太阳能电池单元的所述不良单元区域所对应的所述金属膜图案接触的连接单元包括导电材料，并且所述导电材料是导电浆料或导电胶带。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述导电浆料包括银浆料，所述导电胶带包括铜或碳。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述金属膜图案包含Al或Cu。
8.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述非晶图案包含Ge2Sb2Te5。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述前电极层与所述后电极图案电连接。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，进一步包括连接线，所述连接线将所述多个太阳能电池单元的一个单元的所述后电极图案与毗邻所述一个单元的前电极电连接。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中，所述连接线包括透明导电材料。
12.一种太阳能电池制造方法，包括：
在衬底中的第一区域上形成多个后电极图案以互相隔开，并且将每个所述后电极图案连接到所述衬底的一个区域，从而在所述衬底中的第二区域上形成多个互相隔开的金属膜图案；
在具有所述后电极图案的所述衬底的所述第一区域上顺序形成缓冲层和光吸收层；
形成穿过所述缓冲层和所述光吸收层的接触图案；
在具有所述接触图案的所述缓冲层和所述光吸收层上形成前电极，然后通过所述缓冲层、所述光吸收层和所述前电极露出所述后电极图案的一部分，并且形成分隔为单位单元的分隔图案；
将所述太阳能电池单元的形成在所述衬底的第二区域上的不良单元区域的所述后电极图案电连接；以及
在所述第一区域上形成所述后电极图案、所述光吸收层、所述缓冲层和所述前电极层，并且在所述第二区域上形成所述金属膜图案和结晶图案。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池制造方法，其中，在形成所述分隔图案之后，在形成在所述衬底的所述第二区域上的所述金属膜图案之间形成非晶图案。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池制造方法，包括，通过在与所述不良单元区域相对应的所述非晶图案上进行激光处理，将所述非晶图案形成为所述结晶图案，
其中，只有所述不良单元区域的所述后电极图案通过所述结晶图案连接。
15.根据权利要求13所述的太阳能电池制造方法，其中，所述金属膜图案由Al或Cu制成，并且所述非晶图案由Ge2Sb2Te5制成。
16.根据权利要求12所述的太阳能电池制造方法，其中，将所述不良单元的所述后电极图案电连接包括：
在与所述不良单元区域相对应的所述金属膜图案之间形成导电材料；以及
通过所述导电材料仅将所述不良单元区域的所述后电极图案电连接。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池制造方法，其中，所述导电材料由导电浆料或导电胶带制成。
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