CN102782874B - 太阳能电池设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

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，包括电池区域和围绕所述电池区域的外围区域；在所述电池区域中的电池；以及连接电极，与所述电池连接并且被设置在所述外围区域中。所述电池包括：在所述衬底上的后电极；在所述后电极上的光吸收部；以及在所述光吸收部上的前电极。所述连接电极从所述后电极延伸。

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
一种制造用于发电的太阳能电池的方法如下。在已经制备衬底之后，后电极层形成在该衬底上并被激光图案化，从而形成多个后电极。
之后，在后电极上顺序地形成光吸收层、缓冲层和高阻缓冲层。光吸收层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）的光吸收层的方法，以及在形成金属前驱膜之后执行硒化过程的方法。光吸收层的能带隙在约1eV至约1.8eV的范围内。
之后，通过溅射过程在光吸收层上形成包括硫化镉CdS缓冲层。缓冲层的能带隙在约2.2eV至约2.4eV的范围内。之后，通过溅射过程在缓冲层上形成包括ZnO的高阻缓冲层。高阻缓冲层的能带隙在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
之后，可以在光吸收层、缓冲层和高阻缓冲层中形成凹槽图案。
之后，在高阻缓冲层上层叠透明导电材料，并且用透明导电材料填充凹槽图案。因此，在高阻缓冲层上形成透明电极层之后，在凹槽图案中形成连接线。构成透明电极层和连接线的材料可以包括掺杂铝的氧化锌。透明电极层的能带隙在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
之后，在透明电极层中形成凹槽图案，从而可以形成多个太阳能电池。透明电极和高阻缓冲部与电池相对应。透明电极和高阻缓冲部可以布置为条状形式或矩阵形式。
透明电极和后电极彼此错开，并且通过连接线互相电连接。因此，太阳能电池可以互相串联电连接。
发明内容
技术问题
本发明涉及一种能够被容易地制造且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，一种太阳能电池设备包括：衬底，包括电池区域和围绕所述电池区域的外围区域；在所述电池区域中的电池；以及连接电极，与所述电池连接并且被设置在所述外围区域中。所述电池包括：在所述衬底上的后电极；在所述后电极上的光吸收部；以及在所述光吸收部上的前电极。所述连接电极从所述后电极延伸。
根据实施例，一种太阳能电池设备包括：衬底；在所述衬底上的多个后电极层；在所述后电极层上的光吸收层；以及在所述光吸收层上的前电极层。所述后电极层包括：彼此分隔开的多个后电极；以及与所述多个后电极中的一个一体形成的连接电极。
根据实施例，一种制造太阳能电池设备的方法包括：在包括电池区域和围绕所述电池区域的外围区域的衬底上形成后电极层；通过图案化后电极层在所述电池区域中形成多个后电极并且在所述外围区域中形成连接电极；在所述后电极上形成光吸收层；以及在所述光吸收层上形成前电极层。
有益效果
如上所述，根据实施例的太阳能电池设备，所述电池可以通过连接电极与外部充电装置或相邻太阳能电池板连接。在此情形中，连接电极从后电极延伸。具体地，连接电极可以与后电极一体形成。
因此，可以减小连接电极和后电极之间的连接电阻。具体地，连接电极可以包括与后电极的材料相同的材料。例如，连接电极可以包括诸如Mo的表现低电阻的材料。
因此，根据实施例的太阳能电池设备，可以改进连接电极的电特性，并且可以改进太阳能电池设备的整体电特性。
因此，根据实施例的太阳能电池设备可以表现提高的光电转换效率。
此外，由于当形成后电极时可以形成连接电极，因此可以在无需额外过程的情况下形成连接电极。
具体地，由于不额外需要将母线结合到前电极的过程，因此可以容易地形成根据实施例的太阳能电池设备。
附图说明
图1是图示根据实施例的太阳能电池组件的平面图；
图2是图示根据实施例的太阳能电池组件的下表面的视图；
图3是沿图1的A-A’线截取的剖视图；
图4是沿图1的B-B’线截取的剖视图；
图5是沿图1的C-C’线截取的剖视图；以及
图6至14是图示根据实施例的制造所述太阳能电池组件的过程的剖视图。
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是图示根据实施例的太阳能电池组件的平面图，图2是图示根据实施例的太阳能电池组件的下表面的视图，图3是沿图1的A-A’线截取的剖视图。图4是沿图1的B-B’线截取的剖视图，图5是沿图1的C-C’线截取的剖视图。
参照图1至5，根据实施例的太阳能电池设备包括支撑衬底100、后电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500、前电极600、第一母线11、第二母线12和接线盒800。
支撑衬底100具有板形形状以支撑后电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500、前电极600、第一母线11、第二母线12和接线盒800。
支撑衬底100可以包括绝缘体。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可以是刚性或挠性的。
支撑衬底100包括电池区域CR和外围区域OR。换言之，支撑衬底100被划分为电池区域CR和外围区域OR。
电池区域CR被限定在支撑衬底100的中心部分。电池区域CR占据支撑衬底100的大部分区域。根据实施例的太阳能电池设备在电池区域CR将太阳光转换为电能。
外围区域OR围绕电池区域CR。外围区域OR与支撑衬底100的外围部分相对应。与电池区域CR的面积相比，外围区域OR可以具有很小的面积。外围区域OR是不产生电的区域。
支撑衬底100中可以形成有两个通孔。换言之，支撑衬底100中可以形成有第一通孔101和第二通孔102。第一通孔101和第二通孔102形成在外围区域OR中。通孔101102使支撑衬底100的上表面与支撑衬底100的下表面连接。
后电极层200设置在支撑衬底100上。后电极层200包括导电层。后电极层200可以包括诸如钼（Mo）的金属。后电极层200形成在电池区域CR和外围区域OR两者上。
后电极层200可以包括至少两层。在此情形中，所述层包括相同金属或不同金属。
后电极层200中形成有第一贯穿槽TH1。第一贯穿槽TH1是露出支撑衬底100的上表面的开口区域。当俯视时，第一贯穿槽TH1可以具有沿一个方向延伸的形状。
第一贯穿槽TH1的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。后电极层200被第一贯穿槽TH1划分为多个后电极210、220和230以及两个连接电极201和202。换言之，第一贯穿槽TH1限定后电极210、220和230以及两个连接电极201和202。后电极层200包括后电极210、220和230以及两个连接电极201和202。
后电极210、220和230设置在电池区域CR中。后电极210、220和230可以具有沿一个方向延伸的形状。后电极210、220和230彼此平行地布置。后电极210、220和230被第一贯穿槽TH1彼此分隔开。后电极210、220和230布置为条状形式。
此外，后电极210、220和230可以布置为矩阵形状。在此情形中，当俯视时，第一贯穿槽TH1可以具有网格形式。
第一连接电极201和第二连接电极202设置在外围区域OR中。换言之，第一连接电极201和第二连接电极202从电池区域CR延伸到外围区域OR。
详细地，第一连接电极201从第一电池C1的后电极210延伸到外围区域OR。第一连接电极201与第一电池C1的后电极210一体形成。第一连接电极201延伸到第一通孔101。换言之，第一连接电极201从第一电池C1的后电极210延伸，从而使得第一连接电极201与第一通孔101相邻。详细地，第一连接电极201从第一电池C1的后电极210延伸。
此外，第一连接电极201可以延伸到第一通孔101的内侧。换言之，当形成后电极层200时，可以通过在第一通孔101的内侧处沉积诸如Mo的金属来形成第一连接电极201。
第二连接电极202从第二电池C2的后电极220延伸到外围区域OR。换言之，第二连接电极202与第二电池C2的后电极220一体形成。换言之，第二连接电极202延伸到第二通孔102。换言之，第二连接电极202从第二电池C2的后电极220延伸，从而使得第二连接电极202与第二通孔102相邻。更详细地，第二连接电极202从第二电池C2的后电极220延伸。
此外，第二连接电极202可以延伸到第二通孔102的内侧。换言之，当形成后电极层200时，可以通过在第二通孔102的内侧处沉积诸如钼（Mo）的金属来形成第二连接电极202。
可以基于第一连接电极201和第二连接电极202的电阻改变第一连接电极201和第二连接电极202的宽度。例如，第一连接电极201和第二连接电极202的宽度可以在约0.5cm至约5cm的范围内。
第一连接电极201和第二连接电极202的厚度可以等于后电极210、220和230的厚度。例如，第一连接电极201和第二连接电极202的厚度可以在约0.5μm至约2μm的范围内。
光吸收层300设置在后电极层200上。详细地，光吸收层300覆盖后电极层210、220和230。光吸收层300不覆盖第一连接电极201和第二连接电极202，而是露出第一连接电极201和第二连接电极202。
构成光吸收层300的材料填充在第一贯穿槽TH1中。光吸收层300设置在电池区域CR中。详细地，光吸收层300的外围部分可以与电池区域CR的外围部分相对应。
光吸收层300可以包括I-III-V族化合物。例如，第一光吸收层300可以具有基于Cu-In-Ga-Se的晶体结构（Cu(In,Ga)Se2；CIGS）、基于Cu-In-Se的晶体结构或基于Cu-Ga-Se的晶体结构。
光吸收层300的能带隙可以在约1eV至约1.8eV的范围内。
缓冲层400设置在光吸收层300上。此外，缓冲层400设置在电池区域CR中。缓冲层400包括硫化镉（CdS）。缓冲层400的能带隙在约2.2eV至约2.4eV的范围内。
高阻缓冲层500设置在缓冲层400上。此外，高阻缓冲层500设置在电池区域CR中。高阻缓冲层500包括未掺杂杂质的氧化锌。高阻缓冲层500的能带隙在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500中形成有第二贯穿槽TH2。第二贯穿槽TH2穿过光吸收层300。此外，第二贯穿槽TH2是露出后电极层200的上表面的开口区域。
第二贯穿槽TH2与第一贯穿槽TH1相邻。换言之，当俯视时，第二贯穿槽TH2的一些部分形成在第一贯穿槽TH1旁边。
第二贯穿槽TH2的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
此外，第二贯穿槽TH2在光吸收层300中限定多个光吸收部。换言之，光吸收层300被第二贯穿槽TH2划分为多个光吸收部。
缓冲层400被第二贯穿槽TH2划分为多个缓冲部。同样，高阻缓冲层500被第二贯穿槽TH2划分为多个高阻缓冲部。
前电极层600设置在光吸收层300上方。前电极层600覆盖在光吸收层300。此外，前电极层600不覆盖第一连接电极201和第二连接电极202，而是露出第一连接电极201和第二连接电极202。前电极层600设置在高阻缓冲层500上。前电极层600设置在电池区域CR中。
前电极层600是透明的且包括导电层。前电极层600包括氧化物。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）。
此外，所述氧化物可以包括导电杂质，诸如铝（Al）、氧化铝（Al2O3）、镁（Mg）或镓（Ga）。详细地，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）。前电极层600的厚度可以在约800nm到约1200nm的范围内。
第三贯穿槽TH3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。第三贯穿槽TH3是露出后电极层200的上表面的开口区域。例如，第三贯穿槽TH3的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
第三贯穿槽TH3与第二贯穿槽TH2相邻。详细地，第三贯穿槽TH3布置在第二贯穿槽TH2旁边。换言之，当俯视时，第三贯穿槽TH3布置在第二贯穿槽TH2旁边。
前电极层600被第三贯穿槽TH3划分为多个前电极610、620和630。换言之，第三贯穿槽TH3限定多个前电极610、620和630。
前电极610、620和630的形状与后电极210、220和230的形状相对应。换言之，前电极610、620和630布置为条状形状。此外，前电极610、620和630可以布置为矩阵形式。
前电极层600包括通过将透明导电材料填充到第二贯穿槽TH2中而形成的多个连接部700。
此外，第三贯穿槽TH3限定第一电池C1、第二电池C2和多个第三电池C3。详细地，第二贯穿槽TH2和第三贯穿槽TH3限定第一电池C1、第二电池C2和第三电池C3。换言之，根据实施例的太阳能电池设备包括设置在支撑衬底100上的第一电池C1、第二电池C2和第三电池C3。
第三电池C3插置在第一电池C1和第二电池C2之间。第一电池C1、第二电池C2和第三电池C3彼此串联连接。换言之，第一电池C1和第二电池C2是支撑衬底100的最外侧电池。
此外，第一电池C1包括顺序地层叠在支撑衬底100上的后电极210、光吸收部310、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极610。
类似地，第二电池C2包括顺序地层叠在支撑衬底100上的后电极220、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极620。
连接部700设置在第二贯穿槽TH2中。连接部700从前电极层600向下延伸，并且与后电极层200连接。
因此，连接部700使相邻电池互相连接。详细地，连接部700使分别位于相邻电池中的前电极和后电极互相连接。
光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600的外围部分可以基本上互相匹配。换言之，光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600的外围部分可以互相对应。在此情形中，光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600的外围部分可以与电池区域CR和外围区域OR之间的边界相匹配。
如图3所示，第一连接电极201与第一电池C1的后电极210连接。第一电池C1将其中接收的太阳光转换为电能，并且与第三电池C3连接。换言之，第一连接电极201通过第一电池C1与第三电池C3连接。
如图4所示，第二电池C2是杜米电池（dummy cell），其不将太阳光转换为电能。第二连接电极202通过第二电池C2的后电极220和连接部700与第三电池C3连接。详细地，第二连接电极202通过第二电池C2的后电极220和连接部700与和第二电池C2相邻的第三电池C3的前电极630连接。
第一母线11设置在外围区域OR上。第一母线11设置在第一通孔101中和支撑衬底100的下表面上。第一母线11与第一连接电极201直接连接。第一母线11可以延伸到接线盒800。第一母线11通过第一连接电极201与第一电池C1连接。
第二母线12设置在外围区域OR上。第二母线12设置在第二通孔102中和支撑衬底100的下表面上。第二母线12与第二连接电极202直接连接。第二母线12可以延伸到接线盒800。第二母线12通过第二连接电极202和第二电池C2的后电极220与第三电池C3连接。
第一母线11和第二母线12包括导体。第一母线11和第二母线12可以包括表现高导电性的金属，诸如银。
接线盒800附着到支撑衬底100的下表面。接线盒800可以包括驱动根据实施例的太阳能电池板的电路。接线盒800可以容纳两端与第一母线11和第二母线12连接的二极管。
与第一母线11和第二母线12连接的导线801可以从接线盒800延伸。导线801可以与相邻的太阳能电池板或充电装置连接。
根据实施例的太阳能电池板可以通过第一连接电极201和第二连接电极202将电池C1、C2和C3连接到外部充电装置或相邻太阳能电池板。在此情形中，第一连接电极201和第二连接电极202可以与第一电池C1的后电极210和第二电池C2的后电极220一体形成。
因此，可以降低第一连接电极201和第一电池C1的后电极210之间的连接电阻以及第二连接电极202和第二电池C2的后电极220之间的连接电阻。具体地，第一连接电极201和第二连接电极202可以包括诸如Mo的表现低电阻的材料。
因此，根据实施例的太阳能电池板可以改进第一连接电极201和第二连接电极202的电特性。换言之，可以改进根据实施例太阳能电池板的整体电特性。
因此，根据实施例的太阳能电池板可以表现提高的光电转换效率。
图6至14是示出根据实施例的太阳能电池板制造方法的剖视图。将参照关于太阳能电池板的描述来描述太阳能电池板的制造方法。换言之，关于太阳能电池板的上述描述可以合并在关于太阳能电池板制造方法的描述中。
参照图6，后电极层200形成在支撑衬底100上。后电极层200可以通过利用溅射过程在支撑衬底100上沉积诸如Mo的金属来形成。
后电极层200的厚度可以在约0.5μm至约2μm的范围内。后电极层200可以包括至少两层，并且可以在后电极层200和支撑衬底100之间插置防扩散层。
参照图7和8，图案化后电极层200以形成第一贯穿槽TH1。此外，图案化后电极层200的边缘部分。因此，在支撑衬底100上形成后电极210、220和230以及第一连接电极201和第二连接电极202。可以通过激光图案化后电极层200。
第一贯穿槽TH1露出支撑衬底100的上表面，并且可以具有约80μm至约200μm的宽度。
参照图9和10，在支撑衬底100上形成掩膜20。掩膜20覆盖外围区域OR。详细地，掩膜20覆盖第一连接电极201和第二连接电极202。
掩膜20围绕支撑衬底100的电池区域CR。当俯视时，掩膜20可以具有闭合环线形状或环形形状。掩膜20包括形成在中心部分的透射区域。
尽管附图示出掩膜20紧密地附着到支撑衬底100，但是实施例不限于此。掩膜20可以与支撑衬底100分隔开预定距离。
参照图11，在后电极层200上形成光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500。通过沉积过程利用掩膜20形成光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500。因此光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500形成在电池区域CR中。
在掩膜20安置在支撑衬底100上的状态中，通过溅射过程或蒸发方法可以形成光吸收层300。
例如，光吸收层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，通过利用Cu靶、In靶或Ga靶的溅射过程在后接触电极200上形成金属前驱层。
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靶和Ga靶的溅射过程和硒化过程。
此外，可以通过仅利用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形成CIS或CIG光吸收层300。
之后，在安置了掩膜20的状态中，在通过溅射过程或CBD（化学浴沉积）方法沉积硫化镉之后，可以形成缓冲层400。
之后，在安置了掩膜20的状态中，通过溅射过程在缓冲层400上沉积氧化锌，形成高阻缓冲层500。
缓冲层400和高阻缓冲层500被沉积为具有小厚度。例如，缓冲层400和高阻缓冲层500的厚度可以在约1nm至约80nm的范围内。
参照图12，通过去除光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500的一些部分形成第二贯穿槽TH2。
可以通过利用诸如尖头工具的机械装置或激光装置形成第二贯穿槽TH2。
例如，可以利用宽度为约40μm至约180μm的尖头工具图案化光吸收层300和缓冲层400。此外，可以通过波长为约200nm至约600nm的激光形成第二贯穿槽TH2。
在此情形中，第二贯穿槽TH2的宽度可以在约100μm至约200μm的范围内。第二贯穿槽TH2露出后电极层200的上表面的一些部分。
参照图13，在安置了掩膜20的状态中，在光吸收层300上和第二贯穿槽TH2的内侧形成前电极层600。换言之，通过在高阻缓冲层500上和第二贯穿槽TH2的内侧沉积透明导电材料形成前电极层600。
在此情形中，透明导电材料填充在第二贯穿槽TH2内侧。前电极层600与后电极层200直接接触。
参照图14，去除掩膜20，并且去除光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600的一些部分，由此形成第三贯穿槽TH3。图案化前电极层600以限定前电极610、620和630，以及第一电池C1、第二电池C2和第三电池C3。第三贯穿槽TH3的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
之后，形成与第一连接电极201连接的第一母线11和与第二连接电极202连接的第二母线12。为了形成第一母线11和第二母线12，在印刷导电膏之后，可以烧结所印刷的导电膏。
接线盒800可以附着到支撑衬底100的下表面。
如上所述，可以制造具有改进的电特性和光电转换效率的太阳能电池板。
此外，在形成后电极201、202和203时，可以同时形成第一连接电极201和第二连接电极202。因此，可以在不进行额外过程的情况下形成第一连接电极201和第二连接电极202。
因此，可以容易地形成根据实施例的太阳能电池板。
根据本实施例的太阳能电池板与太阳能电池设备相对应。因此，关于本实施例的描述可应用于各种太阳能电池设备。换言之，根据实施例的太阳能电池板的改进可以应用于各种太阳能电池设备。
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。

Claims (6)

1.一种太阳能电池设备，包括：
衬底，包括电池区域和围绕所述电池区域的外围区域；
在所述电池区域中的电池；以及
连接电极，与所述电池连接并且被设置在所述外围区域中，
其中，所述电池包括：
在所述衬底上的后电极；
在所述后电极上的光吸收部；以及
在所述光吸收部上的前电极，并且
其中，所述连接电极从所述后电极延伸，
其中，所述连接电极与所述后电极一体形成。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述连接电极和所述后电极包含钼(Mo)。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，进一步包括与所述连接电极连接并且延伸到所述衬底的下表面的母线。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池设备，其中，所述衬底中形成有通孔，并且所述连接电极朝向所述通孔延伸。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池设备，其中，所述母线设置在所述衬底的下表面上并且设置在所述通孔中。
6.根据权利要求3所述的太阳能电池设备，进一步包括在所述衬底下面的接线盒，其中，所述母线延伸到所述接线盒中。
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