CN102844880A

CN102844880A - 太阳能发电装置及其制造方法

Info

Publication number: CN102844880A
Application number: CN2011800156118A
Authority: CN
Inventors: 池奭宰
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-12-26
Also published as: KR101210104B1; WO2011119000A2; KR20110107170A; US20130008504A1; WO2011119000A3; EP2530738A2; JP2013522926A

Abstract

公开了一种太阳能发电装置及其制造方法。太阳能发电装置包括支撑基板；支撑基板上的彼此相隔的第一和第二背电极；第一背电极上的光吸收部分；光吸收部分上的第一缓冲；第一缓冲上的第二缓冲；第一阻挡层从第一缓冲层延伸并被置于光吸收部分的侧面；第一虚设部分从第一阻挡层延伸并被置于第二背电极的顶部表面。

Description

太阳能发电装置及其制造方法

技术领域

实施例涉及一种太阳能电池装置及其制造方法。

背景技术

近来，随着能耗的增加，一种太阳能电池被开发出来以将太阳能转换成电能。

尤其是，基于CIGS的太阳能电池被广泛地应用，基于CIGS的太阳能电池是一个PN异质结装置，该装置具有包含玻璃基板的基板结构、金属背电极层、P型基于CIGS的光吸收层、高电阻缓冲层、以及N型窗口层。

发明内容

实施例提供了一种太阳能电池装置，该装置能够防止泄漏电流以及提高光电转换效率。

根据实施例的太阳能电池装置包括支撑基板；在支撑基板上彼此相间隔的第一和第二背电极；在第一背电极上的光吸收部分；在光吸收部分上的第一缓冲部分；在第一缓冲部分上的第二缓冲部分；第一阻挡层从第一缓冲部分延伸并设置于光吸收部分的侧面；以及从第一阻挡层延伸并设置于第二背电极顶部表面的第一虚设部分。

根据实施例的太阳能电池装置包括支撑基板；在支撑基板上的背电极层；在背电极层上的形成有通孔的光吸收层；在光吸收层顶部表面、通孔内壁以及通孔底部表面的第一缓冲层；在第一缓冲层上的第二缓冲层；以及在第二缓冲层上的窗口层。

根据实施例的制造太阳能电池装置的方法包括：在支撑基板上形成背电极层；在背电极层上形成光收层；在光收层上形成通孔；在光吸收层的顶部表面、通孔的内壁以及通孔的底部表面形成第一缓冲层；在第一缓冲层上形成第二缓冲层；以及在第二缓冲层上形成窗口层。

有益效果

根据实施例的太阳能电池装置包括第一阻挡层。光吸收部分的侧面被第一阻挡层绝缘。这样，根据实施例的太阳能电池装置能够防止电流从光吸收部分的侧面泄漏。

特别地，第一阻挡层是使用CdS形成的。这样，第一阻挡层有高电阻，从而第一阻挡层能够有效地阻止泄漏电流。

进一步，第一虚设部分有一个薄的厚度，这样从窗口延伸的连接部分由于隧道效应可以容易地与第二背电极连接。也就是说，由于虚设部分很薄，当连接部分通过虚设部分与第二背电极相连时，根据本实施例的太阳能电池装置由于隧道效应能够减少功率损耗。

另外，从第二缓冲部分延伸的第二阻挡层被设置于光吸收部分的侧面。这样，光吸收部分侧面的绝缘作用由于第二阻挡层而增强。

进一步，第二阻挡层的厚度比第二缓部分冲厚度更厚。这样光吸收部分侧面的绝缘作用由于第二阻挡层而增强。

因此，根据实施例的太阳能电池装置能够阻止泄漏电流以及提高发电效率。

附图说明

图1是示出根据实施例的太阳能电池装置的平面图；

图2是示出图1沿A-A’处的剖视图；

图3到6是示出根据实施例的太阳能电池装置的制造方法的剖视图；以及

图7到8是示出根据另一个实施例的太阳能电池装置的制造方法的剖视图。

具体实施方式

本实施例的描述中，可以理解，当一个基板、层、薄膜、或电极被指出是在于另一个基板、层、薄膜、或电极的“上”或者“下”时，它可以是直接或间接在其他的基板、层、薄膜、或电极上，或是一个或是多个中间层也可能存在。参照图形描述了所述层的这种位置。附图中元素的尺寸为了说明可能有些夸大，并且没有完全地反映实际尺寸。

图1所示是根据本实施例的太阳能电池装置的平面图，以及图2所示是图1沿A-A’处的剖视图。

参见图1和2，根据本实施例的太阳能电池装置包括支撑基板100、背电极层200、光吸收层310、下缓冲层320、上缓冲层330、第一阻挡323、窗口层400以及连接部分500。

支撑基板100是平板形状并支撑背电极层200，光吸收层310，下缓冲层320，上缓冲层330，窗口层400以及连接部分500。支撑基板100可以是一个绝缘体。支撑基板100可以是一个玻璃基板，一个塑料基板或是一个金属基板。更详细地，支撑基板100可以是一个钠钙玻璃基板。支撑基板100可以是透明的。支撑基板100可以是柔韧的或是刚硬的。

背电极层200设置在支撑基板100上。背电极层200是一个传导层。例如，背电极层200包含一种金属，如钼（Mo）。

另外，背电极层200至少包含两层。这样，这些层可以由相同的金属或是不同的金属形成。

第一通孔TH1在背电极层200形成。第一通孔TH1作为一个开口区域露出支撑基板100的顶部表面。当从顶部观看时，第一通孔TH1在一个方向延伸。

第一通孔TH1的宽度范围大约是80μm到200μm。

背电极层200被第一通孔TH1分成多个背电极210、220…和N。也就是说，背电极210、220…和N是被第一通孔TH1限定的。在背电极210、220…和N中，只有第一背电极210和第二背电极220在图2中示出。

背电极210、220…和N通过第一通孔TH1彼此相隔离。背电极210、220…和N被安置成条纹形状。

另外，背电极210、220…和N可以被安置成矩阵的形式，当从顶部观看时，第一通孔TH1被安置成格子形状。

光吸收层310被设置在背电极层200上。另外，光吸收层310所包含的材料被填充在第一通孔TH1中。

光吸收层310可以包含I-III-V类化合物。例如，光吸收层310可以含有Cu(In,Ga)Se₂(CIGS)晶体结构，Cu(In)Se₂晶体结构或是Cu(Ga)Se₂晶体结构。

光吸收层310的能带隙范围大约是1eV到1.8eV。

第二通孔TH2在光吸收层310中形成。第二通孔TH2形成为穿过光吸收层310。第二通孔TH2作为一个开口区域露出背电极层200的顶部表面。

第二通孔TH2与第一通孔TH1相邻。也就是说，当从顶部观看时，第二通孔TH2的一部分在第一通孔TH1的边上。

第二通孔TH2的宽度范围大约是80μm到200μm。

多个光吸收部分311、312…和N由第二通孔TH2限定在光吸收层310上。也就是说，光吸收层310通过第二通孔TH2被分成光吸收部分311、312…和N。

下缓冲层320形成在光吸收层310上和第二通孔TH2中。下缓冲层320可包含CdS以及其能带隙范围大约是2.2eV到2.4eV。下缓冲层320有高电阻。例如，下缓冲层320的电阻比上缓冲层330和窗口层400的电阻高。

上缓冲层330被置于下缓冲层320上，另外，上缓冲层330被置于第二通孔TH2中。上缓冲层330可包含掺Ga的ZnO或掺Ga的SnO。上缓冲层330的能带隙范围大约是3.1eV到3.3eV。

另外，上缓冲层330可以是不掺杂的i-ZnO。

这样，上缓冲层330有非常低的电阻。例如，上缓冲层330的电阻相当于或是低于窗口层400的电阻。

窗口层400在上缓冲层330上形成。窗口层400是透明传导层。例如，窗口层400可以含有掺Al的ZnO (AZO)。

第三通孔TH3在下缓冲层320、上缓冲层330和窗口层400中形成。第三通孔TH3作为一个开口区域露出背电极层200的顶部表面。例如，第三通孔TH3的宽度范围大约是80μm到200μm。

第三通孔TH3与第二通孔TH2相邻。具体说，第三通孔TH3被设置为与第二通孔TH2相邻。也就是说，当从顶部观看时，第三通孔TH3被设置为与第二通孔TH2紧邻并平行于第二通孔TH2。

下缓冲层320被划分成多个下缓冲部分321、322…和N、第一阻挡层323以及第一虚设部分324。

以同样的办法，上缓冲层330被分成多个上缓冲部分331、332…和N、第二阻挡层333以及第二虚设部分334。

第一阻挡层323从形成在第一光吸收部分311上的第一下缓冲部分321延伸并被置于第一光吸收部分311的侧面上。第一阻挡层323与第一下缓冲部分321一体地形成并插入在第一光吸收部分311的侧面和第二阻挡层333之间。

第一虚设部分324沿着背电极层200的顶部表面从第一阻挡层323延伸。详细的，第一虚设部分324从该阻挡层延伸并与第二背电极220的顶表面接触。第一虚设部分324与第一阻挡层323一体化地形成。第一虚设部分324覆盖第二通孔TH2底部表面的整个区域。

第二阻挡层333从形成在第一下缓冲部分321上的第一上缓冲部分331延伸并置于第一阻挡层323上。第二阻挡层333与第一上缓冲部分321一体化地形成并插入在第一阻挡层323和连接部分500之间。

与第一上缓冲部分331类似，第二阻挡层333具有低电阻。

第二虚设部分334沿着背电极200的顶部表面从第二阻挡层333延伸。详细地，第二虚设部分334从第二阻挡层333延伸并与第一虚设部分324的顶部表面相接触。第二虚设部分334与第二阻挡层333一体化地形成。

第一阻挡层323从下缓冲部分321、322…和N延伸并设置于光吸收部分311、312…和N的侧面上。以同样的方法，第二阻挡层333从上缓冲部分331、332…和N延伸并设置于光吸收部分311、312…和N的侧面上。

第一虚设部分324沿着背电极200的顶部表面从第一阻挡层323延伸。另外，第二虚设部分334从第二阻挡层333延伸并设置于第一虚设部分324上。第一虚设部分324覆盖第二通孔TH2底部表面的整个区域。第一虚设部分324的厚度很薄。例如，第一虚设部分324的厚度T的范围大约是1nm到80nm。详细地，第一虚设部分324的厚度范围大约是1nm到30nm。

另外，窗口层400通过第三通孔TH3分成多个窗口410、420…和N。也就是说，窗口410、420…和N被第三通孔TH3限定。

窗口410、420…和N的形状对应于背电极210、220…和N的形状。也就是说，窗口410、420…和N被设置成条纹形状。另外，窗口410、420…和N可以被设置成矩阵的形状。

另外，多个电池C1、C2…和Cn被第三通孔TH3限定。详细地，电池C1、C2…和Cn被第二通孔TH2和第三通孔TH3限定。也就是说，根据本实施例的太阳能电池装置被第二通孔TH2和第三通孔TH3分成电池C1、C2…和Cn。

换言之，根据本实施例的太阳能电池装置包含多个电池C1、C2…和Cn。例如，根据本实施例的太阳能电池装置包含设置在支撑基板100上的第一电池C1和第二电池C2。

第一电池C1包含第一背电极层210，第一光吸收部分311，第一下缓冲部分321、第一上缓冲部分331和第一窗口410。

第一背电极210被设置于支撑基板100上，并且第一光吸收部分311、第一下缓冲部分321和第一上缓冲部分331依次地叠加在背电极210上。第一窗口410被设置于第一上缓冲部分331上。

也就是说，第一背电极210面对着第一窗口410，并在他们之间插入第一光吸收部分311。

虽然在附图中没有显示，第一上缓冲部分331和第一窗口410覆盖第一背电极210，使得第一背电极210顶部表面的一部分被露出。

第二电池C2被置于支撑基板100上并与第一电池C1相邻。第二电池C2包含第二背电极层230，第二光吸收部分312，第二下缓冲部分322，第二上缓冲部分332以及第二窗口420。

第二背电极220被置于支撑基板100上并与第一背电极210分隔开。第二光吸收部分312被置于第二背电极220上并与第一光吸收部分311分隔开。第二窗口420被置于第二上缓冲部分332上并与第一窗口410分隔开。

第二光吸收部分312和第二窗口420覆盖第二背电极220，使得第二背电极220顶部表面的一部分被露出

另外，连接部分500被置于第二通孔TH2中。进一步，连接部分500被置于第一虚设部分324上。

连接部分500从窗口400向下延伸，并与背电极200相接。例如，连接部分500从第一窗口410向下延伸并与第二背电极220相接。

这时，由于连接部分500、第二虚设部分334和第二背电极220有低电阻以及第一虚设部分324有薄的厚度，隧道效应在第二虚设部分334和第二背电极220之间发生。这样，电流可以在第二虚设部分334和第二背电极220之间容易地流动。

因此，连接部分500可以很容易地连接包括在相邻电池C1、C2…和Cn中的窗口和背电极。例如，连接部分500能很容易地连接第一窗口410和第二背电极220。

连接部分500与窗口410、420…和N一体化地形成。也就是说，制造连接部分500的材料和制造窗口层400的材料相同。

第一阻挡层323绝缘了光吸收部分311、312…和N的侧面。也就是说，第一阻挡层323插入在光吸收部分311、312…和N和连接部分500之间。这样，第一阻挡层323能够阻止光从吸收部分311、312…和N侧面处的泄漏电流。例如，第一阻挡层323能阻止电流通过连接部分500和第一光吸收部分311的侧面漏向第一背电极层210。

也就是说，由于第一阻挡层323插入在有高电阻的光吸收部分311、312…和N和有低电阻的第二阻挡层333之间，使得隧道效应在第一阻挡层323不能发生。这样，第一阻挡层在光吸收部分311，312…和N的侧面增加电阻。

另外，为了阻止泄漏电流而增加第一通孔TH1的宽度是没有必要的。详细地，泄漏电流能有效地被第一阻挡层阻止，即使第一通孔TH1的宽度减小。

因此，第一通孔TH1的宽度能够被减小，这样，根据本实施例的太阳能电池装置能够减少不产生能量的死区。

另外，由于第一虚设部分324厚度很薄，第一虚设部分324不能恶化连接部分500和背电极层200之间的连接特性。例如，由于第一虚设部分324的厚度大约是80nm或更薄，第一虚设部分324不能增加连接部分500和背电极层200之间的电阻。

因此，根据本实施例的太阳能电池装置能够提高电池之间的连接特性以及发电效率。

图3到6是示出根据本实施例的太阳能电池装置的制造方法的剖视图。通过引述，以上关于太阳能电池装置的描述包含在这里。

参照图3，背电极层200形成在支撑基板100上。图案化背电极层200以形成第一通孔TH1。这样，多个背电极210、220…和N形成在基板上。背电极层200被激光图案化。

第一通孔TH1露出支撑基板100的顶部表面，其宽度范围大约是80μm到200μm。

另外，一个附加层，如一个扩散阻挡层可以被插入在支撑基板100和背电极层200之间。这时，第一通孔TH1露出附加层的顶部表面。

参照图4，光吸收层310形成在背电极层200上。

光吸收层310通过溅射方法或蒸镀方法形成。

例如，光吸收层310通过多种方法形成，如通过同时或单独地蒸镀Cu、In、Ga和Se形成基于Cu(In,Ga)Se2₂(CIGS)光吸收层310的方法，以及通过在金属前体层形成后执行硒化工艺的方法。

关于金属前体层形成后的硒化工艺的细节的描述，金属前体层通过利用铜靶、铟靶或是镓靶进行溅射工艺在背电极层200上形成。

此后，金属前体层经过硒化工艺从而形成基于Cu(In，Ga)Se₂(CIGS)光吸收层310。

另外，利用铜靶、铟靶和镓靶的溅射工艺和硒化（selenization）工艺可以同时进行。

进一步，基于CIS或是CIG的光吸收层310通过只利用铜和铟靶或者只利用铜和镓靶的溅射工艺和硒化工艺形成。

然后，光吸收层310的一部分被移除以形成第二通孔TH2。

第二通孔TH2可以通过诸如刀具的机械设备或是激光设备形成。

例如，光吸收层310和下缓冲层320可以采用宽度范围在40μm到180μm的刀具被图案化。另外，第二通孔TH2可以通过采用波长范围在约200nm到约600nm的激光形成。

这时，第二通孔TH2的宽度范围大约在100μm到200μm。另外，第二通孔TH2露出了背电极层200顶部表面的一部分。

参见图5，通过溅射方法或化学浴沉积（CBD）方法将硫化镉（CdS）沉积在光吸收层310上和第二通孔TH2中，从而形成下缓冲层320。

之后，通过溅射方法ZnO被沉积在下缓冲层320上，从而形成上缓冲层330。

下缓冲层320厚度很薄。例如，下缓冲层320的厚度范围大约是1nm到80nm。

另外，下缓冲层320和上缓冲层330的沉积方向可能是倾斜的。

参见图6，窗口层400在上缓冲层330上形成。这时，用于形成窗口层400的材料被填充在第二通孔TH2中。

为了形成窗口层400，一种透明导电材料被沉积在上缓冲层330上。该透明导电材料完全地填充第二通孔TH2。该透明传到材料包括掺Al的氧化锌（AZO）。

这样，从窗口层400延伸并与背电极层200直接接触的连接部分500在第二通孔中形成。

之后，下缓冲层320，上缓冲层330和窗口层400被部分地移除以形成第三通孔TH3。

因此，第一阻挡层323形成在光吸收部分311、312…和N的侧面，以及第一虚设部分324形成在背电极层200上。

然后，下缓冲层320和上缓冲层330被图案化，使得多个下缓冲部分321、322…和N和多个上缓冲部分331、332…和N相继形成在光吸收部分311、312…和N上。另外，第一阻挡层323和第二阻挡层333形成在光吸收部分311、312…和N的侧面。进一步，第一虚设部分324和第二虚设部分334形成在第二通孔TH2的底部表面。

另外，窗口层400被图案化形成多个窗口410、420…和N以及多个电池C1、C2…和Cn。

第三通孔TH3的宽度范围大约是80μm到200μm。

以这种方式，通过形成第一阻挡层323和第二阻挡层333，高效率的太阳能电池装置被制成。

图7和8是示出根据另一个实施例的太阳能电池装置的制造方法的剖视图。通过引述，以上的关于太阳能电池装置及其制造方法的描述合并于此。就是说，除了改进部分，以上关于太阳能电池装置及其制造方法的描述被合并于此。

参见图7，CdS通过溅射方法或化学浴沉积（CBD）方法被沉积在光吸收层310的顶部表面，第二通孔TH2的内壁以及第二通孔TH2的底部表面，从而形成下缓冲层320。

然后，掺Ga的ZnO，掺Ga的SnO或不掺杂的IZO沉积在下缓冲层320上，形成上缓冲层330。

这时，沉积在下缓冲层320以形成上缓冲层330的材料的沉积方向相对于支撑基板100倾斜。例如，形成上缓冲层330的材料的沉积方向相对于支撑基板100倾斜成大约10°到40°的角度。

这样，第二阻挡层335有一个厚的厚度T2。也就是说，第二阻挡层335的厚度T2比在光吸收层310顶部表面形成的上缓冲层331和332的厚度T1厚。换句话说，在光吸收层310的顶部表面形成的上缓冲层331和332的厚度T1比形成在光吸收部分311侧面的第二阻挡层335的厚度T2薄。

参见图8，窗口层400和第三通孔TH3形成在上缓冲层330。

根据本实施例的太阳能电池装置包括厚度相对较厚的第二阻挡层335。这样，光吸收层311侧面的绝缘作用增强。

这样，根据本实施例的太阳能电池装置能够提高电池之间的连接性能，同时提高发电效率。

说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，意思是结合实施例描述一个特定的特点、结构或特征包含在本发明的至少一个实施例中。说明书中在不同地方出现的这些短语不一定是指相同的实施例。进一步，当结合任何实施例描述了一个特定的特点、结构或特征，这被认为是本领域技术人员在其知识范围内能够结合其他的实施例来实现这样的特点、结构或特征。

虽然参考数个说明性实施例来描述了各实施例，但是可以认识到，在本公开揭示原则的精神和范围内，许多其他改进和实施例可以被本领域技术人员设计出来。特别地，在本公开、附图和附加权利的范围内，主体组合排列的构成部分和（或）设置可以有多个变化和改进。除了组成部分和/或设置的变化和改进之外，另外的使用对本领域技术人员中也是显而易见的。

工业实用性

根据实施例的太阳能电池装置可以被应用与太阳能发电领域。

Claims

1.太阳能电池装置，包括：

支撑基板；

第一和第二背电极，在支撑基板上彼此隔离开；

光吸收部分，在第一背电极上；

第一缓冲部分，在该光吸收部分上；

第二缓冲部分，在第一缓冲部分上；

第一阻挡层，该阻挡层从第一缓冲部分延伸并被设置于所述光吸收部分的侧面；以及

第一虚设部分，该虚设部分从第一阻挡层延伸并被设置于第二背电极的顶部表面。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，进一步包括：

窗口，该窗口在第二缓冲部分上；以及

连接部分，该连接部分从该窗口延伸并与第二背电极连接，

其中，第一阻挡层插入在所述光吸收部分和所述连接部分之间。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，第一虚设部分的厚度范围是1nm到80nm。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，进一步包括：

第二阻挡层，该第二阻挡层从第二缓冲部分延伸并被设置于所述光吸收层的侧面；以及

第二虚设部分，该第二虚设部分从第二阻挡层延伸并被设置于第一虚设部分上。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池装置，其中，第二阻挡层的厚度比第二缓冲部分的厚度要厚。

6.根据权利要求4所述的太阳能电池装置，其中，第一缓冲部分，第一阻挡层和第一虚设部分彼此一体化地形成，同时第二缓冲部分、第二阻挡层和第二虚设部分彼此一体化地形成。

7.根据权利要求4所述的太阳能电池装置，其中，第一阻挡层包含CdS，第二阻挡层包含掺Ga的氧化锡。

8.根据权利要求4所述的太阳能电池装置，其中，第一阻挡层包含CdS，以及第二阻挡层包含不掺杂的i-ZnO。

9.一种太阳能电池装置，包含：

支撑基板；

背电极层，在支撑基板上；

光吸收层，在背电极层上并含有一个通孔；

第一缓冲层，该缓冲层在光吸收层的顶部表面、所述通孔的内壁以及该通孔的底部表面；

第二缓冲层，在第一缓冲层上；以及

窗口层，在第二缓冲层上。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池装置，其中，第一缓冲层覆盖所述通孔底部表面的全部区域。

11.根据权利要求9所述的太阳能电池装置，其中，形成在所述通孔底部表面的第一缓冲层的厚度范围是1nm到80nm。

12.根据权利要求9所述的太阳能电池装置，其中，第二缓冲层包含掺杂Ga的氧化锡。

13.根据权利要求9所述的太阳能电池装置，其中，形成在所述通孔内壁的第二缓冲层的厚度比形成在光吸收层上的第二缓冲层的厚度厚。

14.一种太阳能电池装置的制造方法，该方法包括：

在支撑基板上形成背电极层；

在该背电极层上形成光吸收层；

在该光吸收层上形成通孔；

在所述光吸收层的顶部表面、所述通孔的内壁以及所述通孔的底部表面形成第一缓冲层；

在第一缓冲层上形成第二缓冲层；

在第二缓冲层上形成窗口层。

15.根据权利要求14的所述的方法，其中，在形成所述通孔时，光吸收层通过使用机械装置或激光被图案化使得所述背电极层的一部分被露出。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，在形成第二缓冲层时，形成第二缓冲层的材料在相对于所述支撑基板倾斜的方向被沉积。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，在形成第二缓冲层时，不掺杂的i-ZnO或掺Ga的氧化锡在相对于所述支撑基板倾斜的方向上被沉积在第一缓冲层上。