CN103069574B - 光伏发电设备及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种光伏发电设备及该设备的制造方法。所述光伏发电设备包括：衬底；在所述衬底上的第一后电极；设置于所述衬底上并且与所述第一后电极分隔开的第二后电极；以及设置于所述第一后电极和所述第二后电极之间的分隔物。
Description
技术领域
本公开涉及光伏发电设备及其制造方法。
背景技术
随着能源需求的增加，已经积极研制将太阳辐射转换为电能的光伏发电设备。
具体地，已广泛使用铜铟镓硒(CIGS)光伏发电设备，所述光伏发电设备是包括玻璃衬底、金属后电极层、P型基于CIGS的光吸收层、高阻缓冲层和N型窗口层的PN异质结设备。
为了制造这种光伏发电设备，需要用于形成多个单体电池的图案化过程。
发明内容
技术问题
实施例提供一种光伏发电设备，其防止发生短路并且具有提高的光电转换效率。
技术方案
在一个实施例中，一种光伏发电设备包括：衬底；在所述衬底上的第一后电极；设置于所述衬底上并且与所述第一后电极分隔开的第二后电极；以及设置于所述第一后电极和所述第二后电极之间的分隔物。
在另一实施例中，一种光伏发电设备包括：衬底；在所述衬底上的多个分隔物；以及分别设置于所述分隔物之间的多个后电极。
在另一实施例中，一种光伏发电设备的制造方法包括：在衬底上形成多个牺牲分隔物；在所述衬底上的所述牺牲分隔物之间形成多个后电极中的每一个；在所述多个后电极上形成多个光吸收部；部分去除所述牺牲分隔物；以及在所述牺牲分隔物和所述光吸收部上形成窗口层。
在附图和下面的描述中描述一个或多个实施例的细节。从说明书、附图以及权利要求中其它特征将变得显然。
有益效果
由于根据实施例的光伏发电设备包括在后电极之间的分隔物，因此可以防止在后电极之间形成短路。因此，可以提高根据实施例的光伏发电设备的光电转换效率。
在根据实施例的光伏发电设备的制造方法中，后电极通过预先形成的牺牲分隔物自动分隔开。
因此，在根据实施例的光伏发电设备的制造方法中，可以在不用图案化导电层的情况下形成后电极。
因此，可以利用根据实施例的制造方法高效地制造光伏发电设备。
附图说明
图1是图示根据第一实施例的太阳能电池板的平面图。
图2是沿图1的A-A’线截取的剖视图。
图3至10是图示根据第一实施例的太阳能电池板的制造方法的剖视图。
图11是图示根据第二实施例的太阳能电池板的剖视图。
图12至16是图示根据第二实施例的太阳能电池板的制造方法的剖视图。
图17是图示根据第三实施例的太阳能电池板的剖视图。
图18至22是图示根据第三实施例的太阳能电池板的制造方法的剖视图。
具体实施方式
现在将详细说明本公开的实施例，其例子在附图中示出。然而，不应该认为本公开的精神和范围受本文所提供的实施例限制。反之，显然通过在本文中增加、改进或删除元件可以容易地推导出落在本公开精神和范围内的其它实施例。
在实施例的描述中，应该理解，当衬底、层(或膜)、区域、图案或电极被表述为在其它衬底、其它层(或膜)、其它区域、其它图案、或其它电极“上/下”时，它可以直接在所述其它衬底、层(或膜)、区域、图案或电极上/下，或者也可以存在中间组件。此外，基于附图描述每个组件层的“上”和“下”。此外，为了进一步理解本公开，可以夸大元件的尺寸和元件之间的相对尺寸。
图1是图示根据第一实施例的太阳能电池板的平面图。图2是沿图1的A-A’线截取的剖视图。
参照图1和2，太阳能电池板包括支撑衬底100、多个分隔物200、多个后电极310、320和330、多个光吸收部410、420和430、缓冲层500、高阻缓冲层600、窗口层700以及多个连接部800。
支撑衬底100具有板形形状，并且支撑分隔物200、后电极310、320和330、光吸收部410、420和430、缓冲层500、高阻缓冲层600、窗口层700以及连接部800。
支撑衬底100可以是电绝缘体。支撑衬底100可以是玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底。更详细地，支撑衬底100可以是钠钙玻璃衬底。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。
分隔物200被放置在支撑衬底100上。分隔物200接触支撑衬底100的上表面。更详细地，分隔物200与支撑衬底100一体形成。
分隔物200沿第一方向延伸。更详细地，分隔物200具有沿第一方向延伸的条形形状。分隔物200可以互相平行并且彼此分隔开。
分隔物200是电绝缘体。例如，分隔物200可以由二氧化硅(SiO2)形成。
分隔物200可以具有使后电极310、320和330彼此电绝缘的宽度。例如，分隔物200的宽度可以在约10μm至约200μm的范围内。
分隔物200可以具有与光吸收部410、420和430的上表面水平面相对应的高度H。就是说，分隔物200的高度H可以对应于光吸收部410、420和430的厚度和后电极310、320和330的厚度之和。例如，分隔物200的高度H可以在约1μm至约3μm的范围内。
后电极310、320和330设置于支撑衬底100上。后电极310、320和330可以直接接触支撑衬底100的上表面。分隔层设置于多个后电极310、320和330和多个支撑衬底100之间。
后电极310、320和330中的每个设置于分隔物200之间。就是说，多个后电极310、320和330和多个分隔物200可以交替排列。例如，一个分隔物设置于第一电池C1的后电极310和第二电池C2的后电极320之间。一个后电极设置于两个分隔物之间。
后电极310、320和330的侧表面可以直接接触分隔物200的侧表面。
后电极310、320和330通过分隔物200彼此分隔开。就是说，分隔物200设置于后电极310、320和330之间，以使后电极310、320和330彼此分隔开。就是说，分隔物200将后电极310、320和330彼此分隔开。
后电极310、320和330是电导体。例如，后电极310、320和330可以由诸如钼的金属形成。在此情形中，两个或多个层可以由相同金属或不同金属形成。后电极310、320和330可以排列为条形或矩阵形状。
光吸收部410、420和430设置于后电极310、320和330上。更详细地，光吸收部410、420和430分别设置于后电极310、320和330上。光吸收部410、420和430可以直接接触后电极310、320和330的上表面。
光吸收部410、420和430设置于分隔物200之间。更详细地，多个光吸收部410、420和430和多个分隔物200交替排列。光吸收部410、420和430的侧表面可以直接接触分隔物200的侧表面。
光吸收部410、420和430包括p型半导体化合物。更详细地，光吸收部410、420和430包括基于I-III-VI族的化合物。例如，光吸收部410、420和430可以具有基于铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se2；基于CIGS)的晶体结构、基于铜铟硒的晶体结构或基于铜镓硒的晶体结构。
光吸收部410、420和430的能带隙可以在约1eV至约1.8eV的范围内。
缓冲层500设置于光吸收部410、420和430上。更详细地，缓冲层500可以覆盖光吸收部410、420和430以及分隔物200。缓冲层500可以包括硫化镉(CdS)，并且具有在约2.2eV至约2.4eV的范围内的能带隙。
高阻缓冲层600设置于缓冲层500上。高阻缓冲层600包括未掺杂杂质的氧化锌(i-ZnO)。高阻缓冲层600的能带隙在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
第一通槽TH1设置于光吸收部410、420和430、缓冲层500和高阻缓冲层600中。第一通槽TH1穿过光吸收部410、420和430。第一通槽TH1是露出后电极310、320和330的上表面的开口区域。
第一通槽TH1与分隔物200相邻。就是说，俯视时第一通槽TH1在分隔物旁边。第一通槽TH1沿第一方向延伸。
第一通槽TH1的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
缓冲层500被第一通槽TH1限定为多个缓冲部。就是说，缓冲层500被第一通槽TH1划分为多个缓冲部。
高阻缓冲层600被第一通槽TH1限定为多个高阻缓冲部。就是说，高阻缓冲层600被第一通槽TH1划分为多个高阻缓冲部。
窗口层700设置于高阻缓冲层600上。就是说，窗口层700设置于光吸收部410、420和430以及分隔物200上。窗口层700覆盖光吸收部410、420和430以及分隔物200。
窗口层700是透明导电层。窗口层700的电阻大于后电极310、320和330的电阻。窗口层700是n型窗口层。
窗口层700包括氧化物。例如，窗口层700可以包括掺杂Al的氧化锌(AZO)或掺杂Ga的氧化锌(GZO)。
第二通槽TH2设置于光吸收部410、420和430、缓冲层500、高阻缓冲层600和窗口层700中。第二通槽TH2穿过光吸收部410、420和430、缓冲层500、高阻缓冲层600和窗口层700。
第二通槽TH2与第一通槽TH1相邻。换言之，第二通槽TH2在第一通槽TH1旁边。就是说，俯视时，第二通槽TH2与第一通槽TH1平行。第二通槽TH2可以沿第一方向延伸。
第二通槽TH2穿过窗口层700。因此，窗口层700被划分为多个窗口。在此情形中，窗口分别覆盖分隔物200。
窗口具有与后电极310、320和330相对应的形状。就是说，窗口排列为条形形状。或者，窗口可以排列为矩阵形状。
通过第二通槽TH2限定多个电池C1、C2和C3。更详细地，通过第一通槽TH1和第二通槽TH2限定多个电池C1、C2和C3。就是说，作为光伏发电设备的根据本实施例的太阳能电池板包括被第一通槽TH1和第二通槽TH2划分的多个电池C1、C2和C3。多个电池C1、C2和C3沿与第一方向相交的第二方向互相连接。就是说，电流沿第二方向流过多个电池C1、C2和C3。
连接部800设置于第一通槽TH1中。连接部800从窗口层700向下延伸，并且分别与后电极310、320和330连接。例如，连接部800从第一电池C1的窗口延伸，并且连接到第二电池C2的后电极320。
因此，连接部800使相邻电池互相连接。更详细地，连接部800将电池多个C1、C2和C3的窗口和后电极310、320和330互相连接。
连接部800与窗口层700一体形成。就是说，连接部800和窗口层700由相同材料形成。
由于后电极310、320和330通过分隔物200而彼此分离，因此防止后电极310、320和330之间形成短路。就是说，替代构成光吸收部410、420和430的半导体化合物，作为电绝缘体的分隔物200设置于后电极310、320和330之间，由此更有效地使后电极310、320和330彼此绝缘。
由于作为电绝缘体的分隔物200更有效地使后电极310、320和330彼此绝缘，因此可以减小后电极310、320和330之间的距离。
因此，可以增大用于将太阳辐射转化为电能的有效区域的面积。
因此，可以防止在根据本实施例的太阳能电池板中发生短路，并且可以改进电池板的电特性。
此外，可以提高电池板的光电转换效率。
图3至10是图示根据第一实施例的太阳能电池板的制造方法的剖视图。对此制造方法的描述涉及对上述光伏发电设备的描述。对光伏发电设备的前述描述可以合并到对制造方法的描述中。
参照图3，在支撑衬底100上形成多个牺牲分隔物201。牺牲分隔物201接触支撑衬底100的上表面。牺牲分隔物201可以与支撑衬底100一体形成。
牺牲分隔物201是电绝缘体，并且可以由玻璃或塑料形成。
牺牲分隔物201的宽度W可以在约10μm至约200μm的范围内。牺牲分隔物201的高度H’可以在约10μm至约500μm的范围内。更详细地，牺牲分隔物201的高度H’可以在约20μm至约30μm的范围内。
参照图4，在支撑衬底100上沉积诸如钼的金属。因此，在支撑衬底100上形成后电极310、320和330。
就是说，通过牺牲分隔物201自动图案化被沉积的金属，并且因此，在牺牲分隔物201之间沉积后电极310、320和330。后电极310、320和330可以包括在不同过程条件下形成的两个或多个层。
这样，通过利用牺牲分隔物201自动图案化所沉积的金属可以形成后电极310、320和330。因此，可以在不进行诸如激光图案化的复杂过程的情况下形成后电极310、320和330。
参照图5，在后电极310、320和330上形成光吸收部410、420和430。可以利用溅射过程或蒸发方法形成光吸收部410、420和430。
例如，为了形成光吸收部410、420和430，可以通过同时或单独蒸发铜、铟、镓和硒来形成基于铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se2；基于CIGS)的半导体化合物层。或者顺序执行金属前驱膜形成过程和硒化过程来形成光吸收部410、420和430。
更具体地，通过利用铜靶、铟靶和镓靶的溅射过程在后电极310、320和330上形成金属前驱膜。
之后，通过利用金属前驱膜的硒化过程，形成基于铜铟镓硒(Cu(In,Ga)Se2；基于CIGS)的半导体化合物层。
或者，可以同时执行利用铜靶、铟靶和镓靶的溅射过程和硒化过程。
或者，可以通过利用铜靶和铟靶或利用铜靶和镓靶的溅射过程以及硒化过程，形成基于CIS或CIG的半导体化合物层。
通过牺牲分隔物201自动图案化如上所述的半导体化合物层，并且因此在牺牲分隔物201之间形成光吸收部410、420和430。
参照图6，切掉牺牲分隔物201的上部以在支撑衬底100上形成分隔物200。可以机械地切掉牺牲分隔物201。在此情形中，分隔物200的上表面210可以是机械切割表面。就是说，上表面210的粗糙度可以大于分隔物200的侧表面的粗糙度。
分隔物200的上表面210可以与光吸收部410、420和430的上表面齐平。因此，分隔物200的高度对应于光吸收部410、420和430的厚度和后电极310、320和330的厚度之和。
参照图7，通过溅射过程或化学浴沉积(CBD)方法沉积硫化镉，在光吸收部410、420和430和分隔物200上形成缓冲层500。
之后，通过溅射过程在缓冲层500上沉积氧化锌，以形成高阻缓冲层600。
缓冲层500和高阻缓冲层600具有小厚度。例如，缓冲层500和高阻缓冲层600的厚度可以在约1nm至约80nm的范围内。
参照图8，部分去除光吸收部410、420和430、缓冲层500和高阻缓冲层600以形成第一通槽TH1。
利用分隔物200作为参照物确定第一通槽TH1的位置。例如，可以利用光学传感器10感测分隔物200的位置。缓冲层500和高阻缓冲层600很薄，并且具有高透射率。因此，光学传感器10可以通过向光吸收部410、420和430和分隔物200发射光线来感测分隔物200的位置。
其后，诸如尖头工具的图案化装置20可以与分隔物200间隔预定距离地对齐，以形成第一通槽TH1。
可以利用诸如尖头工具的机械装置或激光装置形成第一通槽TH1。
例如，可以利用宽度在约40μm至约180μm范围内的尖头工具来图案化光吸收部410、420和430和缓冲层500。
在此情形中，第一通槽TH1可以具有在约100μm至约200μm范围内的宽度。第一通槽TH1部分地露出后电极310、320和330的上表面。
参照图9，在光吸收部410、420和430上和第一通槽TH1的内部空间中形成窗口层700。就是说，通过在高阻缓冲层600上和第一通槽TH1的内部空间中沉积透明导电材料来形成窗口层700。
例如，可以通过在高阻缓冲层600的上表面上和第一通槽TH1的内部空间中经由溅射过程沉积掺杂Al的氧化锌来形成窗口层700。
此时，第一通槽TH1被填充以透明导电材料，并且窗口层700直接接触后电极310、320和330。
参照图10，可以通过机械划线过程图案化光吸收部410、420和430、缓冲层500、高阻缓冲层600和窗口层700。相应地，第二通槽TH2与第一通槽TH1相邻地形成。
利用分隔物200作为参照物确定第二通槽TH2的位置。例如，可以利用光学传感器10感测分隔物200的位置。缓冲层500和高阻缓冲层600很薄，并且窗口层700具有高透射率。因此，光学传感器10可以通过向光吸收部410、420和430和分隔物200发射光线来感测分隔物200的位置。
其后，诸如尖头工具的图案化装置20可以与分隔物200间隔预定距离地对齐，以形成第二通槽TH2。
通过第二通槽TH2在窗口层700上限定多个窗口和多个电池C1、C2和C3。第二通槽TH2的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
这样，可以在不进行激光过程的情况下有效地形成后电极310、320和330。
因此，可以利用以上制造方法高效地制造太阳能电池板。
此外，根据所述制造方法制造的太阳能电池板具有提高的光电转换效率，并且可以防止在后电极310、320和330之间发生短路。
图11是图示根据第二实施例的太阳能电池板的剖视图。本实施例涉及上述太阳能电池板及太阳能电池板的制造方法。就是说，除了不同部分之外，对前述实施例的描述可以合并到对本实施例的描述中。
参照图11，多个分隔物202设置于后电极310、320和330之间。分隔物202的上表面可以与后电极310、320和330的上表面齐平。分隔物202的高度可以与后电极310、320和330的高度基本相同。
光吸收部410、420和430可以覆盖分隔物202。就是说，光吸收部410、420和430直接接触分隔物202的上表面。
由于分隔物202的上表面可以与后电极310、320和330的上表面齐平，因此可以在后电极310、320和330和分隔物202上有效地形成光吸收部410、420和430。就是说，由于光吸收部410、420和430形成在非不平整表面的平面上，因此可以减少光吸收部410、420和430的缺陷。
因此，可以提高根据本实施例的太阳能电池板的性能。
图12至16是图示根据第二实施例的太阳能电池板制造方法的剖视图。此方法涉及根据前述实施例的太阳能电池板及制造方法。就是说，除了不同部分之外，对以上太阳能电池板和根据前述实施例的制造方法的描述可以合并到对根据本实施例的制造方法的描述中。
参照图12，在支撑衬底100上形成多个牺牲分隔物203。
参照图13，在支撑衬底100上沉积诸如钼的金属。因此，在支撑衬底100上形成多个后电极310、320和330。
参照图14，切掉牺牲分隔物203的上部以在支撑衬底100上形成分隔物202。由于后电极310、320和330包括诸如钼的金属，因此后电极310、320和330可以牢固地附接到支撑衬底100。后电极310、320和330抵抗机械冲击和其它损坏。
因此，可以有效地切掉牺牲分隔物203的上部。
参照图15，在分隔物202和后电极310、320和330上形成光吸收层400。可以利用溅射过程或蒸发方法形成光吸收层400。
参照图16，在光吸收层400上顺序地形成缓冲层500和高阻缓冲层600。之后，在光吸收层400、缓冲层500和高阻缓冲层600中形成第一通槽TH1。因此，将光吸收层400划分为多个光吸收部410、420和430。
之后，在高阻缓冲层600上形成窗口层700，并且在光吸收层400、缓冲层500、高阻缓冲层600和窗口层700中形成第二通槽TH2。因此，形成多个单体电池。
如上所述，在形成后电极310、320和330之后，切掉牺牲分隔物203。因此，可以最小化切掉牺牲分隔物203期间的损坏。就是说，由于在形成光吸收层400的过程之前执行切割牺牲分隔物203的过程，因此，可以最小化对光吸收层400的损坏。
此外，光吸收层400形成在牺牲分隔物203和后电极310、320和330的平整表面上。因此，所述太阳能电池板制造方法可以最小化光吸收层400的缺陷。
这样，通过所述方法制造的太阳能电池板具有改进的性能。
图17是图示根据第三实施例的太阳能电池板的剖视图。图18至21是图示根据第三实施例的太阳能电池板的制造方法的剖视图。根据本实施例的太阳能电池板和太阳能电池板制造方法涉及根据前述实施例的太阳能电池板及太阳能电池板制造方法。就是说，除了不同部分之外，对前述实施例的描述可以合并到对本实施例的描述中。
参照图17，分隔物204可以与支撑衬底100一体形成。就是说，分隔物204和支撑衬底100可以由相同材料形成为一个整体。
支撑衬底100可以是含钠的钠钙玻璃衬底。分隔物204也可以含钠。就是说，分隔物204可以由钠钙玻璃形成。
因此，构成支撑衬底100和分隔物204的钠可以有效地传送到光吸收层400中。
因此，根据本实施例的太阳能电池板可以具有提高的性能并且能够被高效地制造。
现在将描述根据本实施例的太阳能电池板的制造方法。
参照图18，加热线30设置于支撑衬底100上。加热线30沿第一方向延伸。于是通过加热线30加热支撑衬底100和加热线30之间的接触部和接触部周围的区域。因此，支撑衬底100部分熔化。
参照图19，加热线30从支撑衬底100上升。因此，熔化的接触部和接触部周围的熔化区域也上升。之后，冷却熔化的接触部和熔化区域，并且牺牲分隔物205与支撑衬底100一体形成。
参照图20，在支撑衬底100上沉积诸如钼的金属，以形成后电极310、320和330。后电极310、320和330通过牺牲分隔物205自动形成为一图案。
之后，在后电极310、320和330上沉积基于I-III-VI族的半导体化合物，并且在该半导体化合物上形成光吸收部410、420和430。光吸收部410、420和430通过牺牲分隔物205自动形成为一图案。
参照图21，切掉牺牲分隔物205的上部以形成分隔物204。
参照图22，在光吸收部410、420和430上顺序地形成缓冲层500和高阻缓冲层600，并且在光吸收部410、420和430、缓冲层500和高阻缓冲层600中形成第一通槽TH1。
之后，在高阻缓冲层600上形成窗口层700，并且在光吸收部410、420和430、缓冲层500、高阻缓冲层600和窗口层700中形成第二通槽TH2。
这样，可以通过加热线30有效地形成牺牲分隔物205。因此，利用根据本实施例的制造方法高效制造的太阳能电池板具有改进的特性。
根据以上实施例的太阳能电池板是将太阳辐射转化为电能的光伏发电设备。就是说，可以修改根据以上实施例的结构以应用于不同类型的光伏发电设备。
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
根据实施例的光伏发电设备及其制造方法可应用于光伏发电领域。
Claims (6)
1.一种光伏发电设备，包括：
衬底；
在所述衬底上的第一后电极；
设置于所述衬底上并且与所述第一后电极分隔开的第二后电极；
设置于所述第一后电极和所述第二后电极之间的分隔物；
在所述第一后电极上的第一光吸收部；以及
在所述第二后电极上的第二光吸收部，
其中，所述分隔物设置于所述第一光吸收部和所述第二光吸收部之间，
其中，所述分隔物的上表面的粗糙度大于所述分隔物的侧表面的粗糙度，
其中，所述分隔物是电绝缘体，
其中，所述分隔物的上表面包括机械切割表面，
其中，所述分隔物具有条形形状，
其中，所述分隔物的宽度在10μm至200μm的范围内，
其中，所述分隔物具有与所述第一光吸收部和所述第二光吸收部的上表面水平面齐平的高度。
2.根据权利要求1所述的光伏发电设备，其中，所述分隔物直接接触所述第一光吸收部的侧表面和所述第二光吸收部的侧表面。
3.根据权利要求1所述的光伏发电设备，包括：
在所述第一光吸收部上的第一窗口，
其中，所述第一窗口覆盖所述分隔物。
4.根据权利要求1所述的光伏发电设备，其中，所述第一光吸收部覆盖所述分隔物。
5.根据权利要求1所述的光伏发电设备，其中，所述分隔物包括氧化硅。
6.根据权利要求1所述的光伏发电设备，其中，所述分隔物与所述衬底一体形成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160420 Termination date: 20180427 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |