CN103069576A - 太阳能发电装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开一种太阳能电池设备以及制造方法。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；以及在所述光吸收层上的窗口层，其中，所述第三通孔形成为穿过整个所述窗口层和所述光吸收层的一部分。
Description
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，随着能源消耗的增加，已经研制将太阳能转换为电能的太阳能电池。
具体地，已广泛使用基于CIGS的太阳能电池设备，所述太阳能电池设备是具有包括玻璃衬底的衬底结构、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。
发明内容
技术问题
本发明提供一种太阳能电池设备及其制造方法，所述太阳能电池设备能够防止短路同时表现提高的光电转换效率。
技术方案
根据实施例，提供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；以及在所述光吸收层上的窗口层。第三通孔形成为穿过整个所述窗口层和所述光吸收层的一部分。
根据实施例，提供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具有第三通孔的窗口层；以及介于所述第三通孔和所述后电极层之间的虚设保护部。
根据实施例，提供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；在所述光吸收层上形成窗口层；以及穿过整个所述窗口层和所述光吸收层的一部分形成第三通孔。
有益效果
根据实施例的太阳能电池设备，第三通孔形成为穿过部分光吸收层。因此，第三通孔不露出后电极层。
因此，由于后电极层不暴露于外部，后电极层不会被外部异物损坏。换言之，即使形成第三通孔，虚设保护部也可以保护后电极层的上表面。因此，根据实施例的太阳能电池，可以防止由后电极层受损而导致的效率降低。
此外，可以通过蚀刻过程形成第三通孔。具体地，可以通过湿蚀刻过程形成第三通孔。因此，可以通过蚀刻溶液容易地清除形成第三通孔时产生的异物。因此，异物不会残留在第三通孔中，并且可以防止由异物导致的短路。
因此，根据实施例的太阳能电池设备，可以防止短路，并且可以降低故障率。
附图说明
图1是示出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；以及
图3至7是示出根据实施例的太阳能电池设备制造过程的剖视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应该理解，当衬底、层、膜或电极被表述为在其它衬底、其它层、其它膜或其它电极“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在所述其它衬底、其它层、其它膜或其它电极上，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。为了便于说明起见，附图中所示的元件的尺寸可以被夸大，并且不完全反映实际尺寸。
图1是示出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2，所述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、窗口层600和多个连接部700。
支撑衬底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、窗口层600和连接部700。
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。更详细地，支撑衬底100可以包括钠钙玻璃衬底。支撑衬底100可以是透明的并且可以是刚性或挠性的。
后电极层200设置在支撑衬底100上。后电极层200可以是金属层。后电极层200可以包括诸如钼（Mo）的金属。
此外，后电极层200可以包括至少两层。在此情形中，可以通过利用相同金属或不同金属形成后电极层的多个层。
后电极层200中形成有第一通孔TH1。第一通孔TH1是露出支撑衬底100的上表面的开口区域。当俯视时，第一通孔TH1可以沿一个方向延伸。
每个第一通孔TH1的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
后电极层200被第一通孔TH1划分为多个后电极。换言之，第一通孔TH1限定多个后电极。
多个后电极通过第一通孔TH1彼此分隔开。所述后电极布置为条状形式。
此外，后电极可以布置为矩阵形式。在此情形中，当俯视时，第一通孔TH1可以具有网格形式。
光吸收层300设置在后电极层200上。此外，构成光吸收层300的材料填充在第一通孔TH1中。
光吸收层300可以包括基于I-III-VI族的化合物。例如，光吸收层300可以具有基于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。缓冲层400包括CdS，并且缓冲层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。高阻缓冲层500可以包括i-ZnO，其是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中形成有第二通孔TH2。第二通孔TH2穿过光吸收层300形成。此外，第二通孔TH2是露出后电极层200的上表面的开口区域。
第二通孔TH2与第一通孔TH1相邻。换言之，当俯视时，第二通孔TH2的一些部分形成在第一通孔TH1旁边。第二通孔TH2沿第一方向延伸。
每个第二通孔TH2的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
通过第二通孔TH2在光吸收层300中限定多个光吸收部。换言之，光吸收层300被第二通孔TH2划分为多个光吸收部。
通过第二通孔TH2在缓冲层400中限定多个缓冲部。换言之，缓冲层400被第二通孔TH2划分为多个缓冲部。
通过第二通孔TH2在高阻缓冲层500中限定多个缓冲部。换言之，高阻缓冲层500被第二通孔TH2划分为多个高阻缓冲部。
窗口层600设置在高阻缓冲层500上。窗口层600是透明的，并且包括导电层。此外，窗口层600的电阻大于后电极层200的电阻。
窗口层600包括氧化物。例如，窗口层600可以包括掺杂Al的氧化锌（AZO），或掺杂Ga的氧化锌（GZO）。
光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600中形成有第三通孔TH3。第三通孔TH3形成为穿过光吸收层300的一部分、整个缓冲层400、整个高阻缓冲层500和整个窗口层600。
由于第三通孔TH3形成为穿过光吸收层300的一部分，因此在光吸收层300中形成多个保护部301。此外，每个第三通孔TH3的下表面602介于光吸收层300的上表面和下表面之间。
虚设保护部301可以与光吸收层300一体形成。每个虚设保护部301可以对应于每个第三通孔TH3。因此，虚设保护部301的上表面可以与第三通孔TH3的下表面对齐。虚设保护部301的上表面介于光吸收层300的上表面和下表面之间。
虚设保护部301可以与光吸收层300一体形成。更详细地，虚设保护部301可以是光吸收层300的一部分。虚设保护部301插置在第三通孔TH3和后电极层200之间。此外，虚设保护部301覆盖后电极层200的上表面。因此，虚设保护部301不露出后电极层200的上表面。
第三通孔TH3与第二通孔TH2相邻。更详细地，第三通孔TH3设置在第二通孔TH2旁边。换言之，当俯视时，第三通孔TH3设置为平行于第二通孔TH2。第三通孔TH3可以沿第一方向延伸。
第三通孔TH3的内侧面601可以相对于窗口层600的上表面倾斜。在此情形中，第三通孔TH3的内侧面601可以相对于与窗口层600的上表面垂直的方向以3°至10°的角度倾斜。
第三通孔TH3形成为穿过窗口层600。更详细地，第三通孔TH3形成为穿过缓冲层400和高阻缓冲层500。此外，第三通孔TH3形成为穿过部分光吸收层300。
因此，每个第三通孔TH3的底面602设置在光吸收层300内。换言之，第三通孔TH3的下表面602介于光吸收层300的上表面和下表面之间。
因此，防止通过第三通孔TH3露出后电极层200的上表面。换言之，光吸收层300可以保护后电极层200。由于后电极层200不露出到外部，因此可以防止后电极层200由于外部化学冲击而受损。
窗口层600被第三通孔TH3划分为多个窗口。换言之，第三通孔TH3限定多个窗口。
窗口的形状与后电极的形状相对应。换言之，窗口被布置为条状形式。此外，窗口可以布置为矩阵形式。
通过第三通孔TH3限定多个电池C1、C2…。详细地，通过第二通孔TH2和第三通孔TH3限定电池C1、C2…。换言之，根据实施例的太阳能电池设备被第二通孔TH2和第三通孔TH3划分为电池C1、C2…。此外，电池C1、C2…沿与第一方向交叉的第二方向互相连接。换言之，电流可以沿第二方向流过电池C1、C2…。
在此情形中，由于第三通孔TH3形成为穿过部分光吸收层300，可以将窗口层600完全划分为多个窗口。因此，在根据实施例的太阳能电池设备中，可以防止在窗口之间发生短路。
连接部700被设置在第二通孔TH2内。每个连接部700从窗口层600向下延伸并与后电极层200连接。例如，每个连接部700从第一电池C1的出口延伸，从而使得连接部700与第二电池C2的后电极连接。
此外，连接部700将相邻电池互相连接。更具体地，连接部700将构成相邻电池C1、C2…的窗口和后电极互相连接。
每个连接部700与窗口层600一体形成。换言之，构成连接部700的材料与构成窗口层600的材料相同。
根据实施例的太阳能电池设备，第三通孔TH3形成为穿过部分光吸收层300。因此，第三通孔TH3不露出后电极层200。
因此，由于后电极层200未暴露于外部，因此后电极层200不会被外部异物损坏。因此，根据实施例的太阳能电池设备，可以防止由后电极层200劣化导致的效率降低。
因此，根据实施例的太阳能电池设备可以表现高光电转换效率。
此外，由于第三通孔TH3形成为穿过部分光吸收层300，因此可以防止窗口之间发生短路。
图3至8是示出根据实施例的太阳能电池设备的制造方法的剖视图。将参照太阳能电池设备的以上描述来描述本制造方法。换言之，太阳能电池设备的以上描述可以合并入本制造方法的描述中。
参照图3，后电极层200形成在支撑衬底100上。通过图案化后电极层200形成第一通孔TH1。因此在支撑衬底100上形成多个后电极。通过激光图案化后电极层200。
例如，构成后电极层200的材料可以包括Mo。后电极层200可以包括通过互不相同的过程形成的至少两层。
第一通孔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。
此外，可以在支撑衬底100和后电极层200之间插置诸如防扩散层的额外层。在此情形中，第一通孔TH1露出该额外层的上表面。
参照图4，在后电极200上形成光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500。
光吸收层300可以通过溅射过程或蒸发过程形成。
例如，光吸收层300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，以及在已经形成金属前驱层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、Ga靶或合金靶的溅射过程在后电极层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基于CIS或CIG的光吸收层300。
之后，通过溅射过程或CBD（化学浴沉积）方法沉积CdS，形成缓冲层400。
接着，通过经由溅射过程在缓冲层400上沉积氧化锌来形成高阻缓冲层500。
以较小的厚度沉积缓冲层400和高阻缓冲层500。例如，缓冲层400和高阻缓冲层500的厚度在约1nm至约80nm的范围内。
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通孔TH2。
可以通过诸如尖头工具的机械装置或激光装置形成第二通孔TH2。
例如，可以利用宽度为约40μm至约180μm的尖头工具来图案化光吸收层300和缓冲层400。
在此情形中，每个第二通孔TH2的宽度可以在约100μm至约200μm的范围内。此外，第二通孔TH2露出后电极层200的上表面的一部分。
参照图5，在高阻缓冲层500上和第二通孔TH2内形成透明导电层600a。换言之，通过在高阻缓冲层500上和第二通孔TH2内沉积透明导电材料形成透明导电层600a。
例如，可以通过经由溅射过程在高阻缓冲层500上和第二通孔TH2内沉积掺杂Al的氧化锌来形成透明导电层600a。
在此情形中，透明导电材料填充在第二通孔TH2中，从而使得透明导电层600a与后电极层200直接接触。
参照图6，在透明导电层600a上形成掩模图案800。掩模图案800包括露出孔801以露出透明导电层601的上表面。露出孔801与第二通孔TH2相邻。露出孔801沿第一方向延伸。
例如，掩模图案800可以包括氧化硅或氧化氮。
参照图7和8，通过湿蚀刻方法蚀刻透明导电层600a。因此，第三通孔TH3形成为穿过透明导电层600a、高阻缓冲层500和缓冲层400。第三通孔TH3形成为通过部分光吸收层300。
为了形成第三通孔TH3，可以使用各种蚀刻溶液。由于通过湿蚀刻方法蚀刻第三通孔TH3，因此第三通孔TH3的内侧面601可以是倾斜的。
此外，通过激光形成第三通孔TH3。激光照射在光吸收层300的上部。换言之，激光照射在光吸收层300的上部，从而使得激光的能量集中在光吸收层300的上部。因此，激光可以形成第三通孔TH3，从而使得部分光吸收层300被穿孔。
通过湿蚀刻方法或激光图案化方法形成包括第三通孔TH3的窗口层600。换言之，第三通孔TH3将透明导电层600a划分为多个窗口，以形成窗口层600。
换言之，通过第三通孔TH3在窗口层600中限定多个窗口和多个电池C1、C2…。第三通孔TH3的宽度在约80μm至约200μm的范围内。
由于通过蚀刻过程形成第三通孔TH3，因此可以容易地去除在形成第三通孔TH3时产生的异物。具体地，蚀刻溶液可以清除异物，并且可以容易地去除残留在第三通孔TH3中的异物。
此外，由于通过蚀刻过程形成第三通孔TH3，因此第三通孔TH3形成有光滑的内侧面601。换言之，通过蚀刻过程比通过划线过程形成的第三通孔TH3的内侧面601更光滑。
因此，可以防止在窗口层600中发生短路。换言之，可以防止根据实施例的太阳能电池板的性能由于窗口之间的短路而降低。
此外，由于形成第三通孔TH3的光滑的内侧面601，因此可以缩窄第三通孔TH3的宽度。换言之，当与机械划线相比时，即使第三通孔TH3的宽度变窄，蚀刻过程也足以机械地和/或电气地使窗口彼此分离。
因此可以实际增加根据实施例的太阳能电池板的有效面积，即，发电面积。因此，根据实施例的太阳能电池板，可以防止短路现象并且可以显示提高的光电效率。
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
根据实施例的太阳能电池设备及其制造方法可应用于太阳能发电领域。
Claims (17)
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；以及
在所述光吸收层上的窗口层，
其中，第三通孔形成为穿过整个所述窗口层和所述光吸收层的一部分。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，第一通孔形成为穿过所述后电极层同时与所述第三通孔相邻，并且第二通孔形成为穿过所述光吸收层同时介于所述第一通孔和所述第三通孔之间。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第三通孔的内侧面相对于所述窗口层的上表面倾斜。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池设备，其中，所述第三通孔的所述内侧面相对于与所述窗口层的上表面垂直的方向形成3°至10°范围内的角度。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，进一步包括介于所述光吸收层和所述窗口层之间的缓冲层，其中，所述第三通孔形成为穿过整个所述缓冲层。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第三通孔的下表面介于所述光吸收层的上表面和下表面之间。
7.一种太阳能电池设备，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具有第三通孔的窗口层；以及
介于所述第三通孔和所述后电极层之间的虚设保护部。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池设备，其中，所述虚设保护部与所述光吸收层一体形成。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池设备，其中，所述虚设保护部与所述第三通孔相对应。
10.根据权利要求7所述的太阳能电池设备，其中，所述虚设保护部的上表面介于所述光吸收层的上表面和下表面之间。
11.根据权利要求7所述的太阳能电池设备，其中，所述虚设保护部覆盖所述后电极层的上表面。
12.根据权利要求7所述的太阳能电池设备，其中，所述虚设保护部的上表面与所述第三通孔的下表面对齐。
13.根据权利要求7所述的太阳能电池设备，进一步包括介于所述光吸收层和所述窗口层之间的缓冲层，其中，所述第三通孔形成为穿过整个所述缓冲层和所述光吸收层的一部分。
14.一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；
在所述光吸收层上形成窗口层；以及
穿过整个所述窗口层和所述光吸收层的一部分形成第三通孔。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，形成所述第三通孔包括：
在所述窗口成上形成掩模图案；以及
通过利用该掩模图案作为蚀刻掩模来蚀刻所述窗口层和所述光吸收层。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，在形成所述第三通孔时，通过湿蚀刻方法图案化所述窗口层和所述光吸收层。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，形成所述第三通孔包括在所述光吸收层上照射激光。
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