CN103069577A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种太阳能电池，包括：后电极层，被布置在衬底上，并且具有相对于所述衬底以一定角度倾斜的侧表面；光吸收层，被布置在所述后电极层上；以及窗口层，被布置在所述光吸收层上。

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太阳能电池的制造方法。
背景技术
随着能量需求的增加，积极地商品化将太阳能转化为电能的太阳能电池。
为了制造这种太阳能电池，将后电极层、光吸收层和窗口层以薄膜形式顺序地形成在玻璃衬底上，并且在玻璃衬底上形成栅极。然后，通过利用划线方法将太阳能电池划分为均匀间隔的图案，并且将所述图案串联连接。
当制造太阳能电池时，通常执行三次图案化过程。具体地，在图案化布置在衬底上的后电极层时，后电极层的侧表面垂直于衬底。
这样，当后电极层的侧表面以线型图案垂直于衬底时，在后电极层和形成在后电极层上的光吸收层之间的耦接部分中形成间隙或内孔。间隙或内孔会降低后电极层和光吸收层之间的耦接部分的表面均匀性，因此危害太阳能电池的可靠性。
发明内容
技术问题
本发明提供一种太阳能电池及太阳能电池的制造方法，其防止在后电极层和光吸收层之间的耦接部分中形成间隙或内孔，由此提高太阳能电池的耐用性和可靠性。
技术方案
在一个实施例中，一种太阳能电池包括：后电极层，被布置在衬底上，并且具有相对于所述衬底以一定角度倾斜的侧表面；光吸收层，被布置在所述后电极层上；以及窗口层，被布置在所述光吸收层上。
在另一实施例中，一种太阳能电池包括：后电极层，被布置在衬底上，并且具有与所述衬底形成第一倾角的侧表面；光吸收层，被布置在所述后电极层上，并且与所述衬底形成第二倾角；以及窗口层，被布置在所述光吸收层上。
在另一实施例中，一种太阳能电池的制造方法包括：在衬底上形成后电极；图案化所述后电极，以形成具有相对于所述衬底以一定角度倾斜的侧表面的后电极层；在所述后电极层上形成光吸收层；以及在所述光吸收层上形成窗口层。
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、附图和权利要求中，其它特征将是显然的。
有益效果
根据实施例，太阳能电池的后电极层具有倾斜的侧表面，以降低在后电极层和布置在后电极层上的光吸收层之间的耦接部分中的间隙的高度。因此，降低了在后电极层和光吸收层之间的耦接部分中的间隙或内孔的数量，并且提高了耦接部分的表面均匀性。
因此，可以进一步提高太阳能电池的耐用性和可靠性。
附图说明
图1是图示根据实施例的太阳能电池的剖视图。
图2是图示现有技术中的太阳能电池的后电极层和光吸收层的剖视图。
图3是图示根据实施例的太阳能电池的后电极层的剖视图。
图4和5是图示根据实施例的后电极层的斜坡长度的剖视图。
图6是图示根据实施例的形成在后电极层上的光吸收层的剖视图。
图7至9是图示根据实施例的后电极层的剖视图。
图10是图示根据实施例的太阳能电池的剖视图。
图11至17是图示根据实施例的太阳能电池制造方法的剖视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应该理解，当面板、线、电池、设备、表面或图案被表述为在其它面板、线、电池、设备、表面或图案“上”或“下”时，用语“上”和“下”包括“直接地”和“间接地”两种含义。此外，将基于附图描述在每个组件“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是图示根据实施例的太阳能电池的剖视图。参照图1，根据本实施例的太阳能电池包括：衬底100；后电极层200，布置在衬底100上并且具有相对于衬底100倾斜一定角度的侧表面；布置在后电极层200上的光吸收层300；缓冲层400；高阻缓冲层500；以及窗口层600。缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600顺序地形成在光吸收层300上。
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和窗口层600。
衬底100可以是透明的，并且是刚性或挠性的。
衬底100可以是电绝缘体。例如，衬底100可以是玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底。更详细地，衬底100可以由含钠的钠钙玻璃形成。或者，衬底100可以由诸如氧化铝的陶瓷、不锈钢或挠性聚合物形成。
后电极层200布置在衬底100上。后电极层200是导电层。后电极层200可以由钼（Mo）、金（Au）、铝（Al）、铬（Cr）、钨（W）和铜（Cu）中的一种形成，但不限于此。具体地，由于相比其它元素，钼的热膨胀系数与衬底100的差异较小，因此钼具有与衬底的优异的粘合性且抗剥落，并且基本满足后电极层200要求的特性。
后电极层200可以包括两层或更多层。在此情形中，所述两层或更多层可以由相同金属或不同金属形成。
后电极层200被第一通槽P1划分为多个后电极层。第一通槽P1不仅可以具有图1所示的条形形状，还可以具有矩阵形状，但不限于此。第一通槽P1的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内，但不限于此。
图2是图示现有技术中的太阳能电池的后电极层230和光吸收层330的剖视图。参照图2，后电极层230的侧表面231垂直于衬底130。就是说，台阶部分231被布置在后电极层230和衬底130之间。然后，光吸收层330形成在后电极层230上。此时，台阶部分231在光吸收层330和后电极层230之间的耦接部分中形成间隙或诸如内孔的缺陷。间隙或缺陷会降低后电极层230和光吸收层330之间的耦接部分的表面均匀性，因此危害太阳能电池的耐用性和可靠性。
为了消除这些限制，根据本公开，后电极层的侧表面是倾斜的，以降低后电极层和光吸收层之间的耦接部分中的间隙的高度并且提高太阳能电池的表面均匀性。
参照图3，后电极层200的侧表面220是倾斜的。就是说，侧表面220相对于衬底100以θ角倾斜。
后电极层200的侧表面220可以朝向衬底100的上部外侧倾斜。角度θ可以在120°至约150°的范围内。具体地，角度θ可以在130°至约150°的范围内。
侧表面220的长度可以取决于侧表面220和衬底100之间的角度θ。例如，侧表面220的长度可以在约1μm至约3μm的范围内，但是不限于此。
侧表面220的长度可以为后电极层200厚度T的约1.15倍至约2倍，但不限于此。
参照图4，当角度θ为约120°时，侧表面220的长度可以约为厚度T的1.15倍。在此情形中，厚度T可以在约0.2μm至约1.2μm的范围内，但是不限于此。
参照图5，当角度θ为约150°时，侧表面220的长度可以约为厚度T的2倍。在此情形中，厚度T可以在约0.2μm至约1.2μm的范围内，但是不限于此。
参照图6，光吸收层300与具有侧表面220的后电极层200相一致。就是说，根据本实施例，在后电极层200和光吸收层300之间的耦接部分中的间隙的高度。因此，可以提高后电极层200和光吸收层300之间的耦接部分的表面均匀性，由此提高太阳能电池的耐用性和可靠性。
尽管后电极层200的侧表面220设置有如上所述的单个斜坡，但是本公开不限于此，并且因此，侧表面220可以设置有如图7至9所示的多个斜坡。在此情形中，后电极层200的侧表面220具有用于使斜坡互相连接的弯曲部分。弯曲部分可以包括水平表面226或竖直表面228。
参照图7，侧表面220可以包括相对于衬底100以一定角度倾斜的第一斜坡222和第二斜坡224，并且水平表面226可以布置在第一斜坡222和第二斜坡224之间，以使它们互相连接。
第一斜坡222从衬底100的上表面向衬底100边缘延伸，并且第二斜坡224连接到后电极层200的上表面240。水平表面226平行于衬底100，并且将第一斜坡222的末端连接到第二斜坡224的末端。
朝向衬底100的外侧边缘延伸的第一斜坡222和第二斜坡224中的每个可以以一定角度倾斜。例如，第一斜坡222和第二斜坡224中的每个可以相对于衬底100以在约120°至约150°范围内的角度倾斜，但不限于此。
此外，第一斜坡222和第二斜坡224可以相对于衬底100以相同角度或不同角度倾斜。第一斜坡222和第二斜坡224可以具有相同长度或不同长度。水平表面226的长度可以小于第一斜坡222和第二斜坡224的长度。
参照图8，侧表面220可以包括：相对于衬底100以一定角度倾斜的第一斜坡222和第二斜坡224；以及被布置在第一斜坡222和第二斜坡224之间以使它们互相连接的竖直表面228。为此，竖直表面228可以将第一斜坡222的上端连接到第二斜坡224的下端，并且竖直表面228与衬底100垂直。竖直表面228的长度可以小于第一斜坡222和第二斜坡224的长度。
尽管水平表面226和竖直表面228如上所述地将第一斜坡222连接到第二斜坡224，但是实施例不限于此，并且因此，可以以不同角度设置弯曲部分。
如上所述，当侧表面220设置有多个斜坡时，侧表面220可以相对于衬底100更加平缓地倾斜。因此，可以降低在后电极层200和光吸收层300之间的耦接部分中的间隙的高度，并且可以提高后电极层200和光吸收层300之间的耦接部分的表面均匀性。
或者，参照图9，后电极层200的侧表面220可以具有从衬底100的露出部分开始的长度L。例如，长度L可以在约1μm至约3μm的范围内。
如果侧表面220覆盖太宽的区域，则后电极层200的上表面240缩短，从而使得后电极层200的平均厚度太小而不能用作电极。反之，如果侧表面220覆盖太窄的区域，则包括侧表面220的部分会太小而不能在后电极层200上均匀地形成光吸收层300。
因此，侧表面220可以包括在后电极层200上部的竖直部分260，以将斜坡连接到后电极层200的上表面240。在此情形中，可以设置多个侧表面220的斜坡。
如上所述，侧表面220具有倾斜的平面形状，但是不限于此。就是说，侧表面220可以具有曲面形状。
光吸收层300被布置在后电极层200上。光吸收层300包括I-III-VI族化合物。例如，光吸收层300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。
缓冲层400被布置在光吸收层300上。缓冲层400可以用作减小光吸收层300和稍后描述的窗口层600之间的能带隙差异的缓冲部。
缓冲层400包括硫化镉、ZnS、InXSY和InXSeYZn(O,OH)。缓冲层400的厚度可以在约50nm至约150nm之间，并且能带隙可以在约2.2eV至约2.4eV的范围内。
高阻缓冲层500被布置在缓冲层400上。高阻缓冲层500具有高电阻，从而与窗口层600绝缘并抗冲击。
高阻缓冲层500可以由本征氧化锌（i-ZnO）形成。高阻缓冲层500的能带隙可以在约3.1eV至约3.3eV的范围内。可以省去高阻缓冲层500。
光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500包括第二通槽P2。就是说，第二通槽P2可以穿过光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500。通过第二通槽P2部分地露出后电极层200。第二通槽P2的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内，但不限于此。
第二通槽P2可以填充有用于形成窗口层600的材料，由此形成连接线310。连接线310可以将窗口层600电连接到后电极层200。
窗口层600由透光和导电材料形成。窗口层600可以具有n型半导体的特性。在此情形中，窗口层600与缓冲层400一起形成n型半导体层，以便与光吸收层300（即p型半导体层）形成pn结。例如，窗口层600可以由掺杂铝的氧化锌（AZO）形成。窗口层600的厚度可以在约100nm至约500nm的范围内。
光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600包括第三通槽P3。就是说，第三通槽P3可以穿过光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600。通过第三通槽P3部分地露出后电极层200。第三通槽P3的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内，但不限于此。
参照图10，在根据另一实施例的太阳能电池中，通过利用具有倾斜的侧表面220的后电极层200，沉积在后电极层200上的光吸收层300可以与衬底100形成倾角。就是说，根据本实施例的太阳能电池包括：后电极层200，被布置在衬底100上，并且具有与衬底100形成第一倾角θ1的侧表面220；光吸收层300，被布置在后电极层200上，并且与衬底100形成第二倾角θ2；以及被布置在光吸收层300上的窗口层600。
窗口层600与衬底100形成第三倾角θ3。就是说，通过利用具有以第一倾角θ1倾斜的侧表面220的后电极层200，光吸收层300和窗口层600都可以相对于衬底100倾斜。
第二倾角θ2大于第一倾角θ1。第三倾角θ3大于第二倾角θ2。就是说，随着距衬底100的高度增加，与衬底100所成倾角可以增大，但本公开不限于此。例如，第一倾角θ1可以在约120°至约150°的范围内，但不限于此。
下面，将成参照附图描述根据实施例的太阳能电池制造方法。图11至17是图示根据实施例的太阳能电池制造方法的剖视图。对方法的描述涉及对太阳能电池的以上描述。对太阳能电池的以上描述基本合并到对方法的描述中。
参照图11至14，后电极210形成在衬底100上，并且被图案化以形成相对于衬底100以一定角度倾斜的侧表面220。
可以通过物理气相沉积（PVD）或电镀形成后电极210。可以在衬底100和后电极层200之间布置扩散阻挡层。
可以利用采用倾斜蚀刻（inclination etching）的任意类型方法来图案化后电极210。例如，可以利用诸如使用掩模的湿蚀刻过程、使用等离子体的干蚀刻过程或激光过程的各种方法来图案化后电极210。当使用激光过程时，后电极210可以顺序地熔化，改变激光束的形状，从而易于使侧表面220倾斜。
图12至14是图示通过利用掩模的湿蚀刻过程图案化后电极210的方法的剖视图。参照图12，在后电极210上形成包括开口M’的掩模图案M，并且利用湿蚀刻溶液蚀刻后电极210。湿蚀刻溶液可以是Mo蚀刻剂。
在一定时间之后，如图13所示，在后电极210的通过掩模图案M的开口M’露出的部分中形成凹陷图案。此时，可以不仅沿衬底100的垂直方向还沿衬底100的平行方向蚀刻后电极210的通过开口M’露出的部分。
参照图14，执行湿蚀刻过程一定时间，由此完成形成第一通槽P1的第一图案化过程。就是说，执行第一图案化过程以部分地露出衬底100，并且使侧表面220相对于衬底100倾斜。
可以执行若干次湿蚀刻过程或干蚀刻过程，以提供具有如图7至9所示的多个斜坡的后电极层200。
接着，参照图15，在后电极层200上顺序地形成光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500。
光吸收层300可以由I-III-VI族化合物形成。更详细地，光吸收层300可以包括基于铜铟镓硒（Cu(In,Ga)Se2；基于CIGS）的化合物。或者光吸收层300可以包括基于铜铟硒（CuInSe2;基于CIS）的化合物或基于铜镓硒的（CuGaSe2;基于CGS）的化合物。
例如，可以利用铜靶、铟靶和镓靶在后电极层200上形成基于CIG的金属前驱膜，以在后电极层200上形成光吸收层300。之后，基于CIG的金属前驱膜通过硒化过程与硒（Se）反应以形成作为光吸收层300的基于CIGS的光吸收层。
或者，可以通过共蒸发法由铜（Cu）、铟（In）、镓（Ga）和硒（Se）形成光吸收层300。
可以通过利用化学浴沉积法（CBD）在光吸收层300上沉积硫化镉来形成缓冲层400。
在缓冲层400上形成高阻缓冲层500。高阻缓冲层500包括本征氧化锌（i-ZnO）。高阻缓冲层500的能带隙可以在约3.1eV至约3.3eV的范围内。可以省去高阻缓冲层500。
接着，参照图16，执行第二图案化过程以在光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500中形成第二通槽P2。第二通槽P2与第一通槽P1间隔一定距离。可以利用机械方法或激光辐射方法形成第二通槽P2。例如，可以通过划线过程形成第二通槽P2。第二通槽P2形成为不与欧姆层800相对应。
参照图17，在高阻缓冲层500上形成窗口层600。可以通过在高阻缓冲层500上沉积导电透明材料来形成窗口层600。此时，第二通槽P2可以填充有透明材料以形成连接线310。连接线310可以将窗口层600电连接到后电极层200。
之后，执行第三图案化过程以形成穿过光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600的第三通槽P3。第三通槽P3与第二通槽P2间隔一定距离。
第三通槽P3限定包括后电极层200、光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500的太阳能电池岛C1、C2和C3。就是说，太阳能电池岛C1、C2和C3通过第三通槽P3而分离。可以利用机械方法或激光辐射方法形成第三通槽P3，由此露出后电极层200的上表面。
尽管已经参照本公开的一些示例性实施例描述了本公开，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将落在本公开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 (19)

1.一种太阳能电池，包括：
后电极层，被布置在衬底上，并且具有相对于所述衬底以一定角度倾斜的侧表面；
光吸收层，被布置在所述后电极层上；以及
窗口层，被布置在所述光吸收层上。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述一定角度在约120°到约150°的范围内。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述后电极层的所述侧表面包括平面和曲面。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述后电极层的所述侧表面的长度在1μm至3μm的范围内。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述后电极层的所述侧表面包括斜坡。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述后电极层的所述侧表面包括弯曲部分。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，由所述斜坡和所述衬底形成的角度互不相同。
8.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述斜坡包括垂直于所述衬底的表面。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述后电极层的所述侧表面朝向所述衬底的上部外侧倾斜。
10.一种太阳能电池，包括：
后电极层，被布置在衬底上，并且具有与所述衬底形成第一倾角的侧表面；
光吸收层，被布置在所述后电极层上，并且与所述衬底形成第二倾角；以及
窗口层，被布置在所述光吸收层上。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中，所述第一倾角在约120°至约150°的范围内。
12.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中，所述窗口层与所述衬底形成第三倾角。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中，所述第一倾角小于所述第二倾角，并且所述第二倾角小于所述第三倾角。
14.一种太阳能电池的制造方法，包括：
在衬底上形成后电极；
图案化所述后电极，以形成具有相对于所述衬底以一定角度倾斜的侧表面的后电极层；
在所述后电极层上形成光吸收层；以及
在所述光吸收层上形成窗口层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述一定角度在约120°至约150°的范围内。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，形成所述后电极层的步骤包括：
在所述后电极上形成包括开口的掩模；以及
通过倾斜蚀刻利用蚀刻溶液来蚀刻所述后电极的通过所述开口露出的部分。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述后电极被图案化以露出所述衬底的一部分。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述后电极层的所述侧表面从所述衬底的被露出的部分开始延伸一定距离。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述一定距离在约1μm至约3μm的范围内。
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