CN103081124B - 太阳能光伏装置及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种太阳能光伏设备及其生产方法。所述设备包括：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前电极层。所述后电极层中形成有沿一个方向延伸的通孔。所述通孔包括：第一区域；以及与所述第一区域相邻并且具有切割表面的第二区域，包括形成得比每个第一突起的端部更靠外的切割表面并且，所述切割表面的粗糙度大于所述第一区域的内侧面的粗糙度。

Description

太阳能光伏装置及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池设备及其制备方法。
背景技术
近来，随着能源消耗的增加，已经研制出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，所述太阳能电池是PN异质结设备，具有包括玻璃衬底、金属后电极层、P型基于CIGS的光吸收层、高阻缓冲层和N型窗口层的衬底结构。
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备方法，所述太阳能电池设备能够防止短路同时表现改进的电特性和高光电转换效率。
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前电极层。所述后电极层中设置有沿一个方向延伸的通孔。所述通孔包括：第一区域，包括从所述通孔的内侧面向内延伸的第一突起；以及第二区域，包括形成得比所述第一突起的端部更靠外的切割表面。
根据实施例，提供一种太阳能电池设备，包括：衬底；在所述衬底上的多个后电极；分别设置在各个所述后电极上的光吸收部；以及分别设置在各个所述光吸收部上的多个前电极。所述后电极的侧面包括：第一区域，布置有沿横向方向延伸的第一突起；以及第二区域，布置有比所述第一突起短的第二突起。
根据实施例，提供一种太阳能电池设备的制备方法。所述方法包括：在衬底上形成后电极层；利用激光第一次图案化所述后电极层；以及通过机械方法第二次图案化所述后电极层。
有益效果
如上所述，根据实施例的太阳能电池设备制备方法，利用激光执行第一次图案化过程，并且通过机械方法执行第二次图案化过程。在执行了第一次图案化过程之后，后电极层的一部分会与衬底分隔开。在此情形中，可以去除后电极层的与所述衬底分隔开的部分。
因此，根据实施例的太阳能电池设备，可以防止由在后电极层的一部分与衬底分隔开时所形成的毛边（burr）导致的短路和漏电流。因此，根据实施例的太阳能电池设备可以表现提高的电特性和高光电转换效率。
此外，根据实施例的太阳能电池设备，通过激光经由第一次图案化过程在后电极层中形成通孔。在此情形中，从通孔的内侧面向内形成突起。
突起的一部分可以与衬底分隔开，并且可以通过第二次图案化过程去除与衬底分隔开的突起。
此外，实施例的太阳能电池可以包括其中具有切割表面的区域，并且可以包括比其它突起短的突起。
附图说明
图1至9是示出根据实施例的太阳能电池设备的制备过程的剖视图；
图10是示出根据另一实施例的毛边区域的平面图；
图11是示出根据又一实施例的毛边区域的平面图；以及
图12是示出根据又一实施例的毛边区域的平面图。
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。参照附图描述了各个部件的这种位置关系。为了方便或清楚起见，可以夸大、省略或示意性绘出附图中所示各个部件的厚度和尺寸。此外，元件的尺寸不完全反映实际尺寸。
图1至9是示出根据实施例的太阳能电池设备的制备过程的剖视图，图10是示出根据另一实施例的毛边区域的平面图，以及图11是示出根据又一实施例的毛边区域的平面图。
参照图1，后电极层200形成在支撑衬底100上。
支撑衬底100具有板形形状。支撑衬底100可以包括绝缘体。例如，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。此外，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。
后电极层200设置在支撑衬底100上。可以通过在支撑衬底100的上表面上沉积Mo形成后电极层200。后电极层200可以包括至少两层。在此情形中，每层可以包括相同金属或不同金属。
后电极层200的厚度可以在约500nm至约1000nm的范围内。可以在支撑衬底100的整个上表面上均匀地形成后电极层200。
参照图2至5，第一次图案化后电极层200。
通过激光图案化后电极层200。因此，如图2所示，后电极层200中形成有沿第一方向延伸的多个第一通孔TH1。第一通孔TH1互相平行同时彼此分隔开地延伸。
第一通孔TH1是露出支撑衬底100的上表面的开口区域。第一通孔TH1的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
后电极210通过第一通孔TH1彼此分隔。后电极210可以布置为条状形式。
此外，后电极210可以布置为矩阵形式。在此情形中，当俯视时，第一通孔TH1可以布置为网格形式。
图4是示出第一通孔TH1的放大平面图。图5是沿图4的A-A’线截取的剖视图。
如图4所示，多个突起220从第一通孔的内侧面沿横向方向突出。通过向后电极层200上照射激光来形成第一通孔TH1。用强度不连续同时移动的激光照射到后电极层200上。因此，第一通孔TH1可以具有多个圆环C彼此重叠的形状。
因此，突起220形成为与圆环C的重叠区域相对应。换言之，后电极层200保留在圆环C之间而未被去除。保留部分形成突起220。
因此，第一通孔TH1的侧面包括具有凹形图案的弯曲表面。换言之，当俯视时，突起220之间的内侧面具有凹面形状。
如图4和5所示，可以在后电极层200上形成毛边BU。毛边BU是后电极层200的与支撑衬底100分隔开的部分。换言之，当形成第一通孔TH1时，可以形成毛边BU。
例如，后电极层200会通过激光产生的高温热量而与支撑衬底100分隔开。换言之，后电极层200会由于后电极层200和支撑衬底100之间的热膨胀系数差异而与支撑衬底100分隔开。此外，当激光倾斜地而不是沿垂直方向入射到支撑衬底100上时，会容易地形成毛边BU。
毛边BU会形成在突起220的一部分处。换言之，突起220的一部分会与支撑衬底100分隔开。
后电极层200被第一通孔TH1划分为多个后电极210。换言之，第一通孔TH1限定多个后电极210。多个后电极210可以彼此分隔开。
突起220从后电极210的侧面向外突出。换言之，第一通孔TH1的内侧面与后电极210的侧面相同。
参照图6和7，通过机械方法第二次图案化后电极层200。更详细地，通过第二次图案化过程向第一通孔TH1的内侧面施加冲击。此外，通过第二次图案化过程向突起220施加机械冲击。
因此，去除后电极层200的一部分。更详细地，通过第二次图案化过程可以去除毛边BU。
在第二次图案化过程中可以使用尖头工具。尖头工具的宽度可以与第一通孔TH1的宽度相对应。尖头工具的宽度可以小于第一通孔TH1的宽度。此外，尖头工具的宽度可以大于第一通孔TH1的宽度。
尖头工具被设置在第一通孔TH1中，并且沿着第一通孔TH1移动。同时，尖头工具向第一通孔TH1的侧面和突起220施加机械冲击。
在此情形中，尖头工具用仅去除毛边BU的力向第一通孔TH1的内侧面和突起220施加冲击。
因此，切割掉突起的具有毛边BU的部分或整个部分，从而在第一通孔TH1中形成切割表面231。由于通过切割具有毛边BU的突起而形成切割表面231，因此切割表面231替代突起220（第一突起）的端部221形成在第一通孔TH1的外侧，并且没有毛边BU。
由于利用机械冲击形成切割表面231，因此切割表面231可以表现高粗糙度。换言之，切割表面231可以表现比第一突起220之间的内侧粗糙度高的粗糙度。
具有切割表面231的区域被限定为切割区域CA。换言之，切割区域CA包括切割表面231。除切割区域CA之外的剩余区域可以被限定为非切割区域NCA。通过第一次图案化过程形成非切割区域NCA，并且通过第二次图案化过程形成切割区域CA。
切割区域CA可以包括由于被切割了端部而长度较短的突起230（第二突起）。换言之，毛边BU形成在若干突起220的端部。由于通过图案化过程切割了突起220的具有毛边BU的端部，因此可以形成具有较短长度的第二突起230。因此第二突起230的长度可以比第一突起220的长度短。此外，切割表面231被设置在第二突起230的端部处。
在本实施例中，沿第一通孔TH1的延伸方向划分切割区域CA和非切割区域NCA，但是实施例不限于此。就是说，具有切割表面231的区域可以被限定为切割区域CA并且除切割区域CA之外的剩余区域可以被限定为非切割区域NCA。
由于通过第二次图案化过程切割了第二突起230的一部分，因此第二突起230具有较小的面积。换言之，第二突起230的面积小于第一突起220的面积。
例如，第二突起230的面积可以是第一突起220的面积的约1%至约50%。
与图6和7不同，参照图10，会在突起的整个表面上形成毛边BU。因此，可以通过第二次图案化过程去除整个突起。此外，当俯视时，切割表面232可以具有直线形状。
此外，参照图11，毛边BU会形成在后电极210内。换言之，与圆环C的圆周相比，切割表面233的圆周可以形成为更靠外。
因此，切割区域CA的宽度W1可以大于非切割区域NCA的宽度W2。
参照图12，毛边BU会形成在第一通孔TH1一侧的整个表面上。因此，切割表面231可以形成在第一通孔TH1一侧的整个表面上。
就是说，第一通孔TH1的整个一侧可以对应于具有切割表面的切割区域CA并且第一通孔TH1的面对所述一侧的整个相对侧可以对应于非切割区域NCA。
可以根据第一次图案化过程中使用的激光强度和激光所照射区域的面积来改变具有毛边BU的区域和/或具有毛边BU的区域的面积。可以根据支撑衬底100的材料和后电极层200的材料来改变具有毛边BU的区域和/或具有毛边BU的区域的面积。
在不检查毛边BU的产生的情况下，通过向第一通孔TH1内侧面的整个部分施加机械冲击，可以执行第二次图案化过程。
此外，在通过人肉眼检查毛边BU之后，向具有毛边BU的区域施加机械冲击，从而可以去除毛边BU。
参照图8，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。
光吸收层300可以通过溅射过程或蒸发方法形成。
光吸收层300可以通过多种方法形成，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靶或Ga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来形成基于CIS或CIG的光吸收层300。
之后，可以通过CBD（化学浴沉积）方法在光吸收层300上沉积CdS来形成缓冲层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。
以小厚度沉积缓冲层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。
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CIGSS(Cu(IN,Ga)(Se,S)2)晶体结构、CISS(Cu(IN)(Se,S)2)晶体结构或CGSS(Cu(Ga)(Se,S)2)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。
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。
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包括未掺杂杂质的i-ZnO。高阻缓冲层500的能带隙在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
之后，通过去除光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500的一些部分来形成第二通孔TH2。
可以通过诸如尖头工具的机械装置或激光装置来形成第二通孔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。此外，可以通过波长在约200nm至约600nm范围内的激光来形成第二通孔TH2。
在此情形中，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。
第二通孔TH2穿过光吸收层300形成。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的一部分形成在第一通孔TH1旁边。
每个第二通孔TH2的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
参照图9，窗口层600形成在光吸收层300上并且形成在第二通孔TH2中。换言之，可以通过在高阻缓冲层500上和第二通孔TH2中沉积透明导电材料来形成窗口层600。
在此情形中，透明导电材料填充在第二通孔TH2中，并且在第二通孔内形成多个连接部。换言之，窗口层600与后电极层200直接接触。
窗口层600包括氧化物。例如，窗口层600可以包括氧化锌、氧化铟锡（ITO）或氧化铟锌（IZO）。
例如，可以通过沉积掺杂Al的氧化锌形成窗口600。可以利用包括掺杂Al的氧化锌的靶通过溅射过程来形成窗口层600。
通过去除缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600的一些部分来形成第三通孔TH3。因此，通过图案化窗口层600来限定多个窗口和多个电池C1、C2…CN。第三通孔TH3的宽度在约80μm至约200μm的范围内。
为了形成根据实施例的太阳能电池设备，通过利用激光第一次图案化后电极层200，并且通过机械方法第二次图案化后电极层200。在此情形中，通过第一次图案化过程，后电极层200的一部分与衬底分隔开，由此产生毛边BU。在此情形中，通过第二次图案化过程去除毛边BU。
因此，在实施例的太阳能电池设备中，可以防止由毛边BU导致的短路和漏电流。如果不去除毛边BU，则后电极层200会通过光吸收层与窗口层600发生短路。由于根据本实施例有效地去除毛边BU，因此根据实施例的太阳能电池设备可以表现出改进的电特征和高光电转换效率。
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
根据本发明的太阳能光伏设备及其生产方法可以用于太阳能光伏设备领域。

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前电极层，
其中，通孔在所述后电极层中沿横向方向延伸，
所述通孔包括：
第一区域；以及
与所述第一区域相邻并且具有切割表面的第二区域，
其中，所述切割表面的粗糙度大于所述第一区域的内侧面的粗糙度。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第一区域包括延伸到所述通孔的内侧面的第一突起，并且
所述第二区域包括比所述第一突起短的第二突起。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池设备，其中，所述切割表面形成在所述第二突起的端部处。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述切割表面具有凹形形状。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第一区域的所述内侧面具有凹形形状。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第二区域的宽度小于所述第一区域的宽度。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述光吸收层覆盖所述切割表面。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述后电极层包括钼。
9.一种太阳能电池设备，包括：
衬底；
在所述衬底上的多个后电极层；
分别布置在各个所述后电极层上的光吸收层；以及
分别布置在各个所述光吸收层上的多个前电极，
其中，所述后电极包括：
沿横向方向延伸的第一突起；以及
比所述第一突起短的第二突起。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池设备，其中，所述第二突起的表面积是所述第一突起的表面积的约1％至约50％。
11.根据权利要求9所述的太阳能电池设备，其中，切割表面分别形成在所述第二突起的端部，并且
每个切割表面的粗糙度大于所述第一突起之间的侧面的粗糙度。
12.根据权利要求9所述的太阳能电池设备，其中，所述第一突起和所述第二突起的全部下表面粘附到所述衬底的上表面。
13.根据权利要求9所述的太阳能电池设备，其中，所述衬底包括玻璃衬底，并且所述后电极包含钼。
14.一种太阳能电池设备的制备方法，所述方法包括：
在衬底上形成后电极层；
利用激光第一次图案化所述后电极层；以及
通过机械方法第二次图案化所述后电极层，
其中，第一次图案化所述后电极层包括在所述后电极层中形成露出所述衬底的通孔以及形成从所述通孔的内表面向内突出的多个突起，并且第二次图案化所述后电极层包括去除所述突起的一部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，第一次图案化所述后电极层包括在所述后电极层中形成沿一个方向延伸的通孔，并且第二次图案化所述后电极层包括向所述通孔的内侧面施加机械冲击。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，在第一次图案化所述后电极层时，所述后电极层的一部分与所述衬底分隔开，并且第二次图案化所述后电极层包括去除所述后电极层的与所述衬底分隔开的部分。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，第二次图案化所述后电极层包括：
检查所述后电极层的与所述衬底分隔开的部分；以及
去除所述后电极层的与所述衬底分隔开的部分。
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