CN103137718A - 太阳能电池模块及其制造方法 - Google Patents

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林明弘
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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池模块，包括一基板、沿第一方向间隔形成在所述基板上的多个条状金属电极层、沿第一方向分别形成在相对应的条状金属电极层及所述基板上的多个条状光电转换层、沿第一方向分别形成在相对应的条状金属电极层及条状光电转换层上的多个条状透光电极层及多个电极线。所述等条状金属电极层与所述等条状透光电极层沿第二方向互相串联。所述等电极线沿第二方向间隔形成在每一条状透光电极层上或每一条状光电转换层与每一条状透光电极层之间。本发明利用电极线收集电流的设计，以解决太阳能电池模块光电转换效率下降的问题。

Description

太阳能电池模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池模块及其制造方法，特别是涉及一种利用电极线以收集电流的薄膜太阳能电池模块及其制造方法。
背景技术
请参照图1，图1为现有技术的一太阳能电池模块10的部分示意图。传统的太阳能电池模块10包括一基板12，多个导电层14，多个光电转换层16，及多个电极层18。传统太阳能电池模块10的制造方法先将导电层14形成在基板12，接着移除部分导电层14以露出部分基板12；再来将光电转换层16形成在基板12与导电层14上，并接着移除部分光电转换层16以露出部分导电层14；最后将电极层18形成在导电层14与光电转换层16上，并接着移除部分电极层18及部分光电转换层16以露出部分导电层14，藉此，传统的太阳能电池模块10可利用每一电极层18与相对应导电层14接触以形成电性连接，也就是说，太阳能电池模块10可视为由多个太阳能电池11互相串联所组成，以产生较大的电压。
然而通过雷射与机械划线所刻画出的面积为无效区，也就是說太阳能模块10具有愈多的刻画区将会减少光能的吸收量与电能的产出量，故此设计会限制太阳能电池模块10的光电转换效率。虽然可利用增加每一太阳能电池11的宽度以减少刻画区的面积的方式来解决上述问题，但是这种方式会额外造成电极层18的电阻值上升，进而导致太阳能电池模块10的整体光电转换效率下降的问题。此时，若是进一步地采用增加电极层18的厚度的方式来降低其整体电阻值，则又会降低电极层18的穿透率，从而影响到太阳能电池模块10的整体光电转换效率。因此，如何设计出一具有较佳光电转换效率的太阳能电池模块即为现今太阳能产业所需努力的重要课题。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池模块，包括一基板、多个条状金属电极层、多个条状光电转换层、多个条状透光电极层，及多个电极线。所述多个条状金属电极层沿一第一方向间隔形成在所述基板上。所述多个条状光电转换层沿所述第一方向分别形成在相对应的条状金属电极层及所述基板上。所述多个条状透光电极层沿所述第一方向分别形成在相对应的条状金属电极层及相对应的条状光电转换层上。所述多个条状金属电极层与所述多个条状透光电极层沿一第二方向互相串联。所述多个电极线沿所述第二方向间隔形成在每一条状透光电极层上或每一条状光电转换层与每一条状透光电极层之间。每一电极线的线宽小于每一条状金属电极层上的相对应条状透光电极层与相邻条状金属电极层的间距。
每一电极线的线宽可以小于500μm。
相邻电极线的间距可以小于或等于13mm。
所述太阳能电池模块可以还包括一缓冲层，形成在每一条状光电转换层上。
所述多个条状金属电极层可以由钼、钽、钛、钒或锆的其中之一所组成。
所述多个条状光电转换层可以为一黄铜矿结构。
所述多个条状透光电极层可以为由氧化铝锌或铟锡氧化物组成的一透光导电层。
所述第一方向可以垂直于所述第二方向。
本发明还揭露一种用来制造太阳能电池模块的方法，包括形成一金属电极层在一基板上、沿一第一方向移除部分金属电极层以形成间隔排列的多个条状金属电极层在所述基板上、形成一光电转换层在每一条状金属电极层及所述基板上、沿所述第一方向移除部分光电转换层以形成间隔排列的多个条状光电转换层以露出每一条状金属电极层的一部分、沿一第二方向形成间隔排列的多个电极线在每一条状光电转换层上、形成一透光电极层在每一条状光电转换层及每一电极在线，及沿所述第一方向移除部分透光电极层、部分电极线及每一条状光电转换层的一部分以形成间隔排列的多个条状透光电极层且露出每一条状金属电极层的一部分，以使所述多个条状金属电极层与所述多个条状透光电极层沿所述第二方向互相串联。
所述方法可以还包括形成一缓冲层在所述光电转换层上。
根据上述技术方案，本发明相较于现有技术至少具有下列优点及有益效果：在增加每一太阳能电池的宽度以减少光电转换层的移除面积的配置下，本发明利用电极线以作为可收集电流的辅助电极的设计，以解决先前技术因透光电极层的电阻值会随之上升所导致的太阳能电池模块的整体光电转换效率下降的问题。另外，由于可不需额外增加透光电极层的厚度以降低透光电极层的电阻值，因此，本发明亦可避免先前技术因透光电极层的穿透率下降而影响到太阳能电池模块的整体光电转换效率的情况发生。
除此之外，本发明可更进一步地采用电极线的线宽小于每一条状金属电极层上的相对应条状透光电极层与相邻条状金属电极层的间距与适当地控制电极线的条数的方式，以使光电转换层在利用增加太阳能电池宽度的方式所节省下来的移除面积会大于光电转换层因电极线的遮蔽所缩减的光电转换面积，如此一来，本发明可有效地增加光电转换层的有效发电面积，从而提升太阳能电池模块的光电转换效率。
附图说明
图1为现有技术的太阳能电池模块的部分示意图；
图2为根据本发明一优选实施例的太阳能电池模块的部分示意图；
图3为用来制造图2的太阳能电池模块的方法的流程图；及
图4至图11分别为图2的太阳能电池模块在各制程阶段沿第二方向的部分示意图。
其中，附图标记说明如下：
10、100  太阳能电池模块      11、101  太阳能电池
12、102  基板                14       导电层
16、105  光电转换层          18       电极层
103      金属电极层          104      条状金属电极层
106      条状光电转换层      107      透光电极层
108      条状透光电极层      109      电极线
110      缓冲层              D1       第一方向
D2       第二方向            L        长度
W        宽度                I1、I2    间距
步骤300、302、304、306、308、310、312、314、316、318
具体实施方式
请参照图2，图2为根据本发明一实施例的一太阳能电池模块100的部分示意图。太阳能电池模块100包括一基板102、多个条状金属电极层104，及多个条状光电转换层106。多个条状金属电极层104间隔排列在基板102上，且各条状金属电极层104沿一第二方向D2不接触相邻的条状金属电极层104。条状光电转换层106沿一第一方向D1形成在每一条状金属电极层104上，同样地，每一条状光电转换层106沿第二方向D2不接触相邻的条状光电转换层106，其中第二方向D2垂直于第一方向D1。
太阳能电池模块100还包括多个条状透光电极层108及多个电极线109，条状透光电极层108沿第一方向D1形成在每一条状金属电极层104的上方，而电极线109沿第二方向D2间隔形成在每一条状透光电极层108上，其中在此实施例中，每一电极线109的线宽优选地小于条状金属电极层上的相对应条状透光电极层108与相邻条状金属电极层104的间距，相邻电极线109的间距可小于或等于13mm。藉此，太阳能电池模块100可视为由多个太阳能电池101互相串联所组成，其中各太阳能电池101的条状光电转换层106用来接收光能以转换成电力，且条状金属电极层104及条状透光电极层108分别用来作为太阳能电池101的正、负极以输出电力，故多个条状金属电极层104与多个条状透光电极层108沿第二方向D2依序电连接(也就是说多个太阳能电池101沿第二方向D2互相串联)，而形成在条状透光电极层108上的电极线109可作为辅助电极而产生收集电流的效果。如此一来，本发明可依需求调整太阳能电池模块100的输出电压，并通过电极线109的配置以产生较大的电流。此外，太阳能电池模块100还可包括一缓冲层110，其设置在每一条状光电转换层106及每一条状透光电极层108之间。
一般来说，基板102可由钠钙玻璃(soda-lime glass)所组成，条状金属电极层104可由钼、钽、钛、钒或锆的其中之一所组成，条状光电转换层106可为一黄铜矿结构，例如铜铟硒(CIS)、铜铟硫(CIS)、铜铟镓硒(CIGS)或铜铟镓硒硫(CIGSS)等，条状透光电极层108可为由氧化铝锌(AZO)或铟锡氧化物(ITO)所组成的一导电层，缓冲层110可由硫化锌、硫化镉或硫化铟化合物及本质氧化锌(intrinsic ZnO)所组成，电极线109可为一导电银胶或一导电铝胶，也就是說太阳能电池模块100可为一薄膜太阳能电池模块。基板102、条状金属电极层104、条状光电转换层106、条状透光电极层108、缓冲层110及电极线109的组成材质可不限于上述实施例所述，端视设计需求而定。
请参照图2与图3至图11，图3为用来制造图2的太阳能电池模块100的方法的流程图，图4至图11分别为图2的太阳能电池模块100在各制程阶段沿第二方向D2的部分示意图。所述方法包括下列步骤。
步骤300：清洗基板102；
步骤302：形成一金属电极层103在基板102上；
步骤304：沿第一方向D1移除部分金属电极层103以形成间隔排列的多个条状金属电极层104在基板102上；
步骤306：形成一光电转换层105在每一条状金属电极层104及基板102上；
步骤308：形成缓冲层110在光电转换层105上；
步骤310：沿第一方向D1移除部分光电转换层105及部分缓冲层110以形成间隔排列的多个条状光电转换层106，以露出每一条状金属电极层104的一部分；
步骤312：形成一透光电极层107在缓冲层110及每一条状金属电极层104上；
步骤314：沿第二方向D2形成间隔排列的多个电极线109在透光电极层107上；
步骤316：沿第一方向D1移除部分电极线109、部分透光电极层107、部分缓冲层110及每一条状光电转换层106的一部分以形成间隔排列的多个条状透光电极层108且露出每一条状金属电极层104的一部分，以使多个条状金属电极层104与多个条状透光电极层108沿第二方向D2互相串联；
步骤318：结束。
于此针对上述步骤分别进行详细说明。首先，在步骤300中，可先将如图4所示的基板102清洗干净，以确保后续制程杂质不会参杂在沉积材料与基板102之间。此时可选择性地在基板102上形成由氧化铝(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)组成的阻挡层，其具有可阻挡基板102内的不纯物扩散至光电转换层105内而影响光电转换层105的结晶成长的功能，且还可选择性地将氟化钠(NaF)以蒸镀方式形成在基板102上，其用来帮助光电转换薄膜在基板102上进行结晶。
接下来，如图5所示，可使用一溅镀机将金属电极层103形成在基板102上(步骤302)，再通过雷射切割技术或其它移除技术沿第一方向D1移除部分金属电极层103(步骤304)，以裸露部分基板102且形成间隔排列的多个条状金属电极层104(如图6所示)。之后，如图7所示，可使用薄膜沉积技术依序将光电转换层105形成在多个条状金属电极层104与裸露的部分基板102上(步骤306)，及缓冲层110形成在光电转换层105上(步骤308)，并接着如图8所示，再通过一刮刀或其它移除方式沿第一方向D1移除部分光电转换层105与部分缓冲层110(步骤310)，以形成间隔排列的多个条状光电转换层106，以露出每一条状金属电极层104的一部分。一般而言，薄膜沉积技术可通过四元共蒸镀法(co-evaporation)、真空溅镀法(sputter)或硒化法(selenization)来制作光电转换层105及通过化学混浴沉积法(Chemical BathDeposition，CBD)来制作缓冲层110，以达到较佳的光电转换效率。
接下来，如图9、图10及图11所示，可在多个条状金属电极层104及缓冲层110上形成有透光电极层107(步骤312)，并在步骤314中，沿第二方向D2形成间隔排列的多个电极线109在透光电极层107上，其中电极线109的形成优选地使用印刷制程，但不受此限。最后，再通过一刮刀或其它移除方式沿第一方向D1移除部分电极线109、部分透光电极层107、部分缓冲层110及每一条状光电转换层106的一部分，以形成间隔排列的多个条状透光电极层108，且露出每一条状金属电极层104的一部分(步骤316)，以使多个条状金属电极层104与多个条状透光电极层108沿第二方向D2互相串联。藉此，太阳能电池模块100可视为多个太阳能电池101互相串联而组成，从而产生较大的电流。
如此一来，在增加每一太阳能电池101的宽度以减少条状光电转换层106的移除面积的配置下，本发明可利用在条状透光电极层108上形成电极线109以作为用来收集电流的辅助电极的设计，以解决因条状透光电极层108的电阻值会随之上升所导致的太阳能电池模块100的整体光电转换效率下降的问题。除此之外，由于可不需额外增加条状透光电极层108的厚度，因此，本发明亦可避免因条状透光电极层108的穿透率下降而影响到太阳能电池模块100的整体光电转换效率的情况发生。
除了可解决上述问题之外，本发明可进一步地提升太阳能电池模块100的整体光电转换效率。举例来说，请参照图11，假设太阳能电池模块100由一百零八个太阳能电池101所串联而成、太阳能电池模块100的长度L为121cm。另外，一般而言，太阳能电池101的宽度W介于4mm至6.5mm的范围内，而每一条状金属电极层104上的相对应条状透光电极层108与相邻条状金属电极层104的间距I1通常约等于0.5mm，而由上述可知，在此实施例中，每一电极线109的线宽优选地小于每一条状金属电极层104上的相对应条状透光电极层108与相邻条状金属电极层104的间距I1，且相邻电极线109的间距I2例如为11mm，因此再进一步地假设太阳能电池101的宽度W等于5.5mm、每一条状金属电极层104上的相对应条状透光电极层108与相邻条状金属电极层104的间距I1等于0.5mm、电极线109的线宽等于50μm，及相邻电极线109的间距I2等于11mm(也就是说在每一条状透光电极层108上会形成有一百一十条电极线109)。
在上述数值设定下，若是为了减少条状光电转换层106所需移除的面积而将太阳能电池101的宽度W增加至11mm，则太阳能电池模块100就会缩减为仅由五十四个太阳能电池101所串联而成，此时，条状光电转换层106因增加太阳能电池101的宽度W所节省下来的移除面积等于54(个)*0.5mm*121cm，而条状光电转换层106因被多个电极线109所遮蔽以致无法产生光电转换的面积约等于54(个)*50μm*11mm*110(条)，由两者比较结果可知，在上述数值的设定下，条状光电转换层106因增加太阳能电池101的宽度W所节省下来的移除面积约为条状光电转换层106因被电极线109所遮蔽而无法产生光电转换的面积的十倍。
根据上述计算结果可推知，在电极线109的线宽小于每一条状金属电极层104上的相对应条状透光电极层108与相邻条状金属电极层104的间距I1与适当地控制电极线109的形成条数的前提下，即使本发明所采用的在条状透光电极层108上形成电极线109的方式会缩减条状光电转换层106的光电转换面积，但是条状光电转换层106通过此设计以增加太阳能电池101的宽度W的方式所节省下来的移除面积仍可大于条状光电转换层106因电极线109的遮蔽所缩减的光电转换面积，如此一来，本发明可有效地增加光电转换层的有效发电面积，从而提升太阳能电池模块的光电转换效率。
需注意的是，缓冲层110的材质与制程顺序可不限于上述实施例，也就是说其为一选择性的制程，端视设计需求而定。此外，步骤312与步骤314的执行顺序可根据实际制程需求而互相调换，也就是说，在另一实施例中，其亦可在沿第二方向D2形成间隔排列的多个电极线109在缓冲层110上之后，再接着执行形成透光电极层107在缓冲层110及每一条状金属电极层104上的步骤，换言之，电极线109可改形成在缓冲层110及条状透光电极层108之间以取代如图11所示的配置。
相较于现有技术，在增加每一太阳能电池的宽度以减少光电转换层所需移除的面积的配置下，本发明利用电极线以作为可收集电流的辅助电极的设计，以解决先前技术因透光电极层的电阻值会随之上升所导致的太阳能电池模块的整体光电转换效率下降的问题。另外，由于可不需额外增加透光电极层的厚度以降低透光电极层的电阻值，因此，本发明亦可避免先前技术因透光电极层的穿透率下降而影响到太阳能电池模块的整体光电转换效率的情况发生。
除此之外，本发明可更进一步地采用电极线的线宽小于每一条状金属电极层上的相对应条状透光电极层与相邻条状金属电极层的间距与适当地控制电极线的条数的方式，以使光电转换层在利用增加太阳能电池宽度的方式所节省下来的移除面积会大于光电转换层因电极线的遮蔽所缩减的光电转换而积，如此一来，本发明可有效地增加光电转换层的有效发电面积，从而提升太阳能电池模块的光电转换效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池模块，其特征在于，所述太阳能电池模块包括：
一基板；
多个条状金属电极层，沿一第一方向间隔形成在所述基板上；
多个条状光电转换层，沿所述第一方向分别形成在相对应的条状金属电极层及所述基板上；
多个条状透光电极层，沿所述第一方向分别形成在相对应的条状金属电极层及相对应的条状光电转换层上，其中所述多个条状金属电极层与所述多个条状透光电极层沿一第二方向互相串联；及
多个电极线，沿所述第二方向间隔形成在每一条状透光电极层上或每一条状光电转换层与每一条状透光电极层之间，每一电极线的线宽小于每一条状金属电极层上的相对应条状透光电极层与相邻条状金属电极层的间距。
2.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，每一电极线的线宽小于500μm。
3.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，相邻电极线的间距小于或等于13mm。
4.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述太阳能电池模块还包括：
一缓冲层，形成在每一条状光电转换层上。
5.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述多个条状金属电极层由钼、钽、钛、钒或锆的其中之一所组成。
6.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述多个条状光电转换层为一黄铜矿结构。
7.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述多个条状透光电极层为由氧化铝锌或铟锡氧化物组成的一透光导电层。
8.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，所述第一方向垂直于所述第二方向。
9.一种用来制造太阳能电池模块的方法，其特征在于，所述方法包括：
形成一金属电极层在一基板上；
沿一第一方向移除部分金属电极层以形成间隔排列的多个条状金属电极层在所述基板上；
形成一光电转换层在每一条状金属电极层及所述基板上；
沿所述第一方向移除部分光电转换层以形成间隔排列的多个条状光电转换层，以露出每一条状金属电极层的一部分；
沿一第二方向形成间隔排列的多个电极线在每一条状光电转换层上；
形成一透光电极层在每一条状光电转换层及每一电极在线；及
沿所述第一方向移除部分透光电极层、部分电极线及每一条状光电转换层的一部分以形成间隔排列的多个条状透光电极层且露出每一条状金属电极层的一部分，以使所述多个条状金属电极层与所述多个条状透光电极层沿所述第二方向互相串联。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
形成一缓冲层在所述光电转换层上。
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