CN103165712B - 用于形成太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

一种薄膜太阳能电池及其形成工艺。太阳能电池包括底部电极层、半导体光吸收层、顶部电极层、以及保护性防潮层。在一些实施例中，防潮层由不易与水反应的材料形成。防潮层帮助保护顶部电极层免受由水和氧引起的暴露和损害。本发明提供了用于形成太阳能电池的方法。

Description

用于形成太阳能电池的方法
技术领域
一般而言，本发明涉及光伏太阳能电池，更具体而言，涉及薄膜太阳能电池及其形成方法。
背景技术
薄膜光伏(PV)太阳能电池是一类能源器件，利用光形式的可再生能源，将其转换成可以用于各种用途的有用电能。薄膜太阳能电池是通过在衬底上沉积半导体和其他材料的各种薄的层和膜形成的多层半导体结构。这些太阳能电池可以被制成以由多个单独的电互连的电池组成的一些形式存在的轻质柔性板(light-weight flexible sheet)。轻质和柔性的属性给予薄膜太阳能电池广泛的潜在应用性，使其能够作为电源用于便携式电子设备、航空航天、以及住宅和商业建筑，在这些地方中，它们可以被结合到诸如屋顶板、外立面、以及天窗的各种建筑部件中。
薄膜太阳能电池半导体封装件通常包括在衬底上形成的底部接触件或电极以及在底部电极上方形成的顶部接触件或电极。顶部电极例如由透光导电氧化物(“TCO”)材料制成。TCO材料容易受到包括水、氧、和二氧化碳的环境因素的侵蚀和降解。这种TCO降解可以包括高串联电阻(R)并且导致用于太阳能电池的较低太阳能转换效率。
从而，期望解决以上问题的改进的薄膜太阳能电池。
发明内容
一方面，本发明提供了一种薄膜太阳能电池，包括：底部电极层，形成在衬底上；半导体吸收层，形成在所述底部电极层上；缓冲层，形成在所述吸收层上；顶部电极层，形成在所述缓冲层上，所述顶部电极层通过P2划线电连接至所述底部电极层，所述P2划线限定出延伸穿过所述缓冲 层和所述吸收层的垂直沟道；保护性第一防潮层，形成在所述顶部电极层上，用于保护所述顶部电极层免受环境湿气和氧的损害，其中，所述第一防潮层由不易与水反应的材料形成；以及密封件，形成在所述第一防潮层上。
在所述的太阳能电池中，所述密封件包含EVA和丁基。
在所述的太阳能电池中，所述第一防潮层延伸至所述划线内。
在所述的太阳能电池中，所述P2划线至少部分地填充有接触所述底部电极的来自所述顶部电极层的材料，所述第一防潮层覆盖所述P2划线内的所述顶部电极层的材料的暴露侧壁部分。
在所述的太阳能电池中，所述第一防潮层具有约10nm至约150nm的厚度。
在所述的太阳能电池中，形成所述第一防潮层的材料是具有的吉布斯自由能为至少-600KJ/mol的稳定氧化物化合物。
在所述的太阳能电池中，所述第一防潮层的材料选自由以下物质组成的组：MgO、In2O3、CaO、Ga2O3、Cr2O3、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Al2O3、HfO2、La2O3、Lu2O3、SiONx、SiNx、以及SiOx。
在所述的太阳能电池中，所述吸收层由p-型硫属化合物材料或CdTe组成。
在所述的太阳能电池中，所述吸收层由选自由Cu(In,Ga)Se2、Cu(In,Ga)(Se,S)2、CuInSe2、CuGaSe2、CuInS2、和Cu(In,Ga)S2组成的组的材料组成。
在所述的太阳能电池中，所述顶部电极是n-型材料，所述n-型材料选自由氧化锌、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、掺铟氧化锌、掺氟氧化锡、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锑锡(ATO)、和碳纳米管层组成的组。
所述的太阳能电池进一步包括：形成穿过所述太阳能电池到所述衬底的垂直沟道的P3划线，其中，所述第一防潮层延伸至所述P3划线内。
所述的太阳能电池进一步包括：在所述第一防潮层上形成的第二防潮层，所述第二防潮层由与所述第一防潮层相同或不同的材料形成。
在所述的太阳能电池中，所述第二防潮层延伸至所述P2划线内。
另一方面，本发明还提供了一种薄膜太阳能电池，包括：底部电极层，形成在衬底上；半导体吸收层，形成在所述底部电极层上；缓冲层，形成在所述吸收层上；顶部电极层，形成在所述缓冲层上并且由导电TCO材料制成，所述顶部电极层通过P2划线电连接至所述底部电极层，所述P2划线限定出延伸穿过所述缓冲层和所述吸收层的垂直沟道；以及保护性第一防潮层，沉积在所述顶部电极层上，用于保护所述顶部电极层免受环境湿气和氧的损害，其中，所述第一防潮层由不易与水反应的材料制成，所述第一防潮层的材料覆盖在所述P2划线中设置的所述顶部电极层的材料部分，以保护所述顶部电极的材料免受湿气和氧的损害。
所述的太阳能电池进一步包括：形成在所述第一防潮层上方的密封件。
所述的太阳能电池进一步包括：形成穿过所述太阳能电池到所述衬底的垂直沟道的P3划线，其中，所述第一防潮层延伸至所述P3划线内并覆盖所述P3划线中的所述顶部电极层的暴露部分。
所述的太阳能电池进一步包括：P3划线，形成穿过所述太阳能电池到所述衬底的垂直沟道；以及分立的第二防潮层，形成在所述第一防潮层上，所述第二防潮层由与所述第一防潮层相同或不同的材料形成，其中，所述第二防潮层延伸至所述P3划线内并且覆盖所述P3划线中的所述顶部电极层的暴露部分。
又一方面，本发明提供了一种用于形成薄膜太阳能电池的方法，包括：在衬底上沉积导电底部电极层；在所述底部电极层上沉积吸收层；在所述吸收层上沉积缓冲层；在所述吸收层中切割开口P2划线，所述划线从所述吸收层和缓冲层的暴露部分在所述吸收层上形成具有暴露侧壁的开口沟道；在切割所述P2划线之后，在所述缓冲层上沉积顶部电极层，来自所述顶部电极层的材料至少部分地填充所述P2划线；在所述顶部电极层上沉积由不易与水反应的材料制成的第一防潮层；以及用所述第一防潮层的材料覆盖所述P2划线中的所述顶部电极层的材料部分，用于保护所述P2划线内的所述顶部电极层的材料免受水和氧的损害。
所述的方法进一步包括：在沉积所述第一防潮层之前切割P3划线，其中，沉积所述第一防潮层的步骤还覆盖所述P3划线内的所述顶部电极层的 暴露侧壁。
所述的方法进一步包括：在沉积所述第一防潮层之后，切割P3划线；在形成所述P3划线之后，在所述第一防潮层上沉积第二防潮层；以及用所述第二防潮层的材料覆盖所述P3划线中的所述顶部电极层的材料的暴露侧壁部分，用于保护所述P3划线内的所述顶部电极层的材料免受湿气和氧的损害。
附图说明
将参考以下附图来描述优选实施例的部件，在以下附图中对相似的元件进行相似的标记，并且其中：
图1是根据本发明的薄膜太阳能电池的第一实施例的横截面侧视图；
图2是示出在形成图1中的薄膜太阳能电池的示例性工艺中的连续步骤的流程图；
图3示出在表示各种材料的吉布斯自由能(Gibbs Free Energy)的摩尔标准氧化物生成焓的表格；
图4是根据本发明的薄膜太阳能电池的第二实施例的横截面侧视图；
图5是示出在形成图4中的薄膜太阳能电池的示例性工艺中的连续步骤的流程图；
图6是根据本发明的薄膜太阳能电池的第三实施例的横截面侧视图；以及
图7是示出在形成图6中的薄膜太阳能电池的示例性工艺中的连续步骤的流程图。
所有附图都是示意性的，并且未按比例进行绘制。
具体实施方式
预期结合附图一起阅读说明性实施例的这种描述，所述附图被视为整个书面说明书的一部分。在本文所公开的实施例的描述中，对方向或者方位的任何提及仅仅是预期用于简化描述的目的，而不预期以任何方式限制本发明的范围。相对位置的术语诸如“下方”、“上方”、“水平”、“垂直”、“在… 上方”、“在…下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应被解释为是指随后所述的或者如论述中的附图中所示的方位。这些相对位置术语仅仅是为了便于说明的目的，并且不需要在特定方位中构造或者操作装置。除非另有明确描述，术语诸如“接合”、“附接”、“连接”和“互连”是指其中结构被直接或者通过中间结构间接固定或接合至另一个结构的关系，以及二者都是可移动的或者刚性的接合或者关系。本文用于描述结构/元件之间的关系的术语“邻近”包括所提及的相应结构/元件之间直接接触和相应的结构/元件之间存在其他中间结构/元件。而且，参考示例性实施例说明本发明的部件和益处。因此，本发明显然不应限于这些示例性实施例，这些示例性实施例示出了可能单独存在或者以部件的其他组合存在的部件的一些可能的非限制性组合；本发明的范围由所附权利要求限定。
图1示出在形成太阳能电池半导体封装件的工艺期间原位形成的具有防潮层(moisture barrier)的薄膜太阳能电池100的第一实施例。太阳能电池100包括衬底110、在衬底110上形成的底部电极层120、在底部电极层120上形成的吸收层130、在吸收层130上形成的缓冲层140、在缓冲层140上形成的TCO顶部电极层150、以及在TCO顶部电极层150上形成的第一保护性钝化层，诸如防潮层160。钝化层或防潮层160帮助保护TCO材料免受水和氧的侵蚀，水和氧的侵蚀对太阳能电池的性能和可靠性产生不利的影响。
太阳能电池100进一步包括微沟道，在半导体结构中对其进行图案化和划割，以互连各个导电材料层并且分离邻近的太阳能电池。对如本领域中常提及的这些微沟道或“划线”给定与其在半导体太阳能电池制造工艺期间的功能和步骤相关的“P”命名(designation)。P1和P3划线基本上用于电池隔离。P2划线形成连接。P1划线将CIGS吸收层互连至衬底并且图案化TCO板至单个电池内。P2划线去除吸收材料，以将顶部TCO电极互连至底部电极，从而防止中间缓冲层充当顶部和底部电极之间的阻挡物。P3划线完全穿过TCO、缓冲层、以及吸收层延伸到底部电极，以隔离由P1和P2划线限定的每个电池。
现在将更详细地描述太阳能电池100和如图2所示的形成该太阳能电池100的方法的示例性实施例。
现在参考图1和图2，首先在步骤200中通过本领域中所用的任何合适的常规方式清洁衬底110，以制备用于接收底部电极层的衬底。在一个实施例中，可以通过使用刷洗工具或紫外线清洁工具中的清洁剂或化学制品清洁衬底110。
可以用于衬底110的合适的常规材料包括但不限于：玻璃，诸如，例如但不限于钠钙玻璃；陶瓷；金属，诸如，例如但不限于不锈钢和铝的薄片；或聚合物，诸如，例如但不限于聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalates)、聚合烃、纤维素类聚合物、聚碳酸酯、聚醚和其他。在一个优选实施例中，玻璃可以用于衬底110。
接下来，然后通过在本领域中常用的任何常规方法(包括但不限于溅射、原子层沉积(ALD)、化学汽相沉积(CVD)、或其他技术)在衬底110上形成底部电极层120(步骤205)。
在一个实施例中，底部电极层120可以由钼(Mo)制成；然而，可以使用本领域中常规使用的其他合适的导电金属和半导体材料，诸如，Al、Ag、Sn、Ti、Ni、不锈钢、ZnTe等。
在一些示例性而非限制性的实施例中，底部电极层120可以优选具有范围为约0.1至1.5(含0.1和1.5)微米(μm)的厚度。在一个实施例中，层120具有约0.5μm量级的代表性厚度。
继续参考图1和图2，接下来在底部电极层120中形成经图案化的P1划线(步骤210)，以暴露出衬底110的顶表面，如所示。可以使用本领域中常用的任何合适的切割方法，诸如但不限于使用刻针的机械划割或激光划割。
接下来，在底部电极层120的顶部上形成p-型掺杂的半导体光吸收层130(步骤215)。吸收层130的材料进一步填充P1划线，并接触衬底110的暴露顶表面，以将层130互连至衬底，如图1中所示。
在一个实施例中，吸收层130可以是本领域中常用的p-型掺杂的硫属化合物(chalcogenide)材料，以及在一些可能的实施例中，优选但不限于 CIGS Cu(In,Ga)Se2。可以使用其他合适的硫属化合物材料，包括但不限于Cu(In,Ga)(Se,S)2或“CIGSS”、CuInSe2、CuGaSe2、CuInS2、和Cu(In,Ga)S2。
通常用于形成吸收层130的合适p-型半导体硫属化合物材料包括但不限于Cu(In,Ga)Se2、Ag(In,Ga)Se2、Cu(In,Al)Se2、Cu(In,Ga)(Se,S)2、CuInSe2、CuGaSe2、CuInS2、以及Cu(In,Ga)S2或元素周期表的II族、III族或VI族的其他元素。
由CIGS形成的吸收层130可以通过本领域中常规使用的任何合适的真空或非真空工艺形成。这些工艺包括但不限于硒化、硒化后硫化(“SAS”)、蒸发、溅射电沉积、化学汽相沉积、或喷墨等。
在一些代表性而非限制性的实施例中，吸收层130可以优选具有范围为约0.5至5.0(含0.5和5.0)微米(μm)的厚度。在一个实施例中，吸收层130具有约2μm量级的代表性厚度。
继续参考图1和图2，然后在吸收层130上形成可以是CdS的n-型缓冲层140，以建立电有源n-p结(步骤220)。缓冲层140可以通过本领域中常用的任何合适的方法形成。在一个实施例中，缓冲层140可以通过本领域中为形成这些层常用的常规电解质化学浴沉积(CBD)工艺使用包含硫的电解质溶液形成。在一些代表性而非限制性的实施例中，缓冲层140可以优选具有范围为约0.005至0.15(含0.005和0.15)微米(μm)的厚度。在一个实施例中，缓冲层140具有约0.015μm量级的代表性厚度。
在形成CdS缓冲层140之后，接下来穿过吸收层130切割P2划线，从而暴露出位于开口划线或沟道内的底部电极120的顶表面(步骤225)。可以使用本领域中常规使用的任何合适的方法来切割如先前所述的P2划线，包括但不限于机械(例如，刻针)或激光划割。随后，用来自顶部电极层150的导电材料填充P2划线，以将顶部电极互连至底部电极层120。
继续参考图1和图2，在形成P2划线之后，接下来在缓冲层140的顶部上形成优选由TCO材料制成的透光n-型掺杂的顶部电极层150，用于从电池收集电流(电子)并且优选吸收最少量的穿过到达光吸收层130的光(步骤230)。这通过将电荷运送到外部电路的顶部电极，创建用于收集电流的另外的有源表面区域。P2划线在P2划线的垂直侧壁上以及在其中 的底部电极层120的顶部上也至少部分地填充有如图1中所示的TCO材料，以在顶部电极层150和底部电极120之间形成电连接，建立电子流路径。
铝(Al)和硼(B)是常用于薄膜太阳能电池中的TCO顶部电极的两种可能的n-型掺杂物；然而，可以使用其他合适的常规掺杂物，诸如但不限于，铝(Al)、硼(B)、镓(Ga)、铟(In)或元素周期表中III族的其他元素。
在一个实施例中，用于顶部电极层150的TCO可以是本领域中常用于薄膜太阳能电池的任何常规材料。可以使用的合适的TCO包括但不限于氧化锌(ZnO)、掺硼ZnO(“BZO”)、掺铝ZnO(“AZO”)、掺镓ZnO(“GZO”)、掺铟ZnO(“IZO”)、掺氟氧化锡(“FTO”或SnO2:F)、氧化铟锡(“ITO”)、碳纳米管层、或拥有用于顶部电极的期望性质的任何其他合适的涂层材料。在一个优选实施例中，所使用的TCO是BZO。
在其中顶部电极层150可以由掺硼ZnO或“BZO”制成的一些可能实施例中，应该注意到，在形成较厚的n-型掺杂TCO顶部电极层150期间，可以在吸收层130的顶部上形成薄本征ZnO膜(未示出)。
继续参考图1和图2，接下来在顶部电极层150的顶部上形成保护性防潮层160形式的第一钝化型层(步骤235)。优选地，防潮层160由不易与水反应的材料制成，并且更优选地，在一些实施例中，不限于不易与水反应的稳定氧化物化合物，其与TCO顶部电极层150的材料相比，形成具有大大减小了渗透和传递湿气和/或氧穿过的有效阻挡层。这保护TCO顶部电极层150免受环境水和/或氧的侵蚀，水和/或氧的侵蚀会降低薄膜太阳能电池器件的可靠性和性能。
发明人发现，基于这些材料化合物的热力学性质，可以选择可以用于形成用于防潮层160的最有效的防水防氧阻挡层的合适的稳定氧化物。在一些实施例中，基于焓(诸如生成吉布斯自由能(G)，又称为“自由焓”)的热力学性质，可以量化可能用作保护性防潮层160的给定材料的适用性和稳定性。吉布斯自由能是关于化学反应和变化的平衡和稳定性的组分状态的量度。通常，标准生成吉布斯自由能通过处于标准状态(在1bar压力 和特定温度(诸如298.15开式温度或25摄氏度)下元素的最稳定形式)下的组成元素生成处于标准状态的1摩尔物质或组合物期间发生的自由能的变化进行量化。吉布斯自由能的概念是本领域技术人员熟知的，从而不做进一步详细描述。
吉布斯自由能可以通过下列公式进行定义：
G(p，T)＝H-TS
其中，G＝吉布斯自由能，H＝焓，T＝温度，p＝压力，以及S＝熵。
图3中的表格示出各种氧化物化合物的吉布斯自由能。参考图3，发明人发现，吉布斯自由能或者氧化物生成焓为至少约-600KJ/mol(在298.15开式温度和1bar压力下与1摩尔氧结合)或更高(即，更大的负值)的各种元素的氧化物将提供用于用作保护性防潮层160的合适稳定的氧化物化合物。这样的材料是不易与水反应的稳定氧化物。因此，在一些实施例中，可用于保护性防潮层160的氧化物可以包括但不限于MgO、In2O3、CaO、Ga2O3、Cr2O3、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Al2O3、HfO2、La2O3、和Lu2O3。从而，在一些实施例中，基于上述材料化合物，用于防潮层160的合适材料可以具有范围为约-600KJ/mol至约-1260KJ/mol的吉布斯自由能。可以使用的具有合适的吉布斯自由能的其他合适的稳定氧化物包括SiONx、SiNx、以及SiOx。在一个实施例中，可以使用TiO2，其具有成本效益并且与当前工业薄膜太阳能电池制造工艺兼容。
在一些实施例中，保护性防潮层160可以由两种或更多种材料组成，这两种或更多种材料由上述材料中的两种或更多种的组合在顶部电极层150上沉积为薄膜。
继续参考图3，通常具有小于-600(即，更趋向于正值)的吉布斯自由能的氧化物化合物通常缺乏合适的稳定性和/或不易与水反应并且不太支持用作防潮层160。
在一些实施例中，保护性防潮层160可以具有至少约10nm或更大的厚度。在一些实施例中，层160的厚度可以为约10nm至约150nm。如果使用两种或更多种化合物来形成防潮层160，则层的总合并厚度可以优选为约10nm至约150nm。
保护性防潮层160可以通过本领域中常用于形成薄膜的的任何合适的方法形成。在一些可能的实施例中，可以通过但不限于原子层沉积(ALD)、化学汽相沉积(CVD)、蒸发、或溅射工艺形成层160。
应该注意到，防潮层160的材料不仅沉积和形成在如图1中所示的顶部电极层150的顶部上，而且在一些实施例中，还优选地沉积和形成在沿着顶部电极层150的暴露垂直侧壁部分的先前形成的P2划线的内部并且进一步在沉积和形成在底部电极层120上方形成的顶部电极层150的水平顶表面的顶部上。因此， 防潮层160保护顶部电极层150的所有先前沉积的暴露表面。
现在继续参考图1和图2，在形成保护性防潮层160之后，在薄膜太阳能电池100中形成P3划线(步骤240)。如所示，P3划线向下穿过(从顶部到底部)防潮层160、顶部电极层150、缓冲层140、吸收层130、以及底部电极层120延伸至衬底110的顶部。
在形成本文所公开的薄膜太阳能电池结构之后，可以实施额外的常规后端(back end of line)工艺和层压，如本领域技术人员所熟知和了解的。这可以包括：用处于顶部覆盖玻璃和电池结构之间的合适密封件(encapsulant)170(诸如但不限于EVA(乙酸醋酸乙烯酯)和丁基的组合)在电池结构上层压顶部覆盖玻璃，从而密封电池(图2中的步骤245和250)。EVA和丁基密封件170是本领域中常用的，并且在本实施例中直接施加于防潮层160，之后在其上施加顶部覆盖玻璃。
然后，可以完成合适的另外的后端工艺(步骤255)，其可以包括以本领域中熟知的常规方式在顶部电极150上方形成前导电栅格接触件和一个或多个抗反射涂层(未示出)。栅格接触件将向上伸出穿过并超过任何抗反射涂层的顶面，用于连接外部电路。太阳能电池制造工艺生产出完成的和完整的薄膜太阳能电池模块100(步骤260)。
应该注意到，作为原位形成本文所述的以及在图1和图2中所示出的多个各种半导体层的工艺的一部分形成保护性防潮层160。在一些情况下，与其中依赖非原位形成用于将顶部覆盖玻璃层压到太阳能电池封装件上的EVA和丁基以保护TCO膜的工艺的现有工艺相比，这有利地提供了用于 TCO顶部电极的更有效的抗潮抗氧保护性阻挡层。将TCO顶部电极膜或层暴露于环境中的湿气和氧，直到在封装件上形成并密封EVA/丁基和顶部玻璃为止。
图4和图5分别示出薄膜太阳能电池200的第二实施例及其形成方法。该第二实施例和方法类似于已经描述的具有如图1和图2所示的原位形成的防潮层的薄膜太阳能电池100的第一实施例及其工艺。然而，在第二实施例中，改变图2和图5中共有的相同形成步骤的顺序。
参考图4和图5，在第二实施例中，P3划线(步骤240)紧接在形成TCO顶部电极层150(步骤230)之后，并且在形成保护性防潮层160(步骤235)之前形成。与图1的第一实施例相比，图5中的步骤的顺序生产的防潮层160覆盖P3划线内的太阳能电池封装件的暴露侧壁和底表面并保护其免受湿气和氧的影响(参见图4)。
图6和图7分别示出薄膜太阳能电池300的第三实施例和用于形成具有两层保护性防潮层结构的薄膜太阳能电池的方法。该第三实施例和方法也类似于已经描述的具有如图1和图2所示的原位形成的防潮层的薄膜太阳能电池100的第一实施例及其制造工艺。然而，在第三实施例中改变图2和图7共有的相同形成步骤的顺序，以实现形成如图6中所示的第二保护性防潮层165(步骤237)。该第三实施例工艺是图2中所示的第一实施例制造工艺和图5中所示的第二实施例制造工艺的混合，其中，在形成P3划线之前和之后都形成保护性防潮层(即，防潮层160和165)。第一保护性防潮层160的顶表面和位于P2划线内的P2划线的垂直部分和水平部分都具有如图6中所示的双保护膜或者涂层。P3划线内的太阳能电池封装件300的暴露的垂直表面和水平表面仅包括第二防潮层165的单保护膜或涂层。
使用具有两层防潮层的第三实施例，可以不仅在TCO表面上而且从P3侧壁保护TCO免受环境湿气损害。这两个单独的层可以通过但不限于原子层沉积(ALD)、化学汽相沉积(CVD)、蒸发、或溅射工艺等形成。
可以理解，本文所述的该薄膜太阳能电池和制造方法的实施例不仅适合于为基于CIGS的吸收层太阳能电池提供保护性防潮层，而且还可以与 基于CdTe的薄膜太阳能电池和其他类型薄膜太阳能电池一起使用，具有同等益处。
在一个示例性实施例中，一种薄膜太阳能电池包括：在衬底上形成的底部电极层；在底部电极层上形成的半导体吸收层；在吸收层上形成的缓冲层；以及在吸收层上形成的顶部电极层，该顶部电极层通过P2划线电连接至底部电极层，该P2划线限定出延伸穿过缓冲层和吸收层的垂直沟道。该太阳能电池进一步包括：形成在顶部电极层上用于保护顶部电极层免受环境湿气和氧的损害的保护性第一防潮层；以及形成在第一防潮层上的密封件。防潮层由不易与水反应的材料形成，从而除了可能损害TCO顶部电极的氧和二氧化碳之外，还抵抗由水引起的降解和渗透。在一些实施例中，密封件可以包含EVA和丁基。
在另一示例性实施例中，一种薄膜太阳能电池包括：在衬底上形成的底部电极层；在底部电极层上形成的半导体吸收层；在吸收层上形成的缓冲层；以及在缓冲层上形成的并且由导电TCO材料制成的顶部电极层。顶部电极层通过P2划线电连接至底部电极层，该P2划线限定出延伸穿过缓冲层和吸收层的垂直沟道。为了保护顶部电极层免受环境湿气和氧的损害，进一步提供沉积在顶部电极层上的保护性第一防潮层，其中，该第一防潮层由不易与水反应的材料制成。第一防潮层的材料覆盖在P2划线中设置的顶部电极层的材料部分，以保护顶部电极的材料免受湿气和氧的损害。
在一个示例性实施例中，一种用于形成薄膜太阳能电池的方法包括：在衬底上沉积导电底部电极层；在底部电极层上沉积吸收层；在吸收层上沉积缓冲层；在吸收层中切割开口P2划线，划线从吸收层和缓冲层的暴露部分开始在吸收层上形成具有暴露侧壁的开口沟道；在切割P2划线之后，在缓冲层上沉积顶部电极层，来自顶部电极层的材料至少部分地填充P2划线；在顶部电极层上沉积由不易与水反应的材料制成的第一防潮层；以及用第一防潮层的材料覆盖P2划线中的顶部电极层的材料部分，用于保护P2划线内的顶部电极层的材料免受水和氧的损害。
尽管前面的描述和附图代表本发明的优选或示例性实施例，但是可以理解在不背离所附的权利要求的等效物的精神和范围的情况下，可以在其 中进行各种添加、更改和替换。特别是，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例、尺寸并且采用其他元素、材料和组分来实现，而不背离本发明的精神或本质特征，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。本领域技术人员还将理解，可以采用在本发明的实践中所用的许多更改的结构、布置、比例、尺寸、材料和元件等等来使用本发明，所述更改尤其适合于具体环境和可操作性要求，而不背离本发明的原理。此外，可以在本文所述的优选或示例性方法和工艺进行众多变化，而不背离本发明的精神。因此，本发明所公开的实施例在各个方面中都被视为是说明性的而不是限制性的，本发明的范围由附随的权利要求及其等效物来限定，而不局限于前面的描述或者实施例。而且，附随的权利要求应按广义解释以包括本发明的其他变体和实施例，其可以由本领域技术人员在不背离本发明的等效物的范围的情况下制造出。

Claims (17)

1.一种薄膜太阳能电池，包括：
底部电极层，形成在衬底上；
半导体吸收层，形成在所述底部电极层上；
缓冲层，形成在所述吸收层上；
顶部电极层，形成在所述缓冲层上，所述顶部电极层通过P2划线电连接至所述底部电极层，所述P2划线限定出延伸穿过所述缓冲层和所述吸收层的垂直沟道；
保护性第一防潮层，形成在所述顶部电极层上，用于保护所述顶部电极层免受环境湿气和氧的损害，其中，所述第一防潮层由不易与水反应的材料形成，其中，所述第一防潮层延伸至所述P2划线内，并且所述第一防潮层仅形成在所述顶部电极层上及所述P2划线的侧壁与底部；
P3划线形成完全穿过所述顶部电极、所述缓冲层、所述吸收层以及所述底部电极至所述衬底的垂直沟道；以及
密封件，形成在所述第一防潮层上。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述密封件包含EVA和丁基。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述P2划线至少部分地填充有接触所述底部电极的来自所述顶部电极层的材料，所述第一防潮层覆盖所述P2划线内的所述顶部电极层的材料的暴露侧壁部分。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一防潮层具有10nm至150nm的厚度。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，形成所述第一防潮层的材料是具有的吉布斯自由能为至少-600KJ/mol的稳定氧化物化合物。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一防潮层的材料选自由以下物质组成的组：MgO、In2O3、CaO、Ga2O3、Cr2O3、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Al2O3、HfO2、La2O3、Lu2O3、SiONx、SiNx、以及SiOx。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述吸收层由p-型硫属化合物材料或CdTe组成。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述吸收层由选自由Cu(In,Ga)Se2、Cu(In,Ga)(Se,S)2、CuInSe2、CuGaSe2、CuInS2、和Cu(In,Ga)S2组成的组的材料组成。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述顶部电极是n-型材料，所述n-型材料选自由氧化锌、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、掺铟氧化锌、掺氟氧化锡、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锑锡(ATO)、和碳纳米管层组成的组。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，进一步包括：在所述第一防潮层上形成的第二防潮层，所述第二防潮层由与所述第一防潮层相同或不同的材料形成。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中，所述第二防潮层延伸至所述P2划线内。
12.一种薄膜太阳能电池，包括：
底部电极层，形成在衬底上；
半导体吸收层，形成在所述底部电极层上；
缓冲层，形成在所述吸收层上；
顶部电极层，形成在所述缓冲层上并且由导电TCO材料制成，所述顶部电极层通过P2划线电连接至所述底部电极层，所述P2划线限定出延伸穿过所述缓冲层和所述吸收层的垂直沟道；以及
保护性第一防潮层，沉积在所述顶部电极层上，用于保护所述顶部电极层免受环境湿气和氧的损害，其中，所述第一防潮层由不易与水反应的材料制成，所述第一防潮层的材料覆盖在所述P2划线中设置的所述顶部电极层的材料部分，以保护所述顶部电极的材料免受湿气和氧的损害，并且其中，所述第一防潮层仅形成在所述顶部电极层上及所述P2划线的侧壁与底部；以及
P3划线形成完全穿过所述顶部电极、所述缓冲层、所述吸收层以及所述底部电极至所述衬底的垂直沟道。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池，进一步包括：形成在所述第一防潮层上方的密封件。
14.根据权利要求12所述的太阳能电池，进一步包括：
分立的第二防潮层，形成在所述第一防潮层上，所述第二防潮层由与所述第一防潮层相同或不同的材料形成，其中，所述第二防潮层延伸至所述P3划线内并且覆盖所述P3划线中的所述顶部电极层的暴露部分。
15.一种用于形成薄膜太阳能电池的方法，包括：
在衬底上沉积导电底部电极层；
在所述底部电极层上沉积吸收层；
在所述吸收层上沉积缓冲层；
在所述吸收层中切割开口P2划线，所述划线从所述吸收层和缓冲层的暴露部分在所述吸收层上形成具有暴露侧壁的开口沟道；
在切割所述P2划线之后，在所述缓冲层上沉积顶部电极层，来自所述顶部电极层的材料至少部分地填充所述P2划线；
在所述顶部电极层上沉积由不易与水反应的材料制成的第一防潮层；以及
用所述第一防潮层的材料覆盖所述P2划线中的所述顶部电极层的材料部分，用于保护所述P2划线内的所述顶部电极层的材料免受水和氧的损害，并且其中，所述第一防潮层仅形成在所述顶部电极层上及所述P2划线的侧壁与底部；
P3划线形成完全穿过所述顶部电极、所述缓冲层、所述吸收层以及所述底部电极至所述衬底的垂直沟道。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：在沉积所述第一防潮层之前切割P3划线。
17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
在沉积所述第一防潮层之后，切割P3划线；
在形成所述P3划线之后，在所述第一防潮层上沉积第二防潮层；以及
用所述第二防潮层的材料覆盖所述P3划线中的所述顶部电极层的材料的暴露侧壁部分，用于保护所述P3划线内的所述顶部电极层的材料免受湿气和氧的损害。
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