CN1036298A - 光生伏打装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光生伏打装置，提供覆有绝缘层的金属绝缘 基片。相邻光电转换元件之一的第一背电极与另一 个的第二背电极相连实现电串联，不影响光电转换的 有效面积，使制造者自由地选择组成半导体层的材 料。通过接触孔实现透明电极与第二背电极的电接 触，在透明电极与第一背电极间提供足够的绝缘距 离，防止意外短路发生。本发明还提供了透明电极和 第二背电极的电接触部分的最佳大小和间隔，或透明 电极层的最佳厚度。

Description

本发明涉及一种接受到辐射光后产生电动势的光生伏打装置。

在辐射光照射下产生电动势的光生伏打装置的受光面电极层（以下简述为透明电极层）理想的情况应是透明的，以便光能够辐射到含有执行光电转换的光敏层的半导体层。因此，任何通常的透明电极层主要由透明的导电氧化物（TCO），例如三氧化二铟（In₂O₃），二氧化锡（SnO₂）或ITO（分别是铟或锡的氧化物）组成，即很少由薄金属层组成。由TCO组成的这种电极的表面电阻值大约是10～50欧姆/□，它比由薄铝金属层做的同样厚度的电极要高三倍多。这使得用TCO做的那些电极层多产生功率损耗（电阻损耗），从而降低了电流收集效率。

为避免电流收集效率降低，日本专利申请公开59-50576（1984年）提出了用金属材料做的栅形电流收集电极作受光面的技术。

由于金属的电流收集电极层的电阻值比透明电极层低，所以能防止电流收集效率降低。而另一方面，由于金属电流收集电极挡住了本应到达光敏层的光，所以金属电极不可避免地要减少进行光电转换的有效受光面积。

为解决这个问题，日本专利申请公开60-149178（1985年），61-20371（1986年）和日本实用新型申请公开61-86955（1986年）分别提出了改进的光生伏打装置。尽管组成透明电极层的仍是高电阻TCO或薄金属层，但是这些光生伏打装置分别减少了透明电极层的电阻损耗而不显著地牺牲有效受光面积。图1是上述技术之一提出的光生伏打装置的剖面图。每一光电转换器元件SC₁、SC₂、SC₃…分别通过叠置的透明电极层11，半导体层12，由电阻金属（ohmic metal）做成的第一背电极层13，绝缘层14和电阻值比透明电极层11低的第二背电极层15互相连结，这个次序是从光进入面算起的。在这种光生伏打装置中，多个用与第二背电极层15同样材料做成的联结导体18在受光区的多个位置插入内表面被绝缘层14包围的接触孔16，这样透明电极11与第二背电极15能够电连通。多个光电转换器元件SC₁、SC₂、SC₃…装在透明绝缘基片17上，邻接的光电转换器元件通过使毗邻的光电转换器元件之一的第一背电极层13和另一个的第二背电极层结合而实现相互电串联。

上面所引的光生伏打装置的光电转换器元件把高电阻透明电极层11和低电阻第二背电极层在多个位置电连接，透明电极层11中的电流路径只延展到邻近的连接点，从而缩短了电流路径，这样在透明电极层11中的电阻损耗可以降低而不显著地减少有效受光面积。

由于玻璃价格低，且易于做成所选的形状，通常用它作绝缘基片。但是，由于玻璃在大约550℃软化，它不能承受600℃以上的热处理。因而，当形成有半导体结构的半导体层时，只有那些利用低温的方法，例如汽化、溅射、等离子体化学汽相沉积、光化学汽相沉积等可以使用。这就限制了可选择的用作半导体层12的材料的范围，从而材料只能从非晶硅，非晶硅碳化物，非晶硅锗化物，非晶锗和微晶硅产物中选择，它们是用等离子体化学汽相沉积或光化学汽相沉积和类似方法，使用最高基片温度为300℃时产生的。

图2是透明电极层11和第二背电极层15的连结的放大的剖面图，因为接触孔16的内表面覆有绝缘层14，所以透明电极层11不是直接连到第一背电极层13的。但是若半导体层12的厚度小于1微米，特别若其厚度小于0.5微米时，通过连结的边缘部分12a会产生漏电流，偶而会出现短路。

在毗邻的光电转换器元件的相邻区间和连结部分（接触孔16）组成了对产生功率无贡献的特别区域，它对输出功率不利。相邻区间对串联地连接多个光电转换器元件是非常关键的。由于所需的处理精度，所以相邻区间的可缩减的大小是预定的。因此，为了减小对产生功率无贡献的区域的大小，接触孔16及需用来放置每一接触孔16的区间的大小应设置到最佳值。

通常使用光掩模的光刻方法来除去覆盖层以提供接触孔16。但是，用光刻方法来精确地设置微细位置是很困难的。而且，光刻方法需要很多步骤来执行，它还不能方便地形成微细的接触孔16。

本发明已能完全地解决上述那些问题。本发明涉及的光生伏打装置使用一种表面覆有绝缘层的金属基片作绝缘基片。

本发明的主要目的是提供一种新的光生伏打装置，它通过引进能承受高温处理的绝缘基片而大大地扩大了组成半导体层的材料的选择自由度。

本发明的第二个目的是提供一种新的光生伏打装置，它通过在整个可见光区域内提供显著的光吸收特性以及提供具有多个半导体结的串列结构的半导体层产生非常大的光电转换输出。

本发明的光生伏打装置的光电转换元件的透明电极层和第二背电极层间的电连接是借助于其内缘表面由绝缘层和同样直径的半导体层组成的接触孔实现的。

本发明的第三个目的是提供一种新的光生伏打装置，即使半导体层很薄，它也能在透明电极层和第一背电极层间提供足够的距离。

本发明的第四个目的是提供一种新的光生伏打装置，它完全不产生漏电流也不会偶然短路。

在制造本发明涉及的光生伏打装置的方法中，接触孔的大小和区间是基于在透明电极层和第二背电极层接触处的计算出的输出电流根据输出电压精确地确定的。此外，透明电极层的厚度也是基于在上述接触处的计算出的输出电流根据输出电压确定的。

本发明的第五个目的是提供一种新的光生伏打装置，它有最佳的输出特性并能产生最大输出功率。

当制造本发明涉及的光生伏打装置时，多个接触孔是用能量束形成的。

本发明的第六个目的是提供一种新的制造光生伏打装置的方法，它能减少处理步骤，节约操作时间。

本发明的第七个目的是提供一种新的制造光生伏打装置的方法，它能在所需位置精确地形成微细的接触孔。

当用能量束形成微细接触孔时，本发明提供一种方法，在相继执行了从接触孔形成区除去第一背电极层，留下部分或整个半导体层，然后形成绝缘层的步骤以后，用能量束在指定形成微细接触孔的区域整体地除去绝缘层和半导体层。

本发明的第八个目的是提供一种新的制造光生伏打装置的方法，它能对透明电极层有选择地除去绝缘层。

本发明的上述目的和进一步的目的与特征将从下面结合附图的详细描述中变得更明显。

图1是传统的光生伏打装置的主要组成部分的剖面图;

图2是传统的光生伏打装置的光电转换元件部分的放大图;

图3和图4分别是本发明的光生伏打装置的主要组成部分的部分剖面透视图;

图5是用本发明实施例方法制造的光生伏打装置的主要组成部分的部分剖面透视图;

图6是用本发明实施例方法逐次处理的光生伏打装置的剖面图;

图7和图9分别是本发明的光生伏打装置的另一较佳实施例的光电转换元件的剖面图;

图8和图10分别是本发明的光生伏打装置的另一较佳实施例的部分剖面图;

图11到图13分别是用本发明另一较佳实施例的处理方法逐次处理的光生伏打装置的剖面图;

图14是本发明的光生伏打装置的主要组成部分的剖面图;

图15是表示一级模块的等效电路图;

图16是表明有不同接触孔半径的本发明光生伏打装置的最大输出（P_max）和有效面积因子间的关系的特性图;

图17是表示有不同透明电极层表面电阻的本发明的光生伏打装置的最大输出（P_max）和有效面积因子间关系的特性图;以及

图18是代表光生伏打装置的最大输出（P_max）和透明电极层的表面电阻及厚度之间的特性关系的图。

现在参照附图描述本发明的光生伏打装置的较佳实施例。

图3是从光入射一侧依次表示出的本发明光生伏打装置的主要组成部分的部分剖面透视图。与上述光从绝缘基片一侧进入的传统的光生伏打装置不同，本发明较佳实施例的光生伏打装置允许光从相反的方向进入。从而并不要求光对基片的可透过性，这样，较佳实施例使用了表面覆有绝缘层的金属片作绝缘基片。

每一光电转换元件SC₁、SC₂、SC₃…分别由下述叠置构成的部分组成（从光入射方向看光生伏打装置）：由TCO制成的透光的受光面电极层（即透明电极层）1;主要由例如非晶硅构成的半导体层2，它含有由与层面平行的类似于半导体PIN结和P-N结结合而成的光敏层;由电阻金属制成的第一背电极层3;由二氧化硅（SiO₂），氮化硅（Si₃N₄），氮化铝（AlN），三氧化二铝（Al₂O₃），聚酰亚胺，绝缘环氧树脂或抗腐蚀涂料制成的绝缘层4;以及由电阻值低于透明电极层1的金属构成的第二背电极5，其中金属可以是单层或多层的铝、银、钛、铬或镍，或者是镍、银或铜糊剂做的导电糊剂。在受光区的多个位置有多个接触孔6，第二背电极层5或另一导体插入其中，每一接触孔6的内表面被绝缘层4包围。因此，透明电极层1与第二背电极层5是电连通的。许多光电转换器元件SC₁、SC₂、SC₃…分别装在绝缘基片70上，基片70是一个复合片，包括一个由耐热不锈钢或铝做的金属片71，其上覆有用涂珐瑯的或针孔阻塞（pin-hole-clogged）的氧化铝膜制成的绝缘片72。毗邻光电转换元件中的一个的第一背电极层3与另一个的第二背电极层5组合以使所有相邻光电转换器元件互相电串联。

引入到本发明较佳实施例的绝缘基片70的耐热性比任何传统的绝缘基片要好得多。这使得在本发明的实施例中可以使用热的化学汽相沉积方法形成半导体层2。例如，可以有效地使用氢化硅（SiH₄）的热化学汽相沉积方法产生的多晶硅。通过使用一个薄金属片71也能生产可变通的光生伏打装置。

当执行本发明的较佳实施例时，制造者可以更自由地选择制造半导体层2的材料。这就便于在半导体层2中与层表面平行地提供多于两种的半导体结。此外，通过扩展组成多于两个半导体结的半导体材料的光带能隙“Egopt”的光入射一侧，缩小光带能隙“Egopt”的背光一侧，可以一点点地移动光吸收的峰值波长和光吸收带。由此，整个半导体层2能具有覆盖广泛波长范围的非常高的光吸收特性。例如，通过引入串列结构（即多个结），较佳实施例可以在整个可见光范围产生非常高的光吸收特性，串列结构提供下述叠加：（1）PIN结层，它由含宽带“Egopt”的P-型非晶碳化硅（其可吸收光的峰值波长在可见光的短波长部分），以及I-型和N-型非晶硅组成，和（2）P-N结层，它由含有窄带“Egopt”的P-型和N-型多晶硅组成，其中通过将PIN结层置于受光一侧而使可吸收光的峰值波长在可见光的长波长区。因此得到了高的光电转换输出。

上述结构可以通过利用制造半导体材料的多晶硅来实现。实现上述结构是依靠用绝缘的金属片71构成绝缘基片70而采用高温方法形成半导体层2。

这个实施例为半导体层2提供一个单个的半导体结。也可以只从低温处理过程为半导体层2提供多于两个的半导体结，因为具有窄带“Egopt”的非晶锗化硅层或非晶锗层能用低温产生。

图4是图3所示较佳实施例的一个变型。其特征是接触孔6的圆周壁完全覆以半导体层2而不是绝缘层4。当半导体层的本征电阻值很高时，可以有效地应用这个实施例，这时使用非晶半导体是理想的。

图5是本发明实施方法制造的光生伏打装置的主要组成部分的部分剖面透视图，其中主要组成部分是从背光一侧看过来的。图5的光生伏打装置的结构类似于前面描述的传统的光生伏打装置，其中绝缘基片7是由透明玻璃制成的。虽然其它结构沿不同方向叠置，但是它们是用与上述实施例同样的材料制成的，这样，相应的材料在图5中用同样的数字表示而不再作解释。

当用本发明实施方法制造有上述结构的光生状打装置时，为在透明电极层1和第二背电极层5之间形成接触，首先第一背电极层3叠置在半导体层2上，完全覆盖透明电极层1，然后叠置的层在多个预定位置置于能量束E.B。（例如激光束或电子束）的辐照下，如图6（a）箭头所示，以清除半导体层2和第一背电极层3的受束辐照部分。这是本发明制造光生状打装置实施例的方法的特点。图6（b）示出在能量束E.B.辐照后叠置层的状态。由于能量束E.B.的辐照，在受光区的1～2%面积上形成分立的孔8，露出透明电极层1。具体地说带有Q开关的1.06微米波长的钇铝石榴石（YAG）激光如果被用作辐照能量束E.B.，对于厚度约5，000

的非晶硅半导体层或厚度为1，000埃的铝层，或者对于用钛制的第一背电极层，辐照功率密度为1×10⁶到5×10⁷瓦/平方厘米的YAG激光能量束，能形成孔8。孔8中的每一个都是圆形，有100微米到最大为1毫米的直径，它或者可以是方形，有100微米到最大为1毫米的边长，孔8也可以是除此而外的其它任何形状。但是因为能量束具有圆截面，所以当不进行扫描时，提供圆形是比较优越的。束的能量分布相对于束的中心的轴呈高斯分布。因此，如果该方法必须借助于光阑切去能量分布中的低坡度部分而只用具有高能量和很细直径的那些能量束，使其对孔扫描，则用方形光阑把孔处理成方形比较好。能量束也用来把半导体层2和第一背电极层3分成光电转换器元件SC₁、SC₂、SC₃…。执行上述那些过程就形成许多微细孔8，每一个都有100微米到最大为1毫米的直径或边长，这些孔8占有相应于总受光区的0.5%-5%面积的一定区域。然后在第一背电极层3和微细孔8上作涂层，形成由光敏树脂组成的绝缘层4。随后如图6（c）所示，通过完全覆盖孔8的内壁，在最终完全形成接触孔6之前进行曝光和显影。这样完成了接触孔6，透明电极层1再次曝露出来。

上述方法在执行曝光和显影过程后最终形成接触孔6。与此方法无关，该实施例还用图型印刷（Pattern-printed）的绝缘层4（包括图6（b）所示的孔8的内壁）形成接触孔，如图6（c）所示。换句话说，该实施例也通过执行下述步骤形成接触孔6，首先第一背电极层3和孔8完全用光敏树脂涂层覆盖，这样能形成绝缘层4，然后绝缘层4再露暴于能量束E.B.的辐照下，使绝缘层4的预定部分能在接触孔6最终形成前除去。

最后，通过在光电转换器元件SC₁、SC₂、SC₃…的整个绝缘层4上的网板印刷（Screen Printing）来摹制由含有镍或银的金属糊剂组成的第二背电极层5，随之，这些光电转换器元件相互串联。同时，第二背电极层5也填入接触孔6。当完成所有光电转换器元件的连接时，也同时完成了透明电极层1和第二背电极5的接触。

上述方法用网板印刷形成第二背电极层5的图案。与此方法无关，这个实施例也可以执行下述步骤：首先在绝缘层4上形成第二背电极层5，随后通过对第二背电极层5辐照能量束把第二背电极层5从每一光电转换器元件上分开。

图7是光电转换器元件的剖面图。在该实施例中，每一接触孔6的内表面覆有半导体层2和绝缘层4。具体地说，第一背电极层3的孔径比接触孔6的要大，而半导体层2与绝缘层4的孔有同样的直径。第一背电极层的边缘3a在半导体层2的边缘2a后面。多个有上述结构的光电转换器元件在透明绝缘基片7上相互串联，而毗邻的光电转换器元件中的一个的第二背电极层5和另一个的第一背电极层3相连，这样使本发明涉及的光生伏打装置能整体地完成。图8是本发明的光生伏打装置的部分剖面透视图。

任何传统的光生伏打装置在透明电极层1和第一背电极层3之间跨过非常薄的厚度“t”的半导体层2提供了绝缘距离“L”。另一方面，借助于上述结构，本发明的较佳实施例提供了绝缘距离L，它由半导体层2的厚度“t”和第一背电极层3缩回的长度“d”之和（L＝t+d）组成。由此，有效绝缘长度L比任何传统的光生伏打装置要显著地长。因而，即使当受能量束辐射的热影响的边缘2a与透明电极层1接触时，透明电极层1和第一背电极层3之间的电阻值仍然足够高，这样很少会发生，不然的话会由漏电流或偶然短路的有害效应造成的输出功率的降低。

图9是上述实施例的光电转换器元件的另一变型的剖面图。图10是本发明的光生伏打装置的部分剖面透视图，它由多个光电转换器元件串联组成，并具有变化了的结构。与上述实施例无关，这个实施例使用了由复合片构成的绝缘基片70，它由覆有绝缘层72的金属片71制成。这个绝缘基片70具有相反的入射光方向。即使使用与上述实施例不同结构的光生伏打装置时，它也保证可以取得与前面的实施例同样的效果。

下面来描述制备图7所示结构的光电转换器元件的方法。首先，在绝缘基片7上形成透明电极层1，半导电层2和第一背电极层3。然后，如图11（a）所示，在要造成接触的部位留下至少一部分半导体层2，通过除去第一背电极层部分30形成具有从0.1到最大为1毫米的圆孔或方孔8。接着形成绝缘层4，以使能一起覆盖孔8和半导体层2的暴露部分。随后，如图11（b）所示，绝缘层部分40和留在预定形成接触的部位的半导体层2的部分20一起，以具有从0.05到最大0.8毫米的直径或边长的园或方形的形状被除去，这样透明电极层1能暴露在表面。然后，形成第二背电极层5，使图7所示的接触可以最终形成。用来除去如图11所示的第一背电极层部分30和包含半导体层部分20的绝缘层部分40的能量束E.B.的辐照便于形成微细接触，而且对产生更多输出是很有效的。能量束E.B。既可以从透明电极层的方向，也可以从背电极的方向辐照。为有效地用激光作辐照能量束，建议安排有Q开关的1.06微米波长的YAG激光器，使它可以发射功率密度为1×10⁶到1×10⁸瓦/平方厘米的能量。图11（b）的制造过程值得注意，因为辐照能量束完全透过覆盖准备接触部分的绝缘层部分40，而不被该层所吸收。它是在下面的半导体层部分20被吸收的，因此半导体层部分20本身瞬间被汽化，並且在辐照能量束照射下，同上面的绝缘层部分40一起除去，正确地说，不能对透明电极层1有选择地除去绝缘层部分40。但是，因为该实施例允许半导体层2留下来作为束吸收剂，所以能量束的辐照有效地方便了有选择地除去绝缘层部分40。

现在看图12，用本发明的方法形成的电接触的实例描述如下。如图12（a）所示，首先，用带有扫描或圆/方形透过装置的光阑，由能量束E.B.的辐照除去在最后阶段要电接触的特定部分的周缘，以使中心的半导体层部分21和第一背电极部分31能不受影响地留下。然后如图12（b）所示形成绝缘层4。随之通过辐照能量束E.B.，与顶部的绝缘层4一起除去剩下的半导体层部分21和第一背电极部分31。接着，形成第二背电极5使其能和透明电极层1电连接。根据绝缘层4除去部分的大小，电接触的结构是可以改变的，如图12（c）和12（d）所示。

现在看图13，对另一个用本发明方法制造的电接触的例子描述如下。图13（a）代表在中心除去第一背电极层3之后，除去绝缘层4的过程。通过能量束E.B.的作用除去在最后阶段要电接触的特定部分的周缘。图13（b）和13（c）分别表示与半导体层2一起除去绝缘层4以后，完全电接触的结构。

在制造光生伏打装置时，设置的接触孔的大小和间隔是非常重要的因素。收缩接触孔6的大小使受光区的无效面积减少。而另一方面，提供小的接触孔6导致在制造过程中产生差的可加工性。

若接触孔6的大小进一步减小，则透明电极层1和第二背电极5之间的接触电阻在收集电流的接触孔6的中心增加，从而不能减小电阻损耗。相反，若接触孔6的大小扩大得在制造光电转换器元件时加工方便，则接触孔的数目越多，受光区的无效面积就越大。如果接触孔的数目减少，则这些接触孔的电流收集效率降低，这样，在透明电极层1的电阻损耗不能完全受到约束。总之，为了从光生伏打装置产生最大输出，在确定设置的接触孔6的大小和间隔中可能存在某个最佳值。

基于上述考虑，当确定这些接触孔6的大小和间距时，发明者计算了接触孔6的输出电流的量，然后，基于该计算值，发明者设计出输出电压。注意接触孔的间距对应于接触孔的数目和受光区的有效面积。

图14是接触孔6的剖面图。图15是相应于一级模块的等效电路图，其中虚线围起来的部分相应于一个接触孔6。

电流在半径为R的圆中产生然后被每一接触孔6收集。每一圆以接触孔6为中心画出，使每一个圆能与以每个接触孔为中心的其它圆互相接触，其面积等于被截的方块，并有相同的面积。从而自动地确定每一圆的半径R。下面所示的第一表达式代表从每个接触孔6的电流输出I_out。

$I_{\mathrm{out}}=2\mathrm{\π}{\∫}_{\mathrm{RG}}^{R}r\·i\left(r\right)\mathrm{dr}\·\·\·\left(1\right)$

其中R是圆的半径，R₀是接触孔6的半径，i（r）是在小区域产生的电流量。

电流量i（r）用下面所示的第二、第三表达式计算。

i（r）＝i_ph-i₀〔exp (q (V(r)+R_Si (r)))/(nkT) -1〕

- (V (r)+R_si(r))/(R_sh) …（2）

(dV（r）)/(dr) ＝I（r） (R_st)/(2πr) …（3）

其中i_ph是光电流的密度，i₀是反方向的饱和电流密度，V（r）是在半径r处的电压，R_s是串联电阻，R_sh是分流电阻，n是二极管特征曲线的n值，q是电荷，k是坡尔兹曼常数，T是绝对温度，R_st是表面电阻，I（r）在半径r的点处的环形区沿接触孔6的方向流动的电流总量。

图16是光生伏打装置的最大输出和有效面积因子间关系的特性图，用接触孔6的半径R₀作参数，从上述公式计算决定的。图16所示光伏打装置有10厘米×10厘米大小，並且与10个光电转换器元件SC₁到SC₁₀结合，它们以0.15毫米的间隔放置。光生伏打装置有98.5%的有效面积因子。符号点（·）代表接触孔6的半径为0.10毫米。符号圈（○）代表接触孔6的半径为0.15毫米。符号三角（△）代表接触孔6的半径为0.25毫米。符号方块（□）代表接触孔6的半径为0.55毫米。

从图16中清楚地看到，当接触孔6的半径为0.10毫米时，最大功率输出直到有效面积因子为98%以前一直增加。但是如果接触孔6的半径为0.15毫米，或0.25毫米，或0.55毫米时，最大输出功率本身并不随有效面积因子的增加而增加，而当接触孔6的半径为0.15毫米或0.25毫米时，在有效面积因子为97.5%时输出达到极大。另一方面，当接触孔6的半径为0.55毫米时，在有效面积因子为96.3%时输出达到最大。由此，基于上面所示三个表达式的计算，本发明可以决定接触孔6的最佳半径和数目，即有效面积因子。

图17是表示光生伏打装置的最大输出和有效面积因子之间关系的特性图，用透明电极层1的表面电阻R_st作参数，从上述那些表达式决定。用于图17计算的光生伏打装置的接触孔6半径为0.25毫米。符号点（·）代表透明电极层1的表面电阻为10Ω/□。符号圈（○）代表透明电极层1的表面电阻为50Ω/□。符号方块（□）代表透明电极层1的表面电阻为100Ω/□。

从图17清楚看到，根据透明电极层1的表面电阻，接触孔的数目有一产生最大输出的最佳值。换句话说，存在一个最佳有效面积因子。具体地说，当透明电极层1的表面电阻分别为10Ω/□，30Ω/□，50Ω/□和100Ω/□时，最佳有效面积因子分别为97.5%，96.5%，96%和95.5%。这时，基于上面那三个表达式的计算，本发明可以根据表面电阻值决定接触孔6的最佳半径和数目，即有效面积比。

上面较佳实施例的描述只是参照使用由透明玻璃片或类似物构成的绝缘基片7。但是，即使制造如图3和图4所示具有由金属片71和绝缘层72构成的绝缘基片70的这种光生伏打装置，和上述实施例一样，应用上述表达式计算在接触孔6的电流输出，通过考虑与计算的电流输出相关联的输出功率，也能对较佳实施例适当决定接触孔6的大小和间隔（数目）。

虽然上述实施例用圆接触孔6，但也可能对上述实施例提供具有最佳形状的接触孔，例如方孔。当提供方接触孔时，每一接触孔6所收集的电流是在互相接触的以接触孔6为中心的方形内产生的，并被截成相同的面积。因此，接触孔的大小和间隔能通过计算在方形内产生的电流来决定。

为对光生伏打装置提供高输出，透明电极层1的厚度是一个重要因素，同样，厚度也存在一个最佳值。图18是考虑了由表面电阻值和透明电极层1的厚度变化产生的透光特性的，代表最大输出的图。联系到图15的等效电路，图18中的曲线表明了整个模块的输出特性的计算结果，它是根据最小光生伏打面积运行条件的单位面积产生的电流I（r）和径向电压V（r）之间的关系计算的。图18中实线（a）代表本发明实施例的光生伏打装置的输出特性，而虚线（b）代表传统的光生伏打装置。两者都是由10厘米×10厘米的集成块组成。

正如从图18的特性图清楚看到的，为使P_max达到极大值，存在透明电极层1的某个最佳厚度值。因此当制造按本发明实施的光生伏打装置时，通过设计透明电极层的厚度正确地与最佳值相符，可以获得非常高的输出电流。

上述最佳实施例分别使用了一个YAG激光器，它能发射1.06微米波长的能量束。作为变型，例如这些实施例也可以使用YAG激光的二次谐波，波长为0.53微米。也可以使用电子束来代替YAG激光。

本发明可以几种形式实施而不偏离其本质特征的精神，本实施例只是说明性的，而非限制性的。本发明的范围是由所附权利要求而不是由它们之前的描述所决定的，所有在权利要求的集合和限制内的变化，或等价于这集合和限制的变化都被认为是被权利要求包括了的。

Claims (23)

1、一种光生伏打装置，包括多个串联的光电转换器元件，

其中每一个所述光电转换器元件包括：成叠置结构的透明受光面电极层，含有光敏层的半导体层，第一背电极层，绝缘层，以及第二背电极层，其中所述受光面电极层和第二背电极层在受光区的多个位置电联通，並且每一个所述光电转换器元件置于表面覆盖绝缘层的金属基片上。

其中互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接，以使所述光电转换器元件能够互相电串联。

2、根据权利要求1的光生伏打装置，其中所述半导体层含有多个半导体结。

3、一种光电转换器元件，包括成叠置结构的透明受光面电极层，含有光敏层的半导体层，第一背电极层，绝缘层和第二背电极层，其中所述受光面电极层和第二背电极层在受光区的多个位置电连通，其中所述受光面电极层和第二背电极层的电接触是借助于接触孔实现的，每一个接触孔都具有与所述半导体层和绝缘层的孔相同的直径。

4、一种包括多个如权利要求3所述的光电转换器元件的光生伏打装置，多个光电转换器元件置于透明绝缘基片上，其中互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接，以使所述光电转换器元件能够互相电串联。

5、一种包括多个如权利要求3所述的光电转换器元件的光生伏打装置，多个光电转换器元件置于表面覆盖绝缘层的金属基片上，互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接，以使所述光电转换器元件能够互相电串联。

6、一种光电转换器元件，包括成叠置结构的透明受光面电极层，含有光敏层的半导体层，第一背电极层，绝缘层和第二背电极层，其中所述受光面电极层和所述第二背电极层在受光区的多个位置电连接，其中所述连接位置的大小和间隔是基于计算出的在所述连接位置的输出电流根据输出功率决定的。

7、一种包括多个如权利要求6所述的光电转换器元件的光生伏打装置，多个光电转换器元件置于一个透明绝缘基片上，其中所述光电转换器元件是通过互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接而互相电串联地连接的。

8、一种包括多个如权利要求6所述的光电转换器元件的光生伏打装置，多个光电转换器元件置于表面覆盖绝缘层的金属基片上，其中所述光电转换器元件是通过互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接而互相电串联地连接的。

9、一种光电转换器元件，包括成叠层结构的透明受光面电极层，含有光敏层的半导体层、第一背电极层，绝缘层和第二背电极层，其中所述受光面电极层和第二背电极层在受光区的多个位置电连接，其中所述受光面电极层的厚度是基于计算出的在所述连接位置的输出电流根据输出功率决定的。

10、一种包括多个如权利要求9所述的光电转换器元件的光生伏打装置，多个光电转换器元件置于一个透明绝缘基片上，其中所述光电转换器元件是通过互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接而互相电串联地连接的。

11、一种包括多个如权利要求9所述的光电转换器元件的光生伏打装置，多个光电转换器元件置于表面覆有绝缘层的金属基片上，其中所述光电转换器元件是通过互相邻接的光电转换器元件中的一个的所述第一背电极层与另一个的在所述半导体层背面的所述第二背电极层相联接而互相电串联地连接的。

12、一种制造光生伏打装置的方法，包括制造多个光电传换器元件的过程，每一元件包括成叠置结构的透明受光面电极层，含有光敏层的半导体层，第一背电极层，绝缘层和第二背电极层，其中所述受光面电极层在受光区的多个位置和所述第二背电极层电连接，包括：

应用能量束形成多个接触孔，以实现所述受光面电极层和所述第二背电极层的电接触的方法。

13、根据权利要求12的制造光生伏打装置的方法，进一步包括在形成所述半导体层和第一背电极层以后，用能量束形成穿透所述半导体层和所述第一背电极层的贯穿孔的方法。

14、根据权利要求13的制造光生伏打装置的方法，进一步包括在包括所述贯穿孔的所述半导体层上形成绝缘层以后，用能量束形成多个接触孔的方法。

15、根据权利要求13的制造光生伏打装置的方法，进一步包括在包括所述贯穿孔的所述半导体层上形成绝缘层以后，用曝光和显影方法形成多个接触孔的方法。

16、根据权利要求13的制造光生伏打装置的方法，进一步包括在包括所述贯穿孔的所述半导体层上用绝缘层的图型印刷（Pattern-Printing）形成多个接触孔的方法。

17、根据权利要求12的制造光生伏打装置的方法，进一步包括在包括所述接触孔的所述绝缘层上形成所述第二背电极以后，对每一光电转换器元件用能量束分开所述第二背电极层的方法。

18、根据权利要求12的制造光生伏打装置的方法，进一步包括在包括所述接触孔的所述绝缘层上用所述第二背电极层的图型印刷形成每一光电转换器元件的所述第二背电极层的方法。

19、根据权利要求12的制造光生伏打装置的方法，其中所述形成所述接触孔的方法包括：通过所述第一背电极层形成孔而留下部分的或全部的所述半导体层的方法，在包括所述孔的所述半导体层上形成所述绝缘层的方法，以及用能量束形成接触孔的方法，每一个接触孔具有与所述绝缘层和半导电层的孔相同的直径。

20、根据权利要求19的制造光生伏打装置的方法，进一步包括在包括所述接触孔的所述绝缘层上形成所述第二背电极以后，对每一光电转换器元件用能量束分开所述第二背电极层的方法。

21、根据权利要求19的制造光生伏打装置的方法，进一步包括在包括所述接触孔的所述绝缘层上用所述第二背电极的图型印刷形成每一光电转换器元件的所述第二背电极层的方法。

22、根据权利要求12的制造光生伏打装置的方法，其中所述能量束是从包括脉冲发射激光束和电子束的组中选出的。

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