CN103828051B - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种太阳能电池及其制造方法。所述太阳能电池包括：背电极层，设置在支撑基板上且包括第一通孔；光吸收层，设置在所述第一通孔和所述背电极层上并且包括第二通孔；前电极层，在所述第二通孔和所述光吸收层上；以及第一导电层，设置在所述前电极层上，同时与所述第二通孔相对应。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
实施例涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
最近，随着能源消耗的增长，开发了将太阳能转化成电能的太阳能电池。
具体地讲，广泛使用了CIGS基太阳能电池，其中CIGS基太阳能电池是PN异质结装置，所述PN异质结装置具有包括玻璃基板的基板结构、金属背电极层、P型CIGS基光吸收层、高电阻缓冲层和N型窗口层。
此外，太阳能电池由于例如低电阻和高透射比的电特性而可以表现出改善的效率。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池可以容易制造并且可以表现出改善的光电转换效率。
技术方案
根据实施例，提供了一种太阳能电池，包括：背电极层，设置在支撑基板上且包括第一通孔；光吸收层，设置在所述第一通孔和所述背电极层上并且包括第二通孔；前电极层，在所述第二通孔和所述光吸收层上；以及第一导电层，设置在所述前电极层上，同时与所述第二通孔相对应。
根据实施例，提供了一种太阳能电池的制造方法。所述方法包括：在支撑基板上形成包括第一通孔的背电极层；在所述第一通孔和所述背电极层上形成光吸收层；在所述光吸收层中形成第二通孔以暴露所述背电极层；在所述光吸收层和所述第二通孔两者上形成前电极层；以及在所述前电极层上形成第一导电层。
有益效果
如上所述，根据该太阳能电池及其制造方法，通过减小太阳能电池的接触电阻以及多个太阳能电池之间的连接电阻可以提高太阳能电池的光电转换效率。
一般的薄膜太阳能电池模块具有以下结构：多个太阳能电池被分成单元电池，并且多个单元电池彼此串联。因此，在使单元电池彼此串联的图案化过程中，实质上产生了死区(dead zone)。
根据实施例的太阳能电池包括设置在前电极层上且与第二通孔相对应的第一导电层。换句话讲，第一导电层形成在与死区相对应的区域，使得由光所产生的电子传递通过第一导电层，从而减小太阳能电池的接触电阻。因此，根据实施例的太阳能电池可以表现出改善的光电转换效率。
附图说明
图1和图2是示出了根据实施例的太阳能电池的剖视图；并且
图3至图7是示出了根据实施例的太阳能电池的制造过程的剖视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应理解，当基板、层、薄膜或电极被称为在另一个基板、另一个层、另一个薄膜或另一个电极“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一个基板、另一个层、另一个薄膜或另一个电极上，或者还可以存在一个或多个中间层。已经参照附图描述了这个元件的位置。为了方便或清晰的目的，可以夸大、省略或示意地图示附图中示出的每个元件的厚度和大小。此外，元件的大小并不完全反映实际大小。
图1是示出了根据实施例的太阳能电池的剖面的剖视图。参见图1，根据实施例的太阳能电池设置在支撑基板100上，并且包括：背电极层200，包括第一通孔TH1；光吸收层300，设置在第一通孔TH1和背电极层200上，并且包括第二通孔TH2；缓冲层400和高电阻缓冲层500，设置在光吸收层300上；前电极层600，设置在第二通孔TH2和光吸收层300上；以及第一导电层700，设置在前电极层600上并且与第二通孔TH2相对应。
支撑基板100具有平板形状并且支撑背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500、前电极层600和第一导电层700。
支撑基板100可以包括绝缘体。支撑基板100可以包括玻璃基板、塑料基板或金属基板。更详细地讲，支撑基板100可以包括钠钙玻璃基板。支撑基板100可以是透明的，或者可以是刚性的或柔性的。
背电极层200设置在基板100上。背电极层200可以是导电层。背电极层200可以包括金属，例如钼(Mo)。
此外，背电极层200可以包括至少两层。在这种情况下，这些层可以通过使用同种金属或异种金属来形成。
背电极层200中设有第一通孔TH1。第一通孔TH1是开放区域以暴露支撑基板100的顶面。当在平面图中观察时，第一通孔TH1可以具有在一个方向上延伸的形状。
第一通孔TH1可以具有在约80μm至约200μm的范围内的宽度。
背电极层200被第一通孔TH1分成多个背电极。换句话讲，背电极由第一通孔TH1限定。
第一通孔TH1使背电极彼此分开。背电极布置成条状形式。此外，背电极可以布置成矩阵形式。在这种情况下，当在平面图中观察时，第一通孔TH1可以设置成点阵形式。
光吸收层300设置在背电极层200上。此外，构成光吸收层300的材料填充在第一通孔TH1中。
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Cu(In,Ga)Se2(CIGS)晶体结构、Cu(In)Se2晶体结构或Cu(Ga)Se2晶体结构。
光吸收层300的能带隙在约1eV至约1.8eV的范围内。
缓冲层400设置在光吸收层300上。缓冲层400包括CdS，并且具有在约2.2eV至约2.4eV的范围内的能带隙。
高电阻缓冲层500设置在缓冲层400上。高电阻缓冲层500可以包括iZnO，即无掺杂的氧化锌。高电阻缓冲层500的能带隙在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
光吸收层300、缓冲层400和高电阻缓冲层500中形成有多个第二通孔TH2。第二通孔TH2形成为穿过光吸收层300。此外，第二通孔TH2是暴露背电极层200的顶面的开放区域。
第二通孔TH2与第一通孔TH1相邻。换句话讲，当在平面图中观察时，第二通孔TH2的部分形成在第一通孔TH1旁边。第二通孔TH2具有在第一方向上延伸的形状。
各第二通孔TH2具有在约80μm至约200μm的范围内的宽度。
第二通孔TH2在光吸收层300中限定了多个光吸收部分310、320,…和N。换句话讲，第二通孔TH2将光吸收层300分成多个光吸收部分310、320,…和N。
第二通孔TH2在缓冲层400中限定了多个缓冲器。换句话讲，第二通孔TH2将缓冲层400分成多个缓冲器。
第二通孔TH2在高电阻缓冲层500中限定了多个高电阻缓冲器。换句话讲，第二通孔TH2将高电阻缓冲层500分成多个高电阻缓冲器。
前电极层600设置在高电阻缓冲层500上。前电极层600是透明的，并且包括导电层。此外，前电极层600具有比背电极层200的电阻大的电阻。
前电极层600包括氧化物。例如，前电极层600可以包括掺铝氧化锌(AZO)或掺镓氧化锌(GZO)。
缓冲层400、高电阻缓冲层500和前电极层600中形成有第三通孔TH3。第三通孔TH3是暴露背电极层200的顶面的开放区域。例如，各第三通孔TH3具有在约80μm至约200μm的范围内的宽度。
第三通孔TH3与第二通孔TH2相邻。更具体地讲，第三通孔TH3形成在第二通孔TH2旁边。换句话讲，当在平面图中观察时，第三通孔TH3形成在第二通孔TH2旁边。
第三通孔TH3将前电极层600分成多个窗口。换句话讲，前电极层被第三通孔TH3限定。
前电极层600具有在约0.5μm至约1.5μm的范围内的厚度。此外，第三通孔TH3限定多个电池C1、C2,…和Cn。更具体地讲，根据实施例的太阳能电池被分成由第三通孔TH3限定的多个电池C1、C2,…,和Cn。此外，这些电池C1、C2,…,和Cn在与第一方向交叉的第二方向上彼此连接。换句话讲，电流可以在第二方向上流动通过电池C1、C2,…,和Cn。
如上所述，由于第一通孔TH1，背电极层以预定的距离彼此间隔开。因此，存在无法充当太阳能电池的区域，使得太阳能电池的效率降低。这种区域被称为死区(dead zone)。参见图1，死区与设置在第三通孔TH3之前从第一通孔TH1起的区域(A部分)相对应，并包括第二通孔TH2。
为了解决与死区有关的上述问题，根据实施例的太阳能电池包括设置在前电极层600上并且与第二通孔TH2相对应的第一导电层700。换句话讲，第一导电层700形成为与死区相对应，并且由光所产生的电子经由第一导电层700运动，从而改善例如导电性和串联电阻的特性，并且减少太阳能电池的接触电阻。
第一导电层700设置在前电极层600上。例如，第一导电层700可以直接与前电极层600接触，同时与第二通孔TH2相对应。
第一导电层700可以形成在与第二通孔TH2相对应的多个区域上。例如，第一导电层700可以仅仅形成在第二通孔TH2的上部。此外，第一导电层700可以设置在前电极层600的整个部分上。
此外，如图1所示，第一导电层700可以从第一通孔TH1的上部形成到第二通孔TH2的上部。
第一导电层700可以具有在约1μm至约5mm的范围内的厚度，但是实施例不限于此。此外，第一导电层700可以具有在约300μm至约500μm的范围内的宽度，但是实施例不限于此。
换句话讲，如果第一导电层700包括与第二通孔TH2相对应的区域，那么第一导电层700可以以多种长度和厚度形成在多个位置。
根据实施例的第一导电层700包括选自由Ag、Ni、Cu、Al、Cr和它们的组合组成的组的材料。例如，第一导电层700可以通过以下方式形成：形成具有颗粒的糊剂层，并且对糊剂层进行热处理，所述颗粒包括选自由Ag、Ni、Cu、Al、Cr和它们的组合组成的组的材料。
到现在为止，对第一导电层700的描述为：第一导电层700具有通过形成在第二通孔TH2上的前电极层600与背电极层200连接起来的结构。
此外，根据实施例的太阳能电池，第一导电层700可以与背电极层200直接接触。换句话讲，参见图2，第一导电层700通过第二通孔TH2与背电极层200直接接触。在这种情况下，第二通孔TH2穿过光吸收层300、第一缓冲层400、高电阻缓冲层500和前电极层600形成在背电极层200上。
图3至图7是示出了根据实施例的太阳能电池的制造方法的剖视图。以下将参照太阳能电池的以上描述来描述太阳能电池的这种制造方法。
参见图3，背电极层200形成在支撑基板100上。通过图案化背电极层200来形成第一通孔TH1。因此，支撑基板100上形成有多个背电极。可以使用激光来图案化背电极层200。第一通孔TH1可以暴露支撑基板100的顶面，并且可以具有约80μm至约200μm的宽度。
参见图4，光吸收层300、缓冲层400和高电阻缓冲层500形成在背电极层200上。
光吸收层300可以通过溅射方法或蒸镀方案来形成。
例如，光吸收层300可以通过各种方案来形成，例如，通过同时或分别地蒸镀Cu、In、Ga和Se来形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300的方案以及先形成金属前体薄膜然后执行硒化工艺的方案。
关于先形成金属前体薄膜然后执行硒化工艺的细节，通过应用Cu靶、In靶或Ga靶的溅镀方法在背接触电极200上形成金属前体层。
此后，金属前体层经受硒化工艺以便形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300。
此外，可以同时执行应用Cu靶、In靶和Ga靶的溅镀工艺以及硒化工艺。
此外，可以通过只应用Cu靶和In靶或只应用Cu靶和Ga靶的溅镀工艺以及硒化工艺来形成CIS或CIG光吸收层300。
此后，可以在通过溅镀工艺或CBD(化学浴沉积)方案来沉积CdS之后形成缓冲层400。
此后，在掩模20被固定的状态下，通过溅镀工艺将氧化锌沉积在缓冲层400上，并且形成了高电阻缓冲层500。
缓冲层400和高电阻缓冲层500沉积较薄的厚度。例如，缓冲层400和高电阻缓冲层500的厚度可以在约1nm至约80nm的范围内。
第二通孔TH2通过去除光吸收层300、缓冲层400和高电阻缓冲层500的相应部分来形成。
第二通孔TH2可以通过例如刀片或激光器的机械设备来形成。
例如，可以通过使用具有约40μm至约180μm的宽度的刀片来使光吸收层300和缓冲层400图案化。此外，第二通孔TH2可以通过波长约200nm至约600nm的激光来形成。
在这种情况下，第二通孔TH2的宽度可以在约100μm至约200μm的范围内。第二通孔TH2暴露背电极层200的顶面的相应部分。
参见图5，前电极层600形成在光吸收层300上以及第二通孔TH2的内部。换句话讲，前电极层600是通过在高电阻缓冲层500上以及第二通孔TH2的内部沉积透明导电材料而形成的。
此后，第一导电层700形成在前电极层600上。形成第一导电层700的步骤包括：形成包括第一导电颗粒的糊剂层的步骤；以及对糊剂层进行热处理的步骤。
该糊剂包括第一导电颗粒、有机粘结剂和溶剂。如有必要，糊剂可以进一步包括玻璃粉。以糊剂的组分的总重量计，玻璃粉的含量在约1重量％至约20重量％的范围内。
在这种情况下，第一导电颗粒可以包括选自由Ag、Ni、Cu、Al、Cr和它们的组合组成的组的材料。更具体地讲，第一导电颗粒可以包括银。例如，可以使用比表面积为0.10m2/g至0.80m2/g的银颗粒。
该粘结剂包括足以制造糊剂且本领域的技术人员公知的多种粘结剂。例如，该粘结剂可以包括：通过将丙烯酸类单体共聚合获得的丙烯酸类聚合物，丙烯酸类单体例如具有亲水性的羧基；或者纤维素类聚合物，纤维素类聚合物例如乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基羟丙基纤维素。该有机粘结剂的含量可以在约1重量％至约20重量％的范围内。
此外，该溶剂包括足以制造糊剂且本领域的技术人员公知的多种溶剂。例如，溶剂可以包括甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、芳香醇、α-萜品醇、β-萜品醇、二氢松油醇、乙二醇、乙二醇单丁醚、丁基溶纤剂醋酸酯和texanol酯，但是实施例不限于此。
包括第一导电颗粒的所制造的糊剂层可以通过网版印刷方法、涂胶方法或喷墨方法涂布在前电极层600上。然后，在对糊剂层进行热处理的步骤中，将烧成温度调节成约100℃至约800℃。
第三通孔TH3是通过去除缓冲层400、高电阻缓冲层500、前电极层600和第一导电层700的相应部分来形成的。因此，第一导电层700、前电极层600和光吸收层300具有彼此对齐成直线的切除表面。
通过图案化前电极层600来限定前电极和电池C1、C2,…,和Cn。第三通孔TH3可以具有约80μm至约200μm的宽度。
到现在为止，对实施例进行的描述为：在前电极层600形成在高电阻缓冲层500上之前形成了第二通孔TH2。
此外，根据实施例的太阳能电池的制造方法，可以在前电极层600形成在高电阻缓冲层500上之后来形成第二通孔TH2。换句话讲，由于第二通孔TH2，光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500和前电极层600具有彼此对齐成直线的切除表面。
此后，第一导电层700通过沉积方法形成在第二通孔TH2的内部。在这种情况下，第一导电层700可以与背电极层200连接，同时与背电极层200直接接触。换句话讲，参见图2，第一导电层700通过第二通孔TH2与背电极层200直接接触。
例如，可以同时形成第二和第三通孔TH2和TH3。在这种情况下，可以简化图案化过程，使得不仅可以简化太阳能电池的制造工艺，而且可以减少制造成本。
本说明书中任何参考“一个实施例”、“一种实施例”、“示例实施例”等的意思是结合实施例描述特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中不同位置出现的这种短语并不一定全部指相同的实施例。另外，当结合任何实施例描述特定的特征、结构或特性时，所主张的是，结合这些实施例的其他实施例来实现这种特征、结构或特性在本领域技术人员的技术范围内。
尽管参照本发明的多个说明性实施例描述了实施例，但应当理解，本领域技术人员在本公开的精神和原理的范围内可以进行多种其他修改和实施例。更具体地讲，在本公开、附图和所附权利要求书的范围内能够在所讨论的组合配置的组成零件和/或配置上进行多种变型和修改。除在组成零件和/或配置进行变型和修改之外，替代使用对本领域技术人员也是显见的。

Claims (19)

1.一种太阳能电池，包括：
背电极层，设置在支撑基板上且包括第一通孔；
光吸收层，设置在所述第一通孔和所述背电极层上并且包括第二通孔；
前电极层，设置在所述第二通孔和所述光吸收层上，并且包括第三通孔；
第一导电层，设置在所述前电极层上；以及
死区，与设置在所述第三通孔之前从所述第一通孔起的区域相对应，并包括所述第二通孔，
其中，所述第一导电层形成为与所述死区相对应。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一导电层形成在所述前电极层的与所述第一通孔和所述第二通孔相对应的一部分上。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一导电层包括选自由Ag、Ni、Cu、Al、Cr和它们的组合组成的组的材料。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一导电层具有在1μm至5mm的范围内的厚度。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一导电层具有在300μm至500μm的范围内的宽度。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一导电层、所述前电极层和所述光吸收层包括彼此对齐成直线的切除表面。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述前电极层包括形成在所述第二通孔中的部分。
8.如权利要求7所述的太阳能电池，其中，所述第一导电层通过所述第二通孔与所述背电极层接触。
9.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一导电层形成在所述前电极层的仅与所述第二通孔相对应的一部分上。
10.如权利要求1所述的太阳能电池，进一步包括设置在所述光吸收层上的缓冲层。
11.如权利要求10所述的太阳能电池，进一步包括设置在所述缓冲层上的高电阻缓冲层。
12.一种太阳能电池的制造方法，所述方法包括：
在支撑基板上形成包括第一通孔的背电极层；
在所述第一通孔和所述背电极层上形成光吸收层；
在所述光吸收层中形成第二通孔以暴露所述背电极层；
在所述光吸收层和所述第二通孔两者上形成前电极层；
在所述前电极层上形成第一导电层；以及
形成第三通孔以去除所述前电极层和所述第一导电层的部分，
其中，所述第一导电层形成为与死区相对应，所述死区与设置在所述第三通孔之前从所述第一通孔起的区域相对应，并包括所述第二通孔。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述形成所述第一导电层包括：
形成包括第一导电颗粒的糊剂层；以及
对所述糊剂层进行热处理。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述糊剂层进一步包括有机粘结剂和溶剂。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一导电颗粒包括选自由Ag、Ni、Cu、Al、Cr和它们的组合组成的组的材料。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一导电颗粒的比表面积在0.10m2/g至0.80m2/g的范围内。
17.如权利要求12所述的方法，进一步包括在所述光吸收层上形成缓冲层。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括在所述缓冲层上形成高电阻缓冲层。
19.一种太阳能电池的制造方法，所述方法包括：
在支撑基板上形成包括第一通孔的背电极层；
在所述第一通孔和所述背电极层上形成光吸收层；
在所述光吸收层上形成前电极层；
在所述光吸收层和所述前电极层两者中形成第二通孔以暴露所述背电极层；
在所述前电极层和所述第二通孔上形成第一导电层；以及
形成第三通孔以去除所述前电极层和所述第一导电层的部分，
其中，所述第一导电层形成为与死区相对应，所述死区与设置在所述第三通孔之前从所述第一通孔起的区域相对应，并包括所述第二通孔。
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