CN103988315B - 太阳能电池装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种太阳能电池装置及其制造方法。所述太阳能电池装置包括：阻挡部分，设置在支撑基板的外缘区域中并且设置成彼此相对；在所述阻挡部分之间的多个太阳能电池；以及在所述阻挡部分和所述太阳能电池上的保护层。

Description

太阳能电池装置及其制造方法
技术领域
实施例涉及太阳能电池装置及其制造方法。
背景技术
太阳能电池装置可以定义为通过使用当光入射到P-N结二极管上时产生电子的光伏效应来将光能转换成电能的装置。根据构成结二极管的材料，太阳能电池装置可以分为硅太阳能电池装置、主要包含I-III-VI族化合物或III-V族化合物的化合物半导体太阳能电池装置、染料敏化太阳能电池装置和有机太阳能电池装置。
太阳能电池装置的最小单元是电池。通常，一个电池产生的电压非常小，在约0.5V到约0.6V之间。因此，把在基板上将多个电池相互串联来产生几伏特到几百伏特的电压的板形结构称作太阳能电池模块，而把在框架中安装有多个太阳能电池模块的结构称为太阳能电池装置。
通常，太阳能电池装置具有玻璃/填充材料(乙烯醋酸乙烯酯，EVA)/太阳能电池模块/填充材料(EVA)/表面材料(背板)的结构。
通常，该玻璃包括低铁钢化玻璃。这种玻璃须表现出高的透光率，并且经过处理以减少入射光线的表面反射损失。用作填充材料的EVA被插设在太阳能电池和背板的前侧与后侧之间以保护易碎的太阳能电池元件。当EVA较长时间暴露在紫外光下，EVA可能会褪色，并且EVA的防潮性能可能会退化。因此，当制造太阳能电池模块时，重要的是选择一种对EVA填充层的特性来说合适的工艺，该工艺须延长太阳能电池模块的使用寿命，并且可以保证太阳能电池模块的可靠性。该背板被布置在该太阳能电池模块的后侧上。该背板须表现出优越的层与层之间的粘接强度，须易于操作，保护太阳能电池元件不受外部环境影响。
太阳能电池装置必须能抵御外部的水分(H2O)和外部的氧气(O2)，并且，为了提高太阳能电池装置的性能，必须解决与可靠性相关的问题。在相关技术领域中，为了解决此问题，对太阳能电池装置进行密封处理。然而，尽管太阳能电池装置被密封，水分仍可以沿着基板和密封构件之间的交界面渗透到太阳能电池装置中，使太阳能电池电极被腐蚀，从而降低太阳能电池装置的性能。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种改善了可靠性和稳定性的太阳能电池装置及其制造方法。
技术方案
根据实施例，提供一种太阳能电池装置，包括：在支撑基板的外缘区域中设置的阻挡部分，所述阻挡部分被设置成彼此相对；位于所述阻挡部分之间的多个太阳能电池；以及位于所述阻挡部分和所述太阳能电池上的保护层。
根据实施例，提供一种太阳能电池装置的制造方法。该方法包括：形成太阳能电池，所述太阳能电池包括在支撑基板上依次形成的背电极层、光吸收层和前电极层；通过对太阳能电池进行图案化来形成阻挡部分；以及在所述阻挡部分和所述太阳能电池上形成保护层。
有益效果
根据实施例的太阳能电池装置包括位于支撑基板的外缘区域中的具有预定图案的阻挡部分。因此，实施例不仅能延长水分(H2O)或氧气(O2)的渗透路径，而且能增加与形成于阻挡部分上的保护层的接触面积。
因此，根据实施例的太阳能电池装置，可以减少水分和氧气沿着阻挡部分和保护层之间的交界面向太阳能电池装置的渗透。此外，根据实施例的太阳能电池装置，可以有效地保护太阳能电池免受水分和氧气的损害，因此，可以有效确保太阳能电池装置的稳定性和可靠性。
根据实施例的太阳能电池装置的制造方法，无需使用额外的形成阻挡部分的工序。因此，根据实施例的太阳能电池装置的制造方法，可以节省制造的成本和时间。
附图说明
图1是示出根据实施例的太阳能电池装置的截面图；
图2和图3是示出根据实施例的太阳能电池的阻挡部分的截面图；以及
图4至图8是示出根据实施例的太阳能电池装置的制造方法的截面图。
具体实施方式
在对实施例的描述中，应当知道的是，当层(或膜)、区域、图案，或结构被称为在另一个基板、另一个层(或膜)、另一个区域、另一个垫，或另一个图案“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一个基板、层(或膜)、区域、垫，或图案上，或者还可以存在一个或多个中间层。已经参照附图描述了层的这种位置。
图1是示出根据实施例的太阳能电池装置的截面图，图2和图3是示出根据实施例的太阳能电池的阻挡部分的截面图。
参见图1，根据实施例的太阳能电池装置包括支撑基板10、阻挡部分20、多个太阳能电池30、保护层40、保护板50，以及母线60。
支持基板10具有平板形状并且支撑太阳能电池30、保护层40、保护板50，以及母线60。支撑基板10可以是透明的，并且可以是刚性或柔性的。此外，支撑基板10可以包括绝缘体。
例如，支撑基板10可以包括玻璃基板、塑料基板或金属基板。更具体地，支撑基板10可以包括钠钙玻璃基板。
此外，支撑基板10可以包括陶瓷基板(包括氧化铝)、不锈钢基板或具有柔性特性的聚合物基板。
阻挡部分20设置在支撑基板10上。更具体地，阻挡部分20可以设置在支撑基板10的外缘区域OR上。例如，阻挡部分20可以设置成与支撑基板10的两个侧面相邻。此外，阻挡部分20可以在一个方向上延伸较长的长度，但实施例不限于此。
阻挡部分20可以包括多个阻挡部分。更具体地，阻挡部分20可以包括两个阻挡部分。在这种情况下，如图1所示，这些阻挡部分可以设置成彼此相对。
此外，阻挡部分20可以包括四个阻挡部分。在这种情况下，该等阻挡部分可以环绕支撑基板10的外缘区域OR的四个侧面。此外，该等阻挡部分可以相互形成为一体，但实施例不限于此。
阻挡部分20具有图案。阻挡部分20可以具有多种图案。该图案足够延长从阻挡部分20与设置在阻挡部分20上的保护层40之间的交界面处渗透水分和氧气的渗透路径。
参见图2，阻挡部分20可以包括多个沟槽图案21。例如，沟槽图案21可以具有约10μm到约100μm的宽度W1。更具体地，沟槽图案21可以具有约50μm到约100μm的宽度W1，但实施例不限于此。此外，沟槽图案21可以为多种深度。例如，如图2所示，沟槽图案21的底表面可以与光吸收层200直接接触。也就是说，光吸收层200的一部分可以被沟槽图案21暴露出来。
此外，参见图3，阻挡部分20可以包括多个凸起图案22。例如，凸起图案22的截面可以具有点形、线形、棒形、筒形，或凸凹型图案的形状。更具体地，凸起图案22可能具有棒形或凹凸图案。此外，凸起图案22之间的间隔可以处于约10μm到约100μm的范围内，更具体地，处于约50μm到约100μm的范围内，但实施例不限于此。
阻挡部分20可以形成为与太阳能电池30一致。此外，阻挡部分20可以包含与太阳能电池30的材料等同的材料。也就是说，阻挡部分20包括构成太阳能电池30的背电极层100、光吸收层200和前电极层500。更具体地，阻挡部分20包括在支撑基板10上依次形成的背电极层100、光吸收层200、缓冲层300、高电阻缓冲层400，以及前电极层500。
也就是说，在形成太阳能电池30的过程中，可以通过层叠与构成太阳能电池30的层相同的层来形成阻挡部分20。此外，可以通过下述图案化工艺将阻挡部分20与太阳能电池30分开。因此，阻挡部分20可以通过上述简单的工序制造，无需另外的形成阻挡部分的工序。
如上所述，根据实施例的太阳能电池装置，阻挡部分20具有在支撑基板10的外缘区域OR上的图案。具有该图案的阻挡部分20不仅能延长水分(H2O)和氧气(O2)的渗透路径，而且与没有图案的阻挡部分相比还能增加与保护层40的接触面积。因此，根据实施例的太阳能电池装置，可以防止水分或氧气沿阻挡部分20与保护层40之间的交界面向太阳能电池装置渗透。
太阳能电池30设置在支撑基板10的除外缘区域OR以外的其他区域上。更具体地，太阳能电池30可以插设在阻挡部分20之间。
提供多个太阳能电池30，并且令其相互电连接。例如，太阳能电池30可以相互串联，但实施例不限于此。因此，太阳能电池模块可以将太阳光转化为电能。
太阳能电池30包括位于支撑基板10上的背电极层100、位于背电极层100上的光吸收层200，以及位于光吸收层200上的前电极层500。太阳能电池30可以进一步包括插设在光吸收层200与前电极层500之间的缓冲层300和高电阻缓冲部层400，但实施例不限于此。
背电极层100可以包括选自由钼(Mo)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)和铜(Cu)组成的组中的一种。在上述材料中，由于Mo与其它元素相比，相对于支撑基板10的热膨胀系数差较小，所以Mo表现出较好的粘接性，防止了剥落。
光吸收层200被设置在背电极层100上。光吸收层200包括I-III-VI族化合物。例如，光吸收层200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。
缓冲层300设置在光吸收层200上。缓冲层300可以包含CdS、ZnS、InXSY或InXSeYZn(O,OH)。高电阻缓冲层400设置在缓冲层300上。高电阻缓冲层400可以包括未掺杂杂质的i-ZnO。
前电极层500可以设置在光吸收层200上。例如，前电极层500可以与光吸收层200上的高电阻缓冲层400直接接触。
前电极层500可以包括透明的导电材料。此外，前电极层可以具有N型半导体的特性。在这种情况下，前电极层500与缓冲层300形成N型半导体，进而与作为P型半导体层的光吸收层200组成PN结。
保护层40设置在支撑基板10上。更具体地，保护层40可以设置在阻挡部分20和太阳能电池20上，同时与阻挡部分20和太阳能电池20直接接触。形成于阻挡部分20上的图案可以增加与形成于阻挡部分20上的保护层40接触的面积。因此，根据实施例的太阳能电池装置，可以防止水分和氧气沿着阻挡部分20与保护层40之间的交界面渗透进入太阳能电池装置。
保护层40可以是透明的和柔性的。保护层40可以包括透明塑料。更具体地，保护层40可以包括乙烯醋酸乙烯酯树脂。
保护板50可以设置在保护层40上。保护板50保护太阳能电池30免受外部物理冲击和/或外来物的损害。保护板50是透明的，例如，可以包括钢化玻璃。
同时，根据实施例的太阳能电池装置可以包括电连接到太阳能电池30的母线60。参见图1和图2，母线60可以形成在支撑基板10的外缘区域OR上。更具体地，母线60可以与形成于支撑基板10上的背电极层100直接接触。同时，母线60可以形成在太阳能电池30上。例如，母线60可以与前电极层500直接接触。
图4到图8是示出根据实施例的太阳能电池装置的制造方法的截面图。以下，将参照太阳能电池装置的描述对制造太阳能电池装置的方法进行描述。
参见图4，背电极层100形成于支撑基板10上。背电极层100可以通过PVD(物理蒸发沉积)方案或镀方案形成。
背电极层100包括第一凹槽P1。也就是说，背电极层100可以被图案化成具有第一凹槽P1。此外，第一凹槽P1可以具有多种形状，例如图4所示的条带状或矩阵形状。例如，第一凹槽P1的宽度可以在约80μm到约200μm范围内，但实施例不限于此。
参见图5，光吸收层200、缓冲层300以及高电阻缓冲层400形成于背电极层100上。此后，在光吸收层200、缓冲层300，以及高电阻缓冲层400中形成第二凹槽P2。
光吸收层200可以通过多种方案形成，例如通过同时或分别地蒸发Cu、In、Ga和Se来形成基于Cu(In,Ca)Se2(CIGS)的光吸收层，或者在金属前体层形成后执行硒化处理来形成基于Cu(In,Ca)Se2(CIGS)的光吸收层。
对于先形成金属前体层然后再进行硒化处理的方案，通过使用Cu靶、In靶或Ga靶的溅镀工艺在背电极层100上形成金属前体层。此后，对金属前体层进行硒化处理来形成基于Cu(In,Ga)Se2(CIGS)的光吸收层200。
此外，可以同时执行使用Cu靶、In靶和Ga靶的溅镀工艺和硒化工艺。
此外，可以通过使用只含有Cu和In的靶或只含有Cu和Ga的靶的溅镀工艺和硒化工艺来形成CIS或CIG的光吸收层200。
此后，可以通过CBD(化学浴沉积法)在光吸收层200上沉积缓冲层300。此外，通过溅镀工艺将ZnO沉积到缓冲层300上来形成高电阻缓冲层400。
参见图5，在光吸收层200、缓冲层300以及高电阻缓冲层400中形成第二凹槽P2。第二凹槽P2可以通过机械方法形成，并且背电极层100的一部分暴露出来。通过穿透光吸收层200来形成第二凹槽P2。相应地，第二凹槽P2可以暴露背电极层100的顶表面。此外，第二凹槽P2的宽度可处于约80μm到约200μm的范围内，但实施例不限于此。
此后，如图6所示，将透明的导电材料层叠在高电阻缓冲层400上，以形成用作第二电极的前电极层500和连接导线600。当层叠透明导电材料到高电阻缓冲层400上时，透明导电材料填充凹槽P2来形成连接导线600。背电极层100和前电极层500通过连接导线600相互电连接。
前电极层500用作窗口层，与光吸收层200形成PN结，并且用作太阳能电池装置的整个表面的透明电极。因此，前电极层500可以包括表现出高的透光率和优越的导电性的氧化锌(ZnO)。
在这种情况下，通过在ZnO中掺杂Al可以使前电极层500具有较低的电阻。例如，前电极层500可以通过使用ZnO靶的RF溅镀工艺、使用Zn靶的反应性溅镀工艺或有机金属化学沉积工艺来形成。
此后，如图6所示，穿透光吸收层200、缓冲层300、高电阻缓冲层400以及前电极层500来形成第三凹槽P3。太阳能电池装置的电池单元C1、C2、C3，…，和Cn被第三凹槽P3相互分开，并且通过连接导线600相互连接。第三凹槽P3可以通过机械方法或者通过激光光束照射形成，并且使背电极层100的顶表面暴露。
参见图7，太阳能电池30被图案化以形成阻挡部分20。更具体地，可以通过对支撑基板10的外缘区域OR中形成的太阳能电池30进行图案化来形成阻挡部分20。也就是说，阻挡部分20可以通过对最外侧的太阳能电池30选择性地图案化来形成。
例如，阻挡部分30可以通过对太阳能电池30进行干法刻蚀或湿法刻蚀形成。更具体地，阻挡部分30可以通过机械方法形成或者可以通过激光光束照射形成，或者可以暴露背电极层200的顶表面。
同时，尽管在本实施例的描述中第三凹槽P3和阻挡部分30彼此分别地形成，但实施例不限于此。也就是说，第三凹槽P3与阻挡部分30可以同时形成。也就是说，通过在形成太阳能电池30的过程中层叠与构成太阳能电池30的层相同的层来形成阻挡部分20，并且通过下述图案化工艺使其与太阳能电池30分开。因此阻挡部分20可以通过上述简单的工艺形成，而不需要额外的形成阻挡部分的工艺。
此后，在支撑基板10上形成母线60。母线60可以电连接到太阳能电池30。母线60可以形成于支撑基板10的外缘区域OR上或者可以形成于太阳能电池30的前电极层500上，但实施例不限于此。
母线60可以通过至少一次沉积工艺来形成，例如通过使用选自由Ag、Cu、Au、Al、Sn、Ni及其组合物组成的组中的材料的溅镀工艺。
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被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，在本领域技术人员的技术范围内，可以将这种特征、结构或特性与其它实施例结合。
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主组合配置的组成部件和/或配置上进行多种变型和修改。除在组成部件和/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 (17)

1.一种太阳能电池装置，包括：
设置于支撑基板的外缘区域中的多个阻挡部分，所述多个阻挡部分彼此相对；
位于所述阻挡部分之间的多个太阳能电池；以及
位于所述阻挡部分和所述太阳能电池上的保护层，
其中，所述多个阻挡部分包括多个沟槽图案或多个凸起图案。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述太阳能电池中的每一个包括在所述支撑基板上依次形成的背电极层、光吸收层以及前电极层。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，每一个阻挡部分包括所述背电极层、所述光吸收层，以及所述前电极层。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，每一个沟槽图案将所述光吸收层的一部分暴露。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，每一个沟槽图案的宽度处于10μm到100μm的范围内。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，每一个凸起图案的截面包括点形、线形、棒形、筒形，或凸凹型图案的形状。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述凸起图案之间的间隔处于10μm到100μm的范围内。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，进一步包括，电连接到所述太阳能电池的母线。
9.一种制造太阳能电池装置的方法，所述方法包括：
形成太阳能电池，所述太阳能电池包括在支撑基板上依次形成的背电极层、光吸收层和前电极层；
通过对所述太阳能电池进行图案化来形成多个阻挡部分；以及
在所述阻挡部分和所述太阳能电池上形成保护层，
其中，所述多个阻挡部分包括多个沟槽图案或多个凸起图案。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，形成阻挡部分包括通过机械刻蚀工艺或者激光刻蚀工艺对所述太阳能电池进行图案化。
11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括形成电连接到所述太阳能电池的母线。
12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在所述保护层上形成保护板。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述沟槽图案的宽度处于10μm到100μm的范围内。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，每一个凸起图案的截面包括点形、线形、棒形、筒形，或凸凹型图案的形状。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述凸起图案之间的间隔处于10μm到100μm的范围内。
16.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，每一个沟槽图案具有在50μm到100μm的范围中的宽度。
17.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，在所述凸起图案之间的间隔处于50μm到100μm的范围中。
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