CN103988316A - 太阳能装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能装置及其制造方法。所述太阳能装置包括：基板、在所述基板上的背电极层、与所述背电极层直接接触并沿第一方向延伸的多个子电极、在所述背电极层上的光吸收层、以及在所述光吸收层上的前电极层。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能装置及其制造方法。
背景技术
将太阳光转化为电能的太阳能电池装置包括太阳能电池板、二极管和支架。
太阳能电池板具有平板形状。例如，太阳能电池板具有矩形平板形状。太阳能电池板设置在支架内。太阳能电池板的四个侧面设置在支架内。
太阳能电池板接收太阳光，并将太阳光转化为电能。太阳能电池板包括多个太阳能电池。太阳能电池板可以进一步包括基板、膜、或者用于保护太阳能电池的防护玻璃。
太阳能电池板包括与太阳能电池相连的汇流条。汇流条从最外的太阳能电池的上表面延伸并分别与导线连接。
所述二极管与太阳能电池板并联。电流选择性地流经二极管。也就是说，当太阳能电池板性能恶化时，电流流经二极管。因此，可以防止实施例所述的太阳能电池装置的短路。太阳能电池装置可以进一步包括与二极管和太阳能电池板相连的导线。这些导线连接彼此相邻的太阳能电池板。
所述支架容纳所述太阳能电池板。支架由金属制成。支架设置在所述太阳能电池板的侧面。支架容纳太阳能电池板的侧面。支架可以包括多个子支架。这种情况下，子支架可以彼此相连。
这样的太阳能电池装置安置于室外区以将太阳光转化为电能。因此，太阳能电池装置可以受到外部的物理影响、电影响和化学影响。
未审查的韩国专利申请No.10-2009-0059529公开了一种与该太阳能电池装置相关的技术。
发明内容
技术问题
本发明提供一种具有提高的电学和物理性能并且容易制造的太阳能装置及其制造方法。
技术方案
本实施例所述的太阳能电池装置包括基板、在基板上的背电极层、与背电极层直接接触并沿第一方向延伸的多个子电极、在背电极层上的光吸收层、及在光吸收层上的前电极层。
本实施例所述的太阳能装置的制造方法包括以下步骤：在基板上形成多个子电极、在所述基板上形成与子电极接触的背电极层、在所述背电极层上形成光吸收层、以及在所述光吸收层上形成前电极层。
有益效果
根据实施例所述的太阳能装置，所述背电极层的电学性能可以通过与背电极层直接接触的子电极而提高。特别地，子电极可以包括电阻比背电极层的电阻更低的金属。特别地，在本实施例所述的太阳能装置中，子电极可以沿电流流动方向延伸。因此，所述子电极可以提高本实施例所述的太阳能装置的电学性能。
因此，所述太阳能装置可以减小背电极层的厚度。特别地，当背电极层使用钼时，背电极层的厚度可以降低，从而可以容易地以低成本制造所述太阳能装置。
另外，所述子电极可以彼此隔开。因此，子电极和基板之间的热应力可以释放。因此，本实施例所述的太阳能装置可以呈现出提高的可靠性和提高的耐久性。
附图说明
图1是平面图，示出了本实施例所述的太阳能装置；
图2是沿图1的A-A'线截取的剖视图；
图3是沿图1的B-B'线截取的剖视图；
图4到图8示出了本实施例所述的太阳能装置的制造步骤；
图9是剖视图，示出了根据另一实施例所述的太阳能装置；以及
图10是剖视图，示出了根据又一实施例所述的太阳能装置。
具体实施方式
在实施例描述中，应该明白，当某一基板、膜、层、或电极被称作是在另一基板、另一膜、另一层、或另一电极“之上”或者“之下”时，它可以是“直接”或“间接”在该另一基板、膜、层、或电极之上或者之下，或者也可以存在一个或更多的中间层。要素的这种位置参照附图进行了描述。为了方便或清晰起见，附图中所示的每个要素的厚度和尺寸可以夸大、省略或示意地画出。另外，要素的尺寸并不完全反映实际尺寸。
图1是平面图，示出了根据实施例所述的太阳能装置。图2是沿图1的A-A'线截取的剖视图。图3是沿图1的B-B'线截取的剖视图。
参考图1到图3，所述太阳能装置包括支撑基板100、多个子电极150、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500、前电极层600、以及多个连接部700。
支撑基板100具有平板形状并支撑背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500、前电极层600、以及多个连接部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可弯曲的。
子电极150设置在支撑基板100上。子电极150沿第一方向延伸。子电极150可以沿第一方向设置成排。
另外，子电极150彼此隔开。另外，子电极150彼此平行设置。子电极150可以彼此平行设置。另外，子电极150的宽度W可以在约1mm到约3mm的范围内。另外，子电极150之间的距离可以在约80mm到150mm的范围内。
因此，由于子电极150彼此隔开，所以，可以抑制子电极150的分离。特别地，由于子电极150不是在前表面上形成，所以，可以抑制由子电极150和支撑基板100的热膨胀系数之间的差异所导致的分离。
子电极150插在支撑基板100和背电极层200之间。子电极150与背电极基板200的下表面直接接触。另外，子电极150与支撑层100的上表面直接接触。子电极150的厚度T1可以在约50nm到约100nm的范围内。
子电极150可以包括低电阻金属。更详细地讲，子电极150可以包括电阻比背电极层200所用材料的电阻更低的金属。子电极150所用材料可以包括银或铜。
背电极层200设置在支撑基板100上。更详细地讲，背电极层200设置在子电极150上。也就是说，背电极层200覆盖子电极150。特别地，背电极层200覆盖子电极150的侧面152。背电极层200可以与支撑基板100的上表面和子电极150的侧面152直接接触。
背电极层200与子电极150直接接触。更详细地讲，背电极层200与子电极150的上表面直接接触。也就是说，背电极层200与子电极150直接电连接。
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)。
由于子电极150补充了背电极层200的电学特性，所以，背电极层200可以以较薄的厚度形成。特别地，背电极层200由钼形成，并且当子电极150由低电阻金属(例如银或铜)形成时，背电极层200的厚度可以变薄。这种情况下，背电极层200的厚度可以在约100nm到约300nm范围内。
另外，背电极层200可以包括至少两层。这种情况下，这些层可以用同种金属或不同种金属形成。
在背电极层200内设置第一通孔TH1。第一通孔TH1是开放区域以露出支撑基板100的上表面。在平面图中看时，第一通孔TH1可以具有沿第二方向延伸的形状。
第一通孔TH1穿过子电极150形成。也就是说，每个第一通孔TH1的内侧面201和每个子电极150的顶端面151可以在同一平面上对齐。也就是，通过第一通孔TH1，子电极150可以彼此电绝缘。
第一通孔TH1的宽度可以在约80μm到约200μm的范围内。
第一通孔TH1将背电极层200分为多个背电极。也就是说，背电极由第一通孔TH1限定。
通过第一通孔TH1，背电极彼此隔开。背电极以条的形式排列。
相反地，背电极可以以矩阵形式排列。这种情况下，当在平面图中看时，第一通孔TH1可以呈晶格形式。
光吸收层300设置在背电极层200上。另外，组成光吸收层300的材料填充在第一通孔TH1内。
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、或者Cu(Ga)Se2晶体结构。
光吸收层300的能带隙在约1eV到约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并且具有约2.2eV到约2.4eV范围内的能带隙。
高阻缓冲层500设置在缓冲层400上。高阻缓冲层500可以包括iZnO，即不掺杂杂质的氧化锌。高阻缓冲层500具有约3.1eV到约3.3eV范围内的能带隙。
在光吸收层300、缓冲层400、及高阻缓冲层500中形成第二通孔TH2。第二通孔TH2穿过光吸收层300形成。另外，第二通孔TH2是开放区域以露出背电极层200的上表面。
第二通孔TH2与第一通孔TH1相邻。换句话说，当在平面图中看时，第二通孔TH2的部分形成在第一通孔TH1旁。第二通孔TH2具有沿第二方向延伸的形状。
每个第二通孔TH2的宽度可以在约80μm到约200μm范围内。
第二通孔TH2在光吸收层300中限定了多个光吸收部。换句话说，第二通孔TH2将光吸收层300分为多个光吸收部。
第二通孔TH2在缓冲层400内限定了多个缓冲部。换句话说，第二通孔TH2将缓冲层400分为多个缓冲部。
第二通孔TH2在高阻缓冲层500内限定了多个高阻缓冲部。换句话说，第二通孔TH2将高阻缓冲层500分为多个高阻缓冲部。
前电极层600设置在高阻缓冲层500上。前电极层600是透明的，并包括导电层。另外，前电极层600的电阻比背电极层200的电阻高。
前电极层600可以包括氧化物。例如，用作前电极层600的材料可以包括掺Al氧化锌(AZO)、或掺镓氧化锌(GZO)。
在光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600内形成第三通孔TH3。第三通孔TH3穿过光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600而形成。
第三通孔TH3与第二通孔TH2相邻。详细地讲，第三通孔TH3设置在第二通孔TH2的旁边。换句话讲，当在平面图中看时，第三通孔TH3在第二通孔TH2旁边彼此平行设置。第三通孔TH3可以具有沿第二方向延伸的形状。
第三通孔TH3将前电极层600分为多个前电极。也就是说，前电极由第三通孔TH3限定。
前电极的形状与背电极的形状相对应。也就是说，前电极以条的形式设置。或者，前电极可以设置为矩阵形式。
第三通孔TH3限定了多个电池C1、C2、…及CN。更详细地讲，第二通孔TH2和第三通孔TH3限定了电池C1、C2、…及CN。也就是说，本实施例所述的太阳能装置由第二通孔TH2和第三通孔TH3分成电池C1、C2、…及CN。电池C1、C2、…及CN沿垂直于第二方向的第一方向彼此相连。也就是说，电流可以经电池C1、C2、…及CN沿第一方向流动。
连接部700设置在第二通孔TH2内。每个连接部700从前电极层600向下延伸并与背电极层200相连。例如，每个连接部700从第一电池C1的前电极延伸并与第二电池C2的背电极相连。
因此，连接部700将相邻的电池彼此连接。更详细地讲，连接部700将相邻电池中所包括的前电极和背电极彼此连接。
每个连接部700与前电极层600一体形成。也就是说，组成连接部700的材料与组成前电极层600的材料相同。
如上所述，根据本实施例所述的太阳能装置，通过与背电极层200直接接触的子电极，可以提高背电极层200的电学性能。特别地，子电极150可以包括电阻比背电极层200的电阻更低的金属。特别地，在本实施例所述的太阳能装置中，子电极150可以沿电流流动方向延伸。因此，所述子电极可以提高本实施例所述的太阳能装置的电学性能。
因此，所述太阳能装置可以减小背电极层200的厚度。特别地，当背电极层200使用钼时，背电极层200的厚度可以减小，从而能以低成本容易地制造所述太阳能装置。也就是说，由于在本实施例所述的太阳能装置中可以减少昂贵的钼的使用，所以，能够以低成本容易地制造所述太阳能装置。
另外，子电极150可以彼此隔开。因此，子电极150和基板100之间的热应力可以释放。因此，本实施例所述的太阳能装置能够呈现出提高的可靠性和提高的耐久性。
图4到图8是剖视图，示出了本实施例所述的太阳能装置的制造方法。对制造方法的描述将在上述对太阳能电池的描述的基础上进行。上述对太阳能电池的描述将通过引述实质性地结合于此。
参照图4，在支撑基板100上形成多个初始子电极153。初始子电极153沿第一方向延伸。更详细地讲，初始子电极153横过支撑基板100。
通过掩模在支撑基板100的上表面上可以选择性地沉积诸如银或铜等金属，以便形成初始子电极153。也就是说，初始子电极153可以以预定的距离彼此平行地隔开。
参照图5，在支撑基板100和初始子电极153上沉积诸如钼等金属以形成背电极层200。然后，将背电极层200和初始子电极153图案化以形成第一通孔TH1。因此，在支撑基板100上形成背电极。此时，初始子电极153也被图案化以形成子电极150。背电极层200和初始子电极153可以用激光装置进行图案化。
支撑基板100的上表面通过第一通孔TH1露出，且第一通孔TH1的宽度可以在约80μm到约200μm范围内。
参照图6，在背电极层200上形成光吸收层300、缓冲层400、及高阻缓冲层500。
光吸收层300可以通过溅射过程或蒸发方案形成。
例如，光吸收层300可以通过各种方案形成，例如，通过同时或分别蒸发Cu、In、Ga、及Se形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300的方案，以及在金属前体层形成之后进行硒化过程的方案。
至于金属前体层形成之后的硒化过程的细节，采用Cu靶、In靶或合金靶通过溅射过程在背电极层200上形成金属前体层。
然后，所述金属前体层经历硒化过程，以形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300。
另外，采用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射过程与硒化过程可以同时进行。
另外，通过只采用Cu靶和In靶或者只采用Cu靶和Ga靶的溅射过程以及硒化过程可以形成CIS基或者CIG基光吸收层300。
然后，通过溅射过程或化学浴沉积(CBD)方案沉积CdS，从而形成缓冲层400。
然后，通过溅射过程在缓冲层400上沉积氧化锌，从而形成高阻缓冲层500。
缓冲层400和高阻缓冲层500以低厚度形成。例如，缓冲层400和高阻缓冲层500厚度在约1nm到约80nm范围内。
然后，通过去除部分的光吸收层300、缓冲层400、和高阻缓冲层500形成第二通孔TH2。
可以采用机械装置(例如针尖)或激光装置形成第二通孔TH2。
例如，可以采用宽度在约40μm到约180μm范围内的针尖将光吸收层300和缓冲层400图案化。
这种情况下，第二通孔TH2的宽度可以在约100μm到约200μm范围内。另外，第二通孔TH2露出背电极层200的上表面的一部分。
参照图7，在光吸收层300上和在第二通孔TH2内形成前电极层。换句话说，通过在高阻缓冲层500上和在第二通孔TH2内沉积透明导电材料形成前电极层。
例如，通过溅射过程在高阻缓冲层500的上表面上和在第二通孔TH2内沉积AZO，可以形成前电极层。
这种情况下，所述透明导电材料填充在第二通孔TH2内，且前电极层与背电极层200直接接触。
参照图8，采用机械方案将前电极层、光吸收层300、缓冲层和高阻缓冲层图案化。因此，形成第三通孔TH3，第三通孔TH3穿过前电极层、高阻缓冲层500、缓冲层400和光吸收层300而形成。这种情况下，第三通孔TH3将前电极层分为多个前电极。
也就是说，第三通孔TH3在前电极层600内限定了多个电池C1、C2、…及CN。第三通孔TH3的宽度可以在约80μm到约200μm范围内。
如上所述，本实施例所述的太阳能装置的制造方法可以提供具有提高的电学性能的太阳能装置。
图9是剖视图，示出了另一实施例所述的太阳能装置。图10是剖视图，示出了又一实施例所述的太阳能装置。本实施例涉及上述太阳能装置及其制造方法的描述。也就是说，除了变型部之外，上述太阳能装置及其制造方法的描述可以基本结合在本实施例中。
参照图9，子电极150插在背电极层200和光吸收层300之间。子电极150与背电极层200的上表面直接接触。子电极150可以与光吸收层300直接接触。
在所述实施例中，子电极150不与支撑基板100的上表面直接接触。特别地，子电极150通过包括钼的背电极层200与支撑基板100接触。因此，可以抑制子电极150和支撑基板100之间的分离。
参照图10，子电极150可以设置在背电极层200内。背电极层200包括在支撑基板100上的第一背电极层210和在第二背电极层220上的第二背电极层200。
子电极150插在第一背电极层210和第二背电极层220之间。第一背电极层210的厚度可以在约50nm到约150nm范围内。另外，第二背电极层220的厚度可以在约50nm到约150nm范围内。
子电极150与第一背电极层210和第二背电极层220直接接触。子电极150与第一背电极层210的上表面和第二背电极层220的下表面直接接触。
第二背电极层220覆盖子电极150的上表面和侧面。进一步地，第二背电极层220可以与第一背电极层210的上表面直接接触。
在本实施例中，子电极150不与支撑基板100的上表面直接接触。特别地，子电极150通过包括钼的第一背电极层210与支撑基板100接触。因此，可以抑制子电极150和支撑基板100之间的分离。
另外，子电极150不与光吸收层300的下表面直接接触。特别地，子电极150通过第二背电极层220与光吸收层300接触。因此，子电极150不影响光吸收层300和第二背电极层220之间的钼硒的生成。
另外，上述实施例中描述的特征、结构和效果包括在本发明的至少一个实施例中，但不必要限于一个实施例。另外，本领域技术人员也可以将上述实施例中描述的特征、结构和效果进行结合或者改变以在其他实施例中实施。因此，与所述结合或者改变相关的内容将解释为包括在本发明范围内。
虽然已经主要描述了实施例，但是，它们只是示例性的且不限制本发明。因此，本发明所属领域技术人员应该知道，在不背离本发明的本质特征的范围内，可以进行未作举例说明的各种改变和应用。例如，示例性实施例中详细描述的构成因素可以改变以实施。进一步地，关于这种改变和应用的差异也将解释为包括在所附权利要求指定的本发明的范围内。
Claims (18)
1.一种太阳能装置，包括：
基板；
在所述基板上的背电极层；
与所述背电极层直接接触并沿第一方向延伸的多个子电极；
在所述背电极层上的光吸收层；以及
在所述光吸收层上的前电极层。
2.如权利要求1所述的太阳能装置，其中，所述太阳能装置包括沿垂直于所述第一方向的第二方向延伸的多个第一通孔。
3.如权利要求2所述的太阳能装置，其中，每个第一通孔的内表面与每个子电极的顶端面在同一平面上对齐。
4.如权利要求1所述的太阳能装置，其中，所述子电极彼此隔开。
5.如权利要求1所述的太阳能装置，其中，所述背电极层包括钼。
6.如权利要求5所述的太阳能装置，其中，所述子电极包括电阻比钼的电阻更低的金属。
7.如权利要求1所述的太阳能装置，其中，所述子电极插在所述背电极层和所述基板之间。
8.如权利要求7所述的太阳能装置，其中，所述背电极层覆盖所述背电极层的侧面。
9.如权利要求1所述的太阳能装置，其中，所述背电极层包括：
在所述基板上的第一背电极层；以及
在所述第一背电极层上的第二背电极层，
其中，所述子电极插在所述第一背电极层和所述第二背电极层之间。
10.如权利要求1所述的太阳能装置，其中，所述子电极插在所述光吸收层和所述背电极层之间。
11.如权利要求1所述的太阳能装置，其中，所述子电极的厚度在50nm到100nm的范围内，所述子电极的宽度在1nm到3nm的范围内，并且所述子电极之间的距离在80nm到150nm的范围内。
12.如权利要求11所述的太阳能装置，其中，所述背电极层的厚度在100nm到300nm范围内。
13.一种太阳能装置的制造方法，该方法包括：
在基板上形成多个子电极；
在所述基板上形成与所述子电极接触的背电极层；
在所述背电极层上形成光吸收层；以及
在所述光吸收层上形成前电极层。
14.如权利要求13所述的方法，其中，形成所述背电极层包括在所述子电极和所述基板上沉积钼。
15.如权利要求13所述的方法，其中，在所述背电极层的上表面上直接形成所述子电极。
16.如权利要求13所述的方法，其中，形成所述背电极层包括：
在所述基板上形成第一背电极层；
在所述第一背电极层上直接形成所述子电极；以及
在所述第一背电极层和所述子电极上直接形成第二背电极层。
17.一种太阳能装置的制造方法，该方法包括：
在基板上形成沿第一方向延伸的多个初始子电极；
在所述初始子电极上形成背电极层；
将所述初始子电极和所述背电极层图案化，以形成沿垂直于第一方向的第二方向延伸的第一通孔；
在所述背电极层上形成光吸收层；以及
在所述光吸收层上形成前电极层。
18.如权利要求17所述的方法，其中，在形成所述第一通孔中，将所述初始子电极图案化以形成子电极。
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