CN103988317A - 太阳能电池及太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的太阳能电池包括：形成在支撑基板上并包括用于露出支撑基板的第一凹槽的背电极层、形成在背电极层上以及第一凹槽的一部分上的光吸收层、在光吸收层上的前电极层、以及设置在前电极的一个侧面、光吸收层的一个侧面和第一凹槽上的连接线。本发明提供一种使用所述太阳能电池的太阳能电池模块及其制造方法。

Description

太阳能电池及太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及太阳能电池模块。
背景技术
太阳能电池可以定义为，利用光入射到P-N结二极管上时产生电子的光伏效应将光能转化为电能的装置。根据组成结型二极管的材料，太阳能电池可以分为硅太阳能电池、主要包括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、燃料敏化太阳能电池以及有机太阳能电池。
由CIGS(CuInGaSe)(一种Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族黄铜矿基化合物半导体)制成的太阳能电池呈现出优异的光吸收性能、薄厚度下较高的光电转化效率、以及优越的电光稳定性，所以，CIGS太阳能电池作为传统硅太阳能电池的替代而受到关注。
一般地说，可以通过在玻璃基板上依次形成背电极层、光吸收层、缓冲层和前电极层来制备CIGS太阳能电池。所述基板可以采用各种材料来制备，例如钠钙玻璃、不锈钢和聚酰亚胺(PI)。背电极层主要包括电阻系数低且热膨胀系数与玻璃基板类似的钼(Mo)。
光吸收层为P型半导体层并且主要包括CuInSe2或用Ga替代部分In而得到的Cu(InxGa1-x)Se2。可以通过各种方法形成光吸收层，例如，蒸发过程、溅射过程、硒化过程或电镀过程。
缓冲层设置在晶格系数和能带隙呈现较大差异的光吸收层和前电极层之间，以在其间形成优异的结。缓冲层主要包括通过化学浴沉积(CBD)制备的硫化镉(CdS)。
前电极层是N型半导体层，并且与光吸收层和缓冲层形成PN结。另外，由于前电极层在太阳能电池的前表面充当透明电极，所以，前电极层主要包括透光性和导电性优异的掺铝氧化锌(AZO)。
图1是剖视图，示出了现有技术所述太阳能电池模块的结构。参照图1，所述太阳能电池模块包括以特定间距彼此隔开并且彼此串联连接的电池单元。该太阳能电池模块的结构可以通过三个图案化过程(P1到P3)来得到。然而，如果通过三个图案化过程(P1到P3)来制造太阳能电池模块，那么，图案化的时间会增加，使得过程时间会增加，并且通过图案化过程形成的非活性区(NAA)的尺寸会增大。
发明内容
技术问题
实施例提供一种可以提高效率且容易制造的太阳能电池及太阳能电池模块。
技术方案
根据实施例所述太阳能电池包括：背电极层，形成在支撑基板上且包括用于露出支撑基板的第一凹槽；光吸收层，形成在背电极层上和第一凹槽的一部分上；在光吸收层上的前电极层；以及连接线，设置在前电极的一个侧面、光吸收层的一个侧面和第一凹槽上。
根据实施例所述太阳能电池模块包括：第一太阳能电池，其包括在支撑基板上依次形成的第一背电极、第一光吸收部和第一前电极；第二太阳能电池，其包括在所述支撑基板上依次形成的第二背电极、第二光吸收部和第二前电极；以及设置在第一和第二太阳能电池之间以将第一前电极与第一背电极电连接的连接线。
根据实施例所述的太阳能电池模块的制造方法包括以下步骤：在支撑基板上形成包括第一凹槽的背电极层；在背电极层上形成光吸收层；在光吸收层上形成前电极层；穿过光吸收层和前电极层形成第二凹槽，使得第二凹槽与第一凹槽交叠；以及在第一凹槽和第二凹槽上形成连接线。
有益效果
根据实施例所述的太阳能电池模块的制造方法，可以在不进行P3图案化过程的情况下通过P1和P2图案化过程制造太阳能电池模块，从而可以缩短过程时间并降低制造费用。另外，根据实施例所述的太阳能电池模块的制造方法，在不进行附加图案化过程的情况下通过倾斜溅射过程可以简便地形成第三凹槽。另外，由于所述第三凹槽之故，所述太阳能电池模块可以具有新颖的串联结构。
另外，在本实施例所述的太阳能电池模块中，可以去掉现有技术中通过P3图案化过程所形成的非活性区(NAA)。因此，实施例所述的太阳能电池模块可以减小非活性区(NAA)，从而可以提高光电转化效率。
附图说明
图1是剖视图，示出了现有技术所述的太阳能电池模块；
图2是剖视图，示出了实施例所述的太阳能电池；
图3是剖视图，示出了实施例所述的太阳能电池模块；以及
图4到图8是剖视图，示出了实施例所述的太阳能电池模块的制造方法。
具体实施方式
在实施例的描述中，应该明白，当某一基板、层、膜、或者电极被称作是在另一基板、另一层、另一膜或者另一电极“之上”或者“之下”时，它可以是“直接”或“间接”地在该另一基板、层、膜或电极之上或之下，或者也可以存在一个或更多的中间层。层的这种位置参照附图进行了描述。出于说明的目的，附图中显示的部件的尺寸可以夸大，并且可以不完全反映实际尺寸。
图2是剖视图，示出了实施例所述的太阳能电池。参照图2，根据本实施例所述的太阳能电池包括支撑基板100、包括第一凹槽P1的背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500、前电极层600、以及连接线700。
支撑基板100具有平板形状并且支撑着背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600。支撑基板100可以是透明的，并且可以是刚性的或可弯曲的。
另外，支撑基板100可以包括绝缘体。例如，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。另外，支撑基板100可以包括含氧化铝的陶瓷基板、不锈钢、或具有可弯曲特性的聚合物。
背电极层200设置在支撑基板100上。背电极层200是导电层。背电极层200可以包括从钼(Mo)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)、及铜(Cu)所构成的组里选出的一种。在上述材料中，Mo的热膨胀系数与支撑基板100的热膨胀系数类似，因此，Mo可以提高粘合特性并且可以防止背电极层200与基板100分离。
背电极层200包括第一凹槽P1。背电极层200可以通过第一凹槽P1图案化。另外，第一凹槽P1可以按图2所示的条的形式或者以矩阵的形式进行各种排列。
光吸收层300设置在背电极层200上。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CIGSS(Cu(In,Ga)(Se,S)2)结晶结构、CISS(Cu(In)(Se,S)2)结晶结构或CGSS(Cu(Ga)(Se,S)2)结晶结构。
缓冲层400设置在光吸收层300上。缓冲层400可以包括CdS、ZnS、InXSY、InXSeYZn(O,OH)。缓冲层400的厚度可以在约50nm到约150nm的范围内，且能带隙在约2.2eV到约2.4eV的范围内。
高阻缓冲层500设置在缓冲层400上。高阻缓冲层500包括不掺杂质的i-ZnO。高阻缓冲层500的能带隙可以在约3.1eV到约3.3eV的范围内。高阻缓冲层500可以省略。
前电极层600可以设置在光吸收层300上。例如，前电极层600可以与光吸收层300上形成的高阻缓冲层500直接接触。
前电极层600可以包括透明导电材料。另外，前电极层600可以具有N型半导体的特征。在这种情况下，前电极层600连同缓冲层400形成N型半导体，与作为P型半导体层的光吸收层300形成PN结。例如，前电极层600可以包括掺铝氧化锌(AZO)。前电极层600的厚度可以在约100nm到约500nm的范围内。
连接线700设置在太阳能电池的一个侧面。连接线700将太阳能电池和其相邻的另一太阳能电池进行电连接。
连接线700可以包括与前电极层600的材料相同的材料。例如，连接线700可以使用掺铝氧化锌(AZO)形成。
详细地讲，连接线700可以设置在背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600的一个侧面。另外，连接线700设置在第一凹槽P1上。详细地讲，连接线700与通过第一凹槽P1露出的支撑基板直接接触。
另外，连接线700可以只设置在第一凹槽P1的一部分上。例如，连接线700可以设置在除P1’区以外的第一凹槽P1上。因此，连接线700通过P1’区与背电极层200隔开。
在下文中，将参照图3更详细地描述连接线700。图3是剖视图，示出了实施例所述的太阳能电池模块。
参照图3，本实施例所述的太阳能模块包括设置在支撑基板100上的第一太阳能电池C1和第二太阳能电池C2、以及插在第一太阳能电池C1和第二太阳能电池C2之间的连接线700。第一太阳能电池C1和第二太阳能电池C2指的是相邻的太阳能电池。另外，虽然在图3和实施例中只示出和描述了两个太阳能电池，但本实施例不局限于此。实施例所述太阳能电池模块可以包括多个太阳能电池。
连接线700设置在第一太阳能电池C1的一个侧面，并与第二太阳能电池C2的一个侧面隔开。在这种情况下，第二太阳能电池C2的所述一个侧面是指与第一太阳能电池C1的一个侧面相邻的那个侧面。也就是，第二太阳能电池C2的所述一个侧面可以面对第一太阳能电池C1的所述一个侧面。
详细地讲，连接线700分别设置在第一太阳能电池C1的第一背电极210、第一光吸收部310、第一缓冲部410、第一高阻缓冲部510和第一前电极610的一个侧面。在这种情况下，第一背电极210通过P1’区与连接线700隔开，使得第一背电极210可以与连接线700在电学上分离。另外，连接线700可以与第一背电极210、第一光吸收部310、第一缓冲部410、第一高阻缓冲部510和第一前电极610的一个侧面直接接触。
另外，连接线700可以设置在第一凹槽P1上。详细地讲，连接线700可以与通过第一凹槽P1露出的支撑基板直接接触。第一凹槽P1是指用于将第一背电极210与第二背电极220分开的图案区。
另外，连接线700可以与第二背电极220的一个侧面和/或第二背电极220的上表面直接接触。也就是，连接线700可以在形成有第二背电极220的第二凹槽P2的一部分上形成。因此，第一太阳能电池C1的第一前电极610可以通过连接线700电连接到第二背电极220。
另外，连接线700通过第三凹槽P3与第二太阳能电池C2的一个侧面隔开。也就是，第三凹槽P3将第一太阳能电池与第二太阳能电池隔开。
根据一个实施例，连接线700的宽度可以随着到支撑基板100的距离而相应地减小，但是，本实施例不限于此。例如，连接线700可以包括在第一背电极210和第二背电极220之间形成的第一连接区710、以及在第一前电极610和第二前电极620之间形成的第二连接区720。所示的第一连接区710和第二连接区720似乎是彼此可区分的，但是，这只是出于说明的目的。事实上，第一连接区710和第二连接区720可以彼此一体形成。另外，第一连接区710的宽度可以大于第二连接区720的宽度，但是，本实施例不限于此。
参照图1和图3，与现有技术不同的是，本实施例所述的太阳能电池模块可以不包括G1区和G2区。G1区和G2区是非活性区(NAA)，太阳光所产生的电子不会转移到这些区中。因此，本实施例所述的太阳能电池模块可以减小非活性区(NAA)，从而提高光电转化效率。
图4到图8是剖视图，示出了实施例所述的太阳能电池模块的制造方法。上述对太阳能电池和太阳能电池模块的描述将通过引述结合于此。
参照图4，在支撑基板100上形成背电极层200。背电极层200可以通过PVD(物理气相沉积)方案或电镀方案来形成。
背电极层100包括第一凹槽P1。也就是，背电极层200可以通过第一凹槽P1来图案化。第一凹槽P1可以具有各种形状，例如图3所示的条形，或矩阵形状。
例如，第一凹槽P1的宽度可以在约50μm到约150μm的范围内。详细地讲，第一凹槽P1的宽度可以在约100μm到约120μm的范围内，但是实施例不限于此。根据本实施例，第一凹槽P1与现有技术中的第一凹槽相比加宽了，因此，在随后的过程中可以形成第一凹槽P1和第二凹槽P2的交叠区P12。
参照图5，在背电极层200上形成光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600。
光吸收层300可以采用各种方案来形成，例如采用同时或分别蒸发Cu、In、Ga和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硒化过程的细节，采用Cu靶、In靶、或Ga靶通过溅射过程在背电极层200上形成金属前体层。然后，金属前体层经历硒化过程，从而形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300。
另外，采用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射过程以及硒化过程可以同时进行。
此外，通过只采用Cu靶和In靶或只采用Cu靶和Ga靶的溅射过程和硒化过程可以形成CIS基或CIG基光吸收层300。
然后，采用CBD(化学浴沉积)方案通过在光吸收层300上沉积CdS可以形成缓冲层400。另外，通过溅射过程在缓冲层400上沉积ZnO，从而形成高阻缓冲层500。
然后，在高阻缓冲层500上形成前电极层600。可以通过在高阻缓冲层500上沉积透明导电材料来形成前电极层600。透明导电材料可以包括掺铝或硼的氧化锌。例如，可以通过溅射掺铝或硼的氧化锌来形成前电极层600。
参照图6，穿过光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600形成第二凹槽P2。第二凹槽P2的宽度可以在约120μm到约180μm的范围内，详细地讲，约140μm到约160μm，但本实施例不限于此。
光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和前电极层600可以通过第二凹槽P2彼此隔开。例如，参照图3，通过第二凹槽P2，第一光吸收部310与第二光吸收部320隔开，而第一前电极610与第二前电极620隔开。
第二凹槽P2与第一凹槽P1交叠，从而形成交叠区P12。交叠区P12的宽度可以在约20μm到约80μm的范围内，详细地讲，约40μm到约60μm，但实施例不限于此。根据实施例，第二凹槽P2与第一凹槽P1交叠，从而可以减小由凹槽形成的非活性区(NAA)。因此，根据实施例所述方法制造的太阳能电池模块可以具有提高的光电转化效率。
参照图7和图8，在第一凹槽P1和第二凹槽P2上形成连接线700。连接线700可以形成在第一凹槽P1和第二凹槽P2的一部分上。例如，连接线700可以选择性地形成在除P1’区和P3区之外的第一凹槽P1和第二凹槽P2上。另外，连接线700可以分别形成在背电极层200、光吸收层300和前电极层600的一个侧面。
可以采用形成前电极层600所用的过程来形成连接线700。例如，可以通过溅射过程来形成连接线700。也就是，通过进行溅射过程并改变溅射装置的倾斜角可以形成前电极层600和连接线700。
根据本实施例，在不进行附加的图案化过程的情况下，可以在形成连接线700时形成第三凹槽P3。例如，当在第二太阳能电池C2的一个侧面形成连接线700时，溅射颗粒不会到达被第三太阳能电池C3挡住的A区。因此，由于第三太阳能电池C3的阴影效应，可以自动形成第三凹槽P3。通过第三凹槽P3，太阳能电池C1、C2、C3…及Cn可以彼此隔开。
如上所述，根据实施例所述太阳能电池模块的制造方法，可以省略形成第三凹槽P3的图案化过程，从而可以缩短过程时间并降低制造成本。
在本说明书中每提及“一个实施例”、“某个实施例”、“示例性实施例”等时意味着，结合该实施例描述的具体特征、结构、或特性包含在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中不同地方出现的此类短语不一定都是指同一实施例。另外，当结合任何实施例描述具体特征、结构、或特性时，应当认为，结合其他实施例实现该特征、结构、或特性落入本领域技术人员的能力范围内。
虽然参照本发明的若干说明性实施例对实施例进行了描述，但应该知道，本领域技术人员可以构思出很多其它的变型和实施例，这些变型和实施例落入本发明原理的精神和范围内。更具体地讲，在本发明公开、附图和所附权利要求书的范围内，可以对主题组合结构的组成部分和/或排列作出各种改变和变型。除了所述组成部分和/或排列的改变和变型之外，其它用途对于本领域技术人员而言也是显然的。

Claims (19)

1.一种太阳能电池，包括：
背电极层，形成在支撑基板上并包括用于露出所述支撑基板的第一凹槽；
光吸收层，形成在所述背电极层上以及所述第一凹槽的一部分上；
在所述光吸收层上的前电极层；以及
连接线，设置在所述前电极的一个侧面、在所述光吸收层的一个侧面以及在所述第一凹槽上。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光吸收层设置在所述背电极层的上表面上和所述背电极层的一个侧面上。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述连接线包括：
与所述背电极层的一个侧面隔开的第一连接区；以及
与所述前电极层的一个侧面直接接触的第二连接区，
其中，所述第一连接区的宽度大于所述第二连接区的宽度。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述第一连接区与所述第二连接区一体形成。
5.一种太阳能电池模块，包括：
第一太阳能电池，其包括顺序形成在支撑基板上的第一背电极、第一光吸收部和第一前电极；
第二太阳能电池，其包括顺序形成在所述支撑基板上的第二背电极、第二光吸收部和第二前电极；以及
连接线，设置在所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池之间以将所述第一前电极和所述第一背电极电连接。
6.如权利要求5所述的太阳能电池模块，其中，所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池彼此相邻排列。
7.如权利要求5所述的太阳能电池模块，其中，所述连接线设置在所述第一太阳能电池的一个侧面，并与所述第二太阳能电池的一个侧面隔开。
8.如权利要求7所述的太阳能电池模块，其中，所述第一太阳能电池的所述一个侧面面对所述第二太阳能电池的所述一个侧面。
9.如权利要求5所述的太阳能电池模块，其中，所述连接线包括：
在所述第一背电极和所述第二背电极之间的第一连接区；以及
在所述第一前电极和所述第二前电极之间的第二连接区，
其中，所述第一连接区的宽度大于所述第二连接区的宽度。
10.如权利要求9所述的太阳能电池模块，其中，所述第一连接区与所述第二连接区一体形成。
11.如权利要求5所述的太阳能电池模块，其中，所述第一背电极和第二背电极被第一凹槽隔开。
12.如权利要求11所述的太阳能电池模块，其中，所述第一光吸收部和所述第二光吸收部被第二凹槽隔开，且所述第一前电极和所述第二前电极被所述第二凹槽隔开。
13.如权利要求12所述的太阳能电池模块，其中，所述第一凹槽与所述第二凹槽交叠。
14.一种太阳能电池模块的制造方法，该方法包括：
在支撑基板上形成包括第一凹槽的背电极层；
在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；
穿过所述光吸收层和所述前电极层形成第二凹槽，使得所述第二凹槽与所述第一凹槽交叠；以及
在所述第一凹槽上和所述第二凹槽上形成连接线。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述前电极层与所述连接线一体形成。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述前电极层和所述连接线通过倾斜溅射过程形成。
17.如权利要求14所述的方法，其中，在形成所述连接线时，所述连接线形成在所述背电极层的一个侧面、所述光吸收层的一个侧面以及所述前电极层的一个侧面。
18.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一凹槽的宽度在50μm到150μm的范围内。
19.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽之间的交叠区的宽度在20μm到80μm的范围内。
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