CN103999235B - 太阳能电池装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据实施例，提供一种太阳能电池装置。该太阳能电池装置包括基板上的背电极层、所述背电极层上的光吸收层、所述光吸收层上的缓冲层，所述缓冲层上的前电极层、以及连接部，该连接部与所述前电极层接触、穿过所述光吸收层、并与所述背电极层接触。所述连接部包括与构成所述前电极层的材料不同的材料。

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
一种用于太阳能发电的太阳能电池的制造方法如下。首先，在准备好基板后，在该基板上形成背电极层，并通过激光图形化该背电极层，从而形成多个背电极。
此后，在所述背电极上顺序形成光吸收层、缓冲层以及高阻缓冲层。为了形成所述光吸收层，多种方法被广泛采用，例如通过同时或分别蒸发Cu、In、Ga和Se以形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层的方案、以及先形成金属前体膜再进行硒化过程的方案。所述光吸收层的能带间隙在约1eV到约1.8eV的范围内。
然后，通过溅射过程在所述光吸收层上形成包括硫化镉(CdS)的缓冲层。所述缓冲层的能带间隙在约2.2eV到约2.4eV的范围内。之后，通过溅射过程在所述缓冲层上形成包括氧化锌(ZnO)的高阻缓冲层。所述高阻缓冲层的能带间隙在约3.1eV到约3.3eV的范围内。
此后，在所述光吸收层、所述缓冲层以及所述高阻缓冲层上可以形成凹槽图形。
之后，在所述高阻缓冲层上层叠透明导电材料，该透明导电材料也填充在所述凹槽图形中。因此，在所述高阻缓冲层上形成透明电极层，并在所述凹槽图形内形成连接线。构成所述透明电极层和所述连接线的材料可以包括掺铝氧化锌(AZO)。所述透明电极层的能带间隙可以在约3.1eV到约3.3eV的范围内。
然后，在所述透明电极层内形成凹槽图形，使得多个太阳能电池单元得以形成。所述透明电极与所述高阻缓冲部分别与所述太阳能电池单元对应。所述透明电极与所述高阻缓冲部可以按照条纹或矩阵形式设置。
所述透明电极与所述背电极相互不对齐，并通过连接线相互电连接。因此，所述太阳能电池单元可以以串联方式相互间电连接。
如上所述，为了将太阳光转换为电能，已经制造和使用了多种太阳能电池装置。韩国未审查专利公开No.10-2008-0088744中公开了其中一种太阳能电池装置。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种能够防止短路现象并提高性能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。该太阳能电池装置包括：在基板上的背电极层；在所述背电极层上的光吸收层；在所述光吸收层上的缓冲层；在所述缓冲层上的前电极层；以及连接部，该连接部与所述前电极层接触、穿过所述光吸收层、并与所述背电极层接触。所述连接部包括与构成所述前电极层的材料不同的材料。
根据实施例，提供一种太阳能电池的制造方法。该方法包括：在基板上形成背电极层；在所述背电极层上形成光吸收层；在所述光吸收层上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成前电极层；在所述前电极层形成后，形成穿过所述光吸收层、所述缓冲层以及所述前电极层的第二通孔；以及在所述第二通孔内形成连接部。所述连接部包括与构成所述前电极层的材料不同的材料。
有益效果
根据本实施例，所述第二通孔TH2和所述第三通孔TH3可以减少死区。因此，可以增加短路电流密度，使得光电转换效率得到提高。
另外，在薄膜沉积过程完成后，马上形成所述第一至第三通孔，使得加工时间和成本得以降低。另外，由于所述第一至第三通孔在薄膜沉积过程完成后形成，因此，所述背电极层和所述前电极层的氧化得以最小化。因此，可以降低接触电阻和串联电阻，并可以提高填充因子。
同时，在所述第一通孔内设置有所述绝缘部。因此，可以降低漏电流，且可以提高填充因子。
根据本实施例所述的太阳能电池装置的制造方法，在薄膜沉积过程完成后，由于第一通孔至第三通孔在支撑基板完全热变形后才图形化，因此，不需要应用偏移值。
附图说明
图1是平面图，示出了第一实施例所述的太阳能电池装置的面板；
图2为沿图1的A-A`线截取的剖视图；
图3是剖视图，示出了第二实施例所述的太阳能电池装置的面板；
图4至图8是剖视图，示出了第一实施例所述的太阳能电池装置的面板的制造过程；以及
图9至图11是剖视图，示出了第二实施例所述的太阳能电池装置的面板的制造过程。
具体实施方式
在实施例的描述中，应该明白，当某一层(膜)、区域、图形或者结构被称作是在另一基板、另一层(膜)、另一区域、另一衬垫或者另一图形“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)、区域、衬垫或图形之上或之下，也可以存在一个或更多的中间层。每个层的这种位置参照附图进行了描述。
附图中所示的每一层(膜)、区域、图形或者结构的厚度和尺寸可以为了方便或清晰的目的被夸大、省略或者示意性地绘出。另外，每一层(膜)、区域、图形或者结构的尺寸并不完全反映实际尺寸。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。
首先，在下文中，将详细描述第一实施例所述的太阳能电池装置。图1是平面图，示出了第一实施例所述的太阳能电池装置的面板。图2为沿图1的A-A`线截取的剖视图。
参照图1和图2，所述太阳能电池装置包括支撑基板100、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、绝缘部700以及多个连接部800。
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以及连接部800。
支撑基板100可以为绝缘体。支撑基板100可以是玻璃基板、塑料基板、或者金属基板。更详细地讲，支撑基板100可以为钠钙玻璃基板。支撑基板100可以是透明的。支撑基板100可以是刚性或柔性的。
在支撑基板100上设置背电极层200。背电极层200为导电层。例如，构成背电极层200的材料可以包括金属，例如钼(Mo)。
背电极层200可以包括两层或者更多层。在这种情形中，各层可以由相同金属或者不同金属形成。
背电极层200内设有第一通孔TH1。第一通孔TH1穿过背电极层200、光吸收层300、缓冲层400以及前电极层600。第一通孔TH1为开放区域以露出支撑基板100的上表面。当从平面图观察时，第一通孔TH1可以具有沿一个方向延伸的形状。
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可以把背电极层200分成多个背电极。也就是说，背电极由第一通孔TH1界定。
第一通孔TH1将背电极彼此隔开。背电极按照条纹形式排列。
另外，背电极可以按照矩阵形式排列。在这种情形下，当从平面图观察时，第一通孔TH1可以具有点阵形式。
同时，第一通孔TH1内设置有绝缘部700。另外，连接部800的一部分可以设置于第一通孔TH1内。更详细地讲，连接部800可以设置于绝缘部700上。因此，可以降低漏电流，且可以增加填充因子。
绝缘部700的上表面710高于背电极层的上表面210。因此，背电极层200可以与连接部800绝缘。绝缘部700可以包括聚合物或陶瓷材料。
背电极层200上设置有光吸收层300。
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)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。
光吸收层300的能带间隙可以在约1eV到约1.8eV的范围内。
在光吸收层300上设置缓冲层400。缓冲层400包括硫化镉(CdS)。缓冲层400的能带间隙可以在约2.2eV到约2.4eV的范围内。
在缓冲层400上设置高阻缓冲层500。高阻缓冲层500包括不掺杂杂质的i-ZnO。高阻缓冲层500的能带间隙可以在约3.1eV到约3.3eV的范围内。
光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500以及前电极层600内形成有第二通孔TH2。第二通孔TH2穿过光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500以及前电极层600。另外，第二通孔TH2为开放区域以露出背电极层200的上表面。
第二通孔TH2邻近第一通孔TH1。也就是说，当从平面图观察时，第二通孔TH2的部分形成在第一通孔TH1旁。第二通孔TH2具有沿第一方向延伸的形状。
每个第二通孔TH2的宽度可以在约80μm到约200μm的范围内。
第二通孔TH2在光吸收层300中定义了多个光吸收部310、320…以及N。也就是说，第二通孔TH2将光吸收层300分成了光吸收部310、320…以及N。
第二通孔TH2在缓冲层400中定义了多个缓冲部。也就是说，第二通孔TH2将缓冲层400分成了多个缓冲部。
第二通孔TH2在高阻缓冲层500中定义了多个高阻缓冲部。也就是说，第二通孔TH2将高阻缓冲层500分成了多个高阻缓冲部。
在高阻缓冲层500上设置前电极层600。前电极层600是透明的，且包括传导层。另外，前电极层600的电阻大于背电极层200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)，或者掺镓氧化锌(GZO)。
前电极层600的厚度在约0.5μm到约1.5μm的范围内。第二通孔TH2将前电极层600分成多个前电极。就是说，第二通孔TH2定义多个前电极。第三通孔TH3形成在第二通孔TH2旁。第三通孔TH3使背电极层200的上表面210露出，且穿过光吸收层300。
前电极的形状与背电极的形状对应。也就是说，前电极以条纹的形式设置。或者，前电极可以以矩阵形式设置。
另外，第二通孔TH2定义多个单元C1、C2…以及Cn。更具体地讲，第二通孔TH2将本实施例所述的太阳能电池装置分成多个单元(C1、C2…以及Cn)。另外，单元C1、C2…以及Cn在与第一方向相垂直的第二方向上相互连接。也就是说，电流可以沿着第二方向流经单元C1、C2…以及Cn。
在第二通孔TH2的内部设置连接部800。另外，连接部800的一部分可设置于第一通孔TH1内。也就是说，连接部800的一部分可以设置在绝缘部700上。
每个连接部800从前电极层600向下延伸并与背电极层200连接。详细的说，连接部800与前电极层600接触。连接部800穿过光吸收层300并与背电极层200连接。例如，每个连接部800从第一单元C1的前电极延伸，并与第二单元C2的背电极连接。
因此，连接部800使相邻的单元彼此连接。更详细地说，连接部800使相邻的C1、C2…以及Cn内的前电极和背电极彼此相连。
连接部800包括与前电极层600不同的材料。详细地说，连接部800可以包括金属。例如，连接部800可以包括铝(Al)、镍(Ni)或银(Ag)。
根据本实施例，第二通孔TH2和第三通孔TH3可以减少死区。因此，能够增加短路电流密度，使得光电转换效率能够得到提高。
另外，如上所述，在进行了直到前电极层600的沉积过程后形成第一至第三通孔TH1、TH2以及TH3。也就是说，在薄膜沉积过程完成后，马上形成第一至第三通孔TH1至TH3，使得加工时间和成本得以降低。另外，由于在薄膜沉积过程完成后形成第一至第三通孔TH1至TH3，因此，背电极层200和前电极层600的氧化得以最小化。因此，可以降低接触电阻和串联电阻，并可以提高填充因子。也就是说，根据现有技术，第一通孔TH1在沉积过程中形成，过程的等待时间增加了，使得因背电极层200和前电极层600的氧化之故接触电阻增加了。
在下文中，将参照图3描述第二实施例所述的太阳能电池装置。为了说明的清楚和简洁，将省略与第一实施例相同或相似的组成部分的细节，以避免冗余。
图3是剖视图，示出了第二实施例所述的太阳能电池装置的面板。
参照图3，第一实施例所述的第二通孔(图2中的附图标记TH2)和第三通孔(图2中的附图标记TH3)相互重叠，从而形成第二通孔th2。连接部800可以设置在第二通孔th2的一部分中。
在下文中，将参照图4至图8描述第一实施例所述的太阳能电池装置的制造方法。图4至图8是剖视图，示出了第一实施例所述的太阳能电池装置的面板的制造过程。
首先，参照图4，在支撑基板100上形成背电极层200。背电极层200可以包括钼(Mo)。通过彼此不同的过程，背电极层200可以形成有至少两层。
进行在背电极层200上形成光吸收层300的步骤。光吸收层300可以通过溅射过程或者蒸发过程形成。
例如，为了形成光吸收层300，广泛使用过各种方案，比如，通过同时或分别蒸发Cu、In、Ga和Se以形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300的方案、以及先形成金属前体层再进行硒化过程的方案。
至于先形成金属前体层再进行硒化过程的细节，利用Cu靶、In靶或者Ga靶通过溅射过程在背接触电极200上形成金属前体层。
然后，在金属前体层上进行硒化过程，进而形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300。
另外，利用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射过程可以与硒化过程同时进行。
另外，通过只用Cu靶与In靶或者只用Cu靶与Ga靶的溅射过程以及硒化过程可以形成CIS或CIG光吸收层300。
然后，在通过溅射过程或CBD(化学浴沉积)方案沉积CdS后，可以形成缓冲层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的沉积厚度较薄。例如，缓冲层400和高阻缓冲层500的厚度可以在约1nm到约80nm的范围内。
进行在高阻缓冲层500上形成前电极层600的步骤。通过溅射过程在高阻缓冲层500上沉积透明导电材料(例如掺铝氧化锌(AZO))，可以形成前电极层600。
然后，参照图5，进行下述步骤：形成穿过背电极层200、光吸收层300、缓冲层400以及前电极层600的第一通孔TH1。第一通孔TH1可以通过机械设备(例如针尖)形成。也就是说，背电极层200、光吸收层300、缓冲层400以及前电极层600可以通过针尖机械地进行图形化，该针尖的宽度可以在约40μm到约180μm的范围内。
接着，参照图6，在形成前电极层600后进行下述步骤：形成穿过光吸收层300、缓冲层400以及前电极层600的第二通孔TH2。第二通孔TH2可以形成为与第一通孔TH1相邻。第二通孔TH2可以通过激光进行图形化。
接着，参照图7，可以在第二通孔TH2旁形成第三通孔TH3，其穿过光吸收层300的同时露出背电极层200的上表面210。第三通孔TH3可以通过激光进行图形化。
接着，参照图8，可以在第一通孔TH1内形成绝缘部700。绝缘部700的上表面710可以形成为高于背电极层200的上表面210。可以通过丝网印刷方法或涂料器在第一通孔TH1内插入包括聚合物或陶瓷材料的绝缘材料来形成绝缘部700。接着，通过固化绝缘材料可以从绝缘材料中去除粘合剂。
接着，参照图2，可以在绝缘部700的上表面上以及在第二通孔TH2内形成连接部800。在形成连接部800的步骤中，可以将金属和有机粘合剂混合形成的金属浆插入第二通孔TH2内。可以通过丝网印刷方法或涂料器来插入金属浆。
接着，进行固化金属浆的步骤。固化金属浆的步骤可以在250℃或低于250℃的温度下进行。另外，固化金属浆的步骤可以进行30分钟或少于30分钟。通过固化金属浆的步骤，可以从金属浆中去除粘合剂。
通过第二通孔TH2和第三通孔TH3可以减少死区。因此，能够增加短路电流密度，使得光电转换效率能够得到提高。
另外，在薄膜沉积过程完成后，由于在支撑基板100完全热变形后才对第一通孔TH1至第三通孔TH3进行图形化，因此，不需要应用偏移值。
在下文中，将参照图9至图11描述第二实施例所述的太阳能电池装置的制造方法。
图9至图11是剖视图，示出了第二实施例所述的太阳能电池装置的面板的制造过程。
参照图9，进行下述步骤：形成穿过背电极层200、光吸收层300、缓冲层400以及前电极层600的第一通孔th1。
接着，参照图10，进行下述步骤：在第一通孔th1旁形成第二通孔th2。第二通孔th2可以穿过光吸收层300、缓冲层400以及前电极层600.
接着，参照图11，可以在第一通孔th1内形成绝缘部700。接着，参照图3，可以在绝缘部700的上表面710上以及在第二通孔th2的一部分中形成连接部800。
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 (15)

1.一种太阳能电池装置，包括：
在基板上的背电极层；
在所述背电极层上的光吸收层；
在所述光吸收层上的缓冲层；
在所述缓冲层上的前电极层；
连接部，该连接部与所述前电极层接触、穿过所述光吸收层、并与所述背电极层接触；
第二通孔，所述第二通孔穿过所述光吸收层、所述缓冲层、所述前电极层，同时露出所述背电极层的上表面；
第一通孔，所述第一通孔邻近所述第二通孔形成，同时穿过所述背电极层、所述光吸收层、所述缓冲层以及所述前电极层，
其中，所述第一通孔内设置有绝缘部，所述绝缘部的上表面低于所述前电极层的上表面，
其中，所述连接部形成在所述第二通孔内，并且所述连接部的一部分延伸到所述第一通孔内并且与所述绝缘部接触，
其中，所述连接部包括与构成所述前电极层的材料不同的材料。
2.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述连接部包括金属。
3.如权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，所述连接部包括铝(Al)、镍(Ni)或银(Ag)。
4.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述绝缘部的上表面高于所述背电极层的上表面。
5.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述绝缘部包括聚合物或者陶瓷材料。
6.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述连接部设置在所述绝缘部上。
7.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述连接部的一部分被设置在所述第一通孔中。
8.如权利要求1所述的太阳能电池装置，进一步包括第三通孔，该第三通孔形成在所述第二通孔旁，同时穿过所述光吸收层并露出所述背电极层的上表面。
9.如权利要求8所述的太阳能电池装置，其中，所述第二通孔与所述第三通孔重叠。
10.一种太阳能电池装置的制造方法，该方法包括：
在基板上形成背电极层；
在所述背电极层上形成光吸收层；
在所述光吸收层上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成前电极层；
在形成所述前电极层后，形成穿过所述光吸收层、所述缓冲层、以及所述前电极层的第二通孔；
在形成所述前电极层后，形成第一通孔，该第一通孔在所述第二通孔旁，同时穿过所述背电极层、所述光吸收层、所述缓冲层以及所述前电极层；以及，
在所述第一通孔内形成绝缘部，
在所述第二通孔内形成连接部，
其中，所述绝缘部的上表面低于所述前电极层的上表面，
其中，所述连接部的一部分延伸到所述第一通孔内并且与所述绝缘部接触，
其中，所述连接部包括与构成所述前电极层的材料不同的材料。
11.如权利要求10所述的方法，其中，在所述第二通孔内形成所述连接部的过程中，将混合金属和无机粘合剂所得到的金属浆插入所述第二通孔内。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在所述第二通孔内形成所述连接部的过程中，混合所述金属和无机粘合剂所得到的所述金属浆设置在所述绝缘部上。
13.如权利要求11或12所述的方法，进一步包括固化所述金属浆。
14.如权利要求13所述的方法，其中，固化所述金属浆在250℃或低于250℃的温度下进行。
15.如权利要求13所述的方法，其中，固化所述金属浆进行30分钟或少于30分钟。
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