CN104011875A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明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：设置在支撑基板上的背电极层；设置在背电极层上的光吸收层；设置在光吸收层上的前电极层；连接线，延伸穿过光吸收层并将背电极层与前电极层电连接；以及形成在连接线的侧表面上的侧绝缘部。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
太阳能电池可以定义为通过当太阳光照射在P-N结二极管上时产生电子的光电效应把光能转化成电能的这样一种装置。根据用于结型二极管的材料太阳能电池可以分为硅太阳能电池、包含I-III-VI族元素或III-V族元素的化合物半导体太阳能电池、染料敏化太阳能电池以及有机材料太阳能电池。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池是以I-III-VI族黄硒铜基化合物半导体制成的太阳能电池的一种，表现出优越的光吸收性，相对于低厚度的较高的光电转化效率，优越的光电稳定性。所以CIGS太阳能电池有望代替传统的硅太阳能电池。
与堆积型太阳能电池不同，CIGS薄膜太阳能电池具有多个电池单元，它们通过图案化工艺(TH1-TH3)相互串联连接。最重要的图案化工艺是TH2图案化工艺。在TH2图案中，连接线与背电极相接触，因此，如果在TH2图案处没有发生接触，可能会发生电损失，并且太阳能电池的效率也会明显降低。
发明内容
技术问题
本发明提供一种漏电流减少、可靠性提高、光电效应增强的太阳能电池及其制造方法。
技术方案
根据第一实施例所述的太阳能电池包括：设置在支撑基板上的背电极层；设置在背电极层上的光吸收层；设置在光吸收层上的前电极层；连接线，其形成为穿过光吸收层并将背电极层与前电极层电连接；以及设置在连接线的侧表面上的侧绝缘部。
根据第二实施例所述的太阳能电池包括：背电极层，设置在支撑基板上并且包括使支撑基板部分地暴露的第一凹槽；第一侧绝缘部，形成在具有第一凹槽的背电极层的侧表面上；光吸收层，设置在背电极层上并且具有使背电极层部分地暴露的第二凹槽；连接线，被间隙填充在第二凹槽中；第二侧绝缘部，被间隙填充在第二凹槽中并形成在连接线的侧表面上；以及设置在光吸收层上的前电极层。
根据实施例所述的太阳能电池制造方法包括：在支撑基板上形成背电极层；在背电极层上形成光吸收层；形成穿过光吸收层的凹槽；在凹槽的侧表面上形成侧绝缘部；以及在光吸收层上形成连接线和前电极层。
有益效果
根据第一实施例，由于在连接线的侧表面上形成了第二侧绝缘部，减少了从连接线到光吸收层的漏电流，并且相应地改善了装置的可靠性。
根据第二实施例，由于在使支撑基板部分地暴露的第一凹槽的侧表面上形成了第一侧绝缘部，被第一凹槽间隔开的背电极层之间的漏电流减少，并且相应地改善了装置的可靠性。
另外，由于侧绝缘部可以防止漏电流，凹槽的宽度可以变窄同时光吸收层的体积增加，相应地改善了光电转化效率。
根据本实施例所述的太阳能电池制造方法，通过利用带孔的切削刀头可以同时形成凹槽和侧绝缘部。也就是说，通过简易的方法就能形成侧绝缘部而无需单独过程。
附图说明
图1是根据第一实施例所述的太阳能电池的平面示意图；
图2是从图1选取的以A-A’线为剖线的剖视图；
图3是根据第二实施例所述的太阳能电池剖视图；以及
图4到图9是根据实施例所述的太阳能电池制造方法的剖视示意图。
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。为了说明目的每个部分的尺寸可能被放大，所以并不完全反映实际的尺寸。
图1是第一实施例所述的太阳能电池的平面示意图，图2是从图1选取的以A-A’线为剖线的剖视图。
参照图1和图2，第一实施例所述的太阳能电池包括支撑基板100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、前电极层500、连接线600以及侧绝缘部610。
支撑基板100为板状，用来支撑电极层200、光吸收层300、缓冲层400、前电极层500、连接线600以及侧绝缘部610。
支撑基板100可以是绝缘体。支撑基板可以是玻璃基板、塑料基板或者金属基板。更详细地讲，支撑基板100可以是钠钙玻璃基板，可以是透明的，可以是刚性的或柔性的。
背电极层200是导电层。背电极层200可以由钼(Mo)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)和铜(Cu)中的任意一种形成。在以上材料中，钼具有与支撑基板100相近的热膨胀系数，所以钼可以改善粘合性能，防止背电极层200从支撑基板100上剥落，充分满足了背电极层200所需要的特性。
第一凹槽TH1可以形成在背电极层200中。第一凹槽TH1与将支撑基板100的上表面暴露的开口区域相对应。当从顶部俯视时，第一凹槽TH1可以是朝一个方向延伸。第一凹槽TH1的宽度可以为约50μm到100μm。
光吸收层300设置在背电极层200上。光吸收层300所包括的材料也间隙填充在第一凹槽TH1中。
光吸收层300包括I-Ⅲ-Ⅵ族化合物。例如，光吸收层300可以具有铜铟镓硒基(Cu(IN,Ga)(Se,S)2，CIGSS基)晶体结构、铜铟硒基或者铜镓硒基晶体结构。光吸收层300的能带间隙约为1eV到1.8eV。
光吸收层300可以包括使背电极层200部分地暴露的第二凹槽TH2，可以通过第二凹槽TH2限定出多个光吸收部分。也就是说，第二凹槽TH2将光吸收层300分成多个光吸收部分。
第二凹槽TH2形成为邻近第一凹槽TH1。也就是说，当从顶部俯视时，第二凹槽TH2中的一些凹槽形成在靠近第一凹槽TH1的位置。第二凹槽TH2的宽度可以约为40μm到150μm，但本实施例不限于此。
连接线600和侧绝缘部610可以在第二凹槽TH2中形成。这种结构将会和连接线600一起在下面详细描述。
缓冲层400设置在光吸收层300上。根据本实施例所述的太阳能电池，在光吸收层300与前电极层500的薄膜之间形成p-n结，光吸收层300对应于作为p型半导体的CIGS或CIGSS化合物薄膜，前电极层500的薄膜作为n型半导体。然而，两种材料的晶格常数和带隙能量差别很大，所以为了形成良性p-n结，增加一个具有在两种材料之间的能带隙的缓冲层是很有必要的。缓冲层400包括硫化镉(CdS)，缓冲层400的能带隙约为2.2eV到2.4eV。
同时，尽管在图中没有示出，可以在缓冲层400上额外地设置高阻缓冲层(未示出)。高阻缓冲层包括不掺杂杂质的i-ZnO。
前电极层500设置在缓冲层400上。前电极层500是透明的，并且是导电层。前电极层500可以包括氧化物。例如，前电极层500可以包括氧化锌、铟锡氧化物(ITO)或者铟锌氧化物(IZO)。这种氧化物可以包含杂质如铝(Al)、氧化铝(Al2O3)、镁(Mg)或镓(Ga)。更详细地讲，前电极层500可以包括铝掺杂的氧化锌(AZO)或者镓掺杂的氧化锌(GZO)。
连接线600与前电极层500一体形成。也就是说，可以在前电极层500形成的同时形成连接线600，并且连接线600的材料与前电极层500的材料相同。
连接线600设置在第二凹槽TH2中，也就是说，连接线600延伸穿过光吸收层300。
连接线600从前电极层500向下延伸并连接至背电极层200。也就是说，连接线600可以将前电极层500和背电极层200进行电连接。
举例说明，连接线600从第一电池C1的前电极延伸，并连接到与第一电池C1相邻的第二电池C2的背电极。因此，连接线600将相邻的电池连接。更详细地讲，连接线600将在相邻电池C1、C2…中所包括的窗口和背电极连接，实现电流流动。
侧绝缘部610设置在连接线600的侧表面上。更详细地讲，侧绝缘部610可以设置在连接线600的两个侧表面上。
侧绝缘部610处的电阻要比连接线600处高，从而可以防止连接线600中的电子流向光吸收层300。也就是说，根据本实施例所述的太阳能电池，利用侧绝缘部610能够减少漏电流。
任何一种电阻比连接线600所用材料高的材料都可以作为侧绝缘部的材料而没有特别限制。更详细地讲，侧绝缘部610可以包括金属氧化物层，无机氧化物层或者聚合物绝缘层。另外，侧绝缘部610的宽度可以约为1μm到10μm，但本实施例不限于此。
侧绝缘部610被间隙填充在凹槽中，例如，将要形成的第二凹槽TH2中。也就是说，侧绝缘部610与连接线600一起间隙填充在将要形成的第二凹槽TH2中。例如，侧绝缘部610可以形成在光吸收层300通过第二凹槽TH2暴露的侧表面与连接线600的侧表面之间。相应地，侧绝缘部610可以与背电极层200通过第二凹槽TH2暴露的部分直接接触。
图3是第二实施例所述的太阳能电池的剖视图，有关第二实施例所述的太阳能电池的描述将会参照第一实施例所述的太阳能电池的描述。
第二实施例所述的太阳能电池还可以包括在背电极层200的侧表面上的第一侧绝缘部210，其被第一凹槽TH1间隔开。
第一侧绝缘部210能够防止电子流向覆盖第一凹槽TH1的光吸收层300。也就是说，第一侧绝缘部210区域的电阻比光吸收层300区域的电阻高。第一侧绝缘部210可以通过氧化背电极层200或者涂覆具有高电阻的聚合物化合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))来形成。另外，由于第一侧绝缘部210可以防止漏电流，所以第一凹槽TH1的宽度可以变窄，增加了光吸收层300的体积。
参照图3，第一侧绝缘部210可以是在背电极层200的侧表面上，所以其中的一部分可以是在背电极层200的上表面上形成的。另外，第一侧绝缘部210的宽度可以约为1μm到10μm。
图4到图9是实施例所述的太阳能电池制造方法的剖视示意图。有关太阳能电池方法的描述将会参照第一实施例、第二实施例所述的太阳能电池的描述。
参照图4，在支撑基板100上形成背电极层200，然后对背电极层200图案化以形成第一凹槽TH1。相应地，在支撑基板100上形成了多个背电极。背电极200的图案化可以通过激光来完成，但本实施例不限于此。
同时，尽管在图中没有示出，在第一凹槽TH1形成之后，可以在第一凹槽TH1的侧表面上形成第一侧绝缘部210。进一步说，第一侧绝缘部210的一部分可以在背电极层200的上表面上形成。
第一侧绝缘部210可以通过氧化背电极层200来形成。更详细地讲，利用激光将背电极层200图案化，并且在该过程中产生高温热量，然后通过氧气氧化被图案化的背电极层200的侧表面来形成第一侧绝缘部210。另一方面，第一侧绝缘部可以通过涂覆具有高电阻的聚合物化合物来形成。
由于第一侧绝缘部210具有很低的电导性，在被第一凹槽TH1间隔开的背电极层200之间的漏电流能够减少，同时改善了装置的可靠性。
参照图5，光吸收层300在背电极200上形成。可以通过溅射法或蒸发法来形成光吸收层300。
例如，为了形成光吸收层300，广泛运用的方法有两种，一是通过同时或分别蒸发铜、铟、镓和硒来形成铜铟镓硒基(Cu(In,Ga)(Se)2，CIGS基)光吸收层300，一是先形成金属前体层再进行硒化工艺的方法。
关于先形成金属前体层再进行硒化工艺的细节，通过利用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射工艺在背电极层200上形成金属前体层。然后，金属前体层经过硒化过程便形成了(Cu(In,Ga)(Se)2，CIGS基)光吸收层300。
作为一种选择，利用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射过程和硒化过程是可以同时进行的。
作为另一种选择，可以通过仅利用Cu靶或In靶或者利用Cu靶和Ga靶的溅射过程或者硒化过程来形成CIS或CIG基光吸收层300。
接下来，在光吸收层300上形成缓冲层400。例如，可以通过物理气相沉积(PVD)或者金属有机化学气相沉积(MOCVD)来形成缓冲层400。
参照图6和图7，可以通过部分地移除光吸收层300和缓冲层400来形成第二凹槽TH2，然后在第二凹槽TH2的侧壁上形成侧绝缘部610。
第二凹槽TH2和侧绝缘部610可以同时形成。更详细地讲，可以通过如图7所示的具有注入孔720的切削刀头700来形成第二凹槽TH2。切削刀头700具有主体710和在主体两侧形成的注入孔720。主体710的下表面是尖锐向下的。可以通过部分地削除光吸收层300来在主体710的下表面上形成第二凹槽TH2。
注入孔720可以形成为穿过主体710的上部和下部。装有绝缘部形成材料的供给单元(图中未示出)和注入孔720的上部相连。绝缘部形成材料可以是固体、气体或膏状体。也就是说，绝缘部形成材料通过注入孔注入到第二凹槽TH2的侧壁上，然后相应地，侧绝缘部610以预定厚度在第二凹槽TH2的侧壁上形成。
至此，已经完成了对于在光吸收层300中形成第二凹槽TH2和通过注入绝缘部形成材料来形成侧绝缘部610的描述，但是本实施例不限于此。也就是说，根据实施例所述的太阳能电池制造方法中，第二凹槽TH2和侧绝缘部是按顺序形成的，但本实施例不限于此。例如，在利用切削刀头700首先在光吸收层300中形成第二凹槽TH2之后，可以再次以预定的速度移动切削刀头700使得绝缘部形成材料单独被注入。
在所述过程中形成的第二凹槽TH2宽度可以约为40μm到150μm。另外，第二凹槽TH2被形成为使背电极层200的上表面能够部分地暴露。
参照图8，在前电极层400上沉积透明导电材料以形成前电极层500。
同时，在第二凹槽TH2的内侧上也沉积了透明导电材料，使得形成连接线600。也就是说，连接线600可以是通过在第二凹槽TH2中间隙填充透明导电材料形成的。更详细地讲，连接线600可以间隙填充在第二凹槽TH2的侧绝缘部610内。
可以通过在无氧氛围中沉积透明导电材料来形成前电极层500和连接线600。更详细地讲，可以通过在不含氧气的惰性气体氛围中沉积掺杂铝的氧化锌来形成前电极层500。
参照图9，通过部分地移除光吸收层300、缓冲层400和前电极层500而形成第三凹槽TH3，相应地，前电极层500被图案化以限定多个窗口和多个电池单元C1、C2…。第三凹槽TH3的宽度可以约为40μm到150μm。这样，本实施例所述的太阳能电池制造方法提供这样一种太阳能电池，其包括在第一凹槽TH1的侧表面上形成的第一侧绝缘部210和在连接线600的侧表面上形成的侧绝缘部610。第一侧绝缘部210和侧绝缘部610减少了流向背电极层200和光吸收层300的漏电流，从而改善了装置的稳定性。
在本说明书中每提及“一个实施例”、“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、或特性被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落入本发明原理的精神和范围内的很多其它的变型和实施例。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，包括：
在支撑基板上的背电极层；
在所述背电极层上的光吸收层；
在所述光吸收层上的前电极层；
连接线，延伸穿过所述光吸收层，并将所述背电极层与所述前电极层电连接；以及
在所述连接线的侧表面上的侧绝缘部。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述侧绝缘部形成在所述光吸收层的侧表面与所述连接线的侧表面之间。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述光吸收层包括凹槽，所述凹槽形成为穿过所述光吸收层并使所述背电极层部分地暴露，并且所述连接线和所述侧绝缘部被间隙填充在所述凹槽中。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述侧绝缘部与所述连接线的两个侧表面以及通过所述凹槽暴露的所述背电极层的一部分直接接触。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述侧绝缘部包括金属氧化物层、无机氧化物层和聚合物绝缘层。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述侧绝缘部的宽度为1μm到10μm。
7.一种太阳能电池，包括：
设置在支撑基板上的背电极层，其具有使所述支撑基板部分地暴露的第一凹槽；
第一侧绝缘部，其形成在具有所述第一凹槽的所述背电极层的侧表面上；
设置在所述背电极层上的光吸收层，其具有使所述背电极层部分地暴露的第二凹槽；
被间隙填充在所述第二凹槽中的连接线；
第二侧绝缘部，其被间隙填充在所述第二凹槽中且形成在所述连接线的侧表面上；以及
在所述光吸收层上的前电极层。
8.如权利要求7所述的太阳能电池，其中，所述第一侧绝缘部包括所述背电极层的被氧化材料。
9.如权利要求7所述的太阳能电池，其中，所述第二侧绝缘部形成在所述光吸收层的侧表面与所述连接线的侧表面之间。
10.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
在支撑基板上形成背电极层；
在所述背电极层上形成光吸收层；
形成穿过所述光吸收层的凹槽；
在所述凹槽的侧表面上形成侧绝缘部；以及
在所述光吸收层上形成连接线和前电极层。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述凹槽的形成和所述侧绝缘部的形成是同时进行的。
12.如权利要求10所述的方法，其中，利用切削刀头形成所述凹槽，以及利用通过在所述切削刀头中形成的孔洞注入的绝缘材料来形成所述侧绝缘部。
13.如权利要求10所述的方法，其中，通过将与所述前电极层的材料相同的材料间隙填充在所述凹槽中来形成所述连接线。
14.如权利要求10所述的方法，其中，形成所述背电极层包括：
形成穿过所述背电极层的另一个凹槽；以及
在所述另一个凹槽的侧表面上形成另一个侧绝缘部。
15.如权利要求14所述的方法，其中，与所述光吸收层的材料相同的材料被间隙填充在所述另一个凹槽中。
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