CN104011876A - 太阳能电池装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的太阳能电池装置包括：支撑基板；在所述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缓冲层；以及在所述缓冲层上的前电极层，其中，所述背电极层包括：具有第一厚度的第一电极部分；以及与所述第一电极部分相邻并且具有小于所述第一厚度的第二厚度的第二电极部分。根据本发明的太阳能电池装置的制造方法包括以下步骤：在基板上形成背电极层；蚀刻所述背电极层；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；以及在所述缓冲层上形成前电极层。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池装置及其制造方法。
背景技术
用于太阳能光伏发电的太阳能电池的制造方法如下：首先，制备基板以后，在所述基板上形成背电极层并且通过使用激光设备对该背电极层进行图案化，从而形成多个背电极。
此后，在所述背电极上依次形成光吸收层、缓冲层和高电阻缓冲层。为了形成上述光吸收层，已经广泛使用各种方法，例如，通过同时或者分别蒸镀Cu、In、Ga和Se形成基于Cu(In,Ga)Se2(CIGS)的光吸收层的方法，以及在金属前体层形成以后进行硒化工艺的方法。所述光吸收层的能量带隙在约1eV至约1.8eV的范围内。
然后，通过溅射工艺在所述光吸收层上形成包含硫化镉(CdS)的缓冲层。所述缓冲层的能量带隙在约2.2eV至约2.4eV的范围内。在此之后，通过溅射工艺在缓冲层上形成包含氧化锌(ZnO)的高电阻缓冲层。所述高电阻缓冲层的能量带隙在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
此后，在光吸收层、缓冲层和高电阻缓冲层中可以形成凹槽图案。
然后，在高电阻缓冲层上层叠透明导电材料并且在凹槽图案中填充该透明导电材料。因此，在高电阻缓冲层上形成透明电极层，并且在凹槽图案中形成连接线。构成所述透明电极层和所述连接线的材料可以包含铝掺杂氧化锌(AZO)。所述透明电极层的能量带隙可以在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
然后，在透明电极层中形成凹槽图案，所以可以形成多个太阳能电池。透明电极和高电阻缓冲区分别与所述电池相对应。所述透明电极和高电阻缓冲区可以设置为条状或者矩阵形式。
透明电极和背电极相互错开，所以所述透明电极通过连接线分别电连接到所述背电极。因此，太阳能电池可以相互串联电连接。
如上所述，为了将太阳光转换成电能，各种太阳能电池装置已经被制造并且使用。在韩国未经审查的专利公开No.10-2008-0088744中披露了上述太阳能电池装置中的一种。
发明内容
技术问题
本发明提供一种能够防止短路和具有改进性能的太阳能电池装置及其制造方法。
技术方案
根据本发明，提供一种太阳能电池装置，包括：支撑基板；在所述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缓冲层；以及在所述缓冲层上的前电极层，其中，所述背电极层包括：具有第一厚度的第一电极部分；以及与所述第一电极部分相邻并且具有小于所述第一厚度的第二厚度的第二电极部分。
根据一个实施例，本发明提供一种太阳能电池装置的制造方法，包括以下步骤：在基板上形成背电极层；蚀刻所述背电极层；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；以及在所述缓冲层上形成前电极层。
有益效果
根据本发明所述的太阳能电池装置，所述背电极层具有台阶差，所以可以增大连接部分和背电极层之间的接触面积。从而，可以减少接触电阻和串联电阻，并且可以增大填充因子。因此，可以提高太阳能电池装置的性能。
根据本发明所述的方法可以制造具有上述效果的太阳能电池装置。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的太阳能电池装置板的平面图；
图2是沿图1的A-A’线截取的剖视图；
图3是示出根据第一实施例的太阳能电池装置的板中包含的背电极层的透视图；
图4是示出根据第二实施例的太阳能电池装置的板的剖视图；以及
图5至图10是示出根据第一实施例的太阳能电池装置的板的制造过程的示图。
图11是示出根据第二实施例的太阳能电池装置的板的制造过程的示图。
具体实施方式
在实施例的描述中，应理解，当层、膜、区域、图案或者结构被称为位于另一基板、层、膜、或者另一图案上或者下时，其可以直接或间接位于所述另一层、膜、图案上，或者也可以存在一个或多个中间层。结合附图来描述所述层的此类位置。
为了使描述简便且清晰，附图中所示的元件的厚度或大小可以被夸大，并且可以不完全反映实际大小。
在下文中，将参照附图详细描述实施例。
首先，将参照图1至3描述根据第一实施例的太阳能电池装置。图1是示出根据第一实施例的太阳能电池装置的板的平面图。图2是沿图1的A-A’线截取的剖视图。图3是示出太阳能电池装置的板中包含的背电极层的透视图。
参照图1至3，太阳能电池板包括：支撑基板100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、前电极层500和多个连接器600。
支撑基板100呈板形并且支撑背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、前电极层500和连接器600。
支撑基板100可以包含绝缘体。支撑基板100可以包括玻璃基板、塑料基板或者金属基板。更详言之，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或者柔性的。
背电极层200设置在支撑基板100上。背电极层200可以是导电层。背电极层200可以包含金属，例如钼。
另外，背电极层200可以包括至少两个层。在这种情况下，通过使用同种金属或者异种金属可以形成所述层。
背电极层200可以包括：第一电极部分210、第二电极部分220和第三电极部分230。
第一电极部分210具有第一厚度TH1。第一厚度TH1可以是1μm或者1μm以下。
第二电极部分220与第一电极部分210相邻，并且具有比第一厚度TH1薄的第二厚度TH2。
第三电极部分230与第二电极部分220相邻，并且具有比第二厚度TH2薄的第三厚度TH3。第三厚度可以是500μm或者500μm以下。
第一至第三电极部分210至230可以一体地形成。
因此，参照图3，可以在背电极层200中形成台阶差。
参照图2，背电极层200的顶面是粗糙的。原因是背电极层200通过蚀刻形成。由于背电极层200是粗糙的，增加了比表面，所以可以提高短路电流密度。
第一通孔F1形成在背电极层200中。第一通孔F1是用来暴露支撑基板100的顶面的开放区域。当在平面图中看时，第一通孔F1可以具有在第一方向上延伸的形状。
第一通孔F1的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
背电极层200被第一通孔F1划分成多个背电极。也就是说，所述背电极通过第一通孔F1限定。
所述背电极通过第一通孔F1彼此隔开。所述背电极排列为条状形式。
另外，所述背电极可以排列为矩阵形式。在这种情况下，当在平面图中看时，第一通孔F1可以排列为点阵形式。
光吸收层300设置在背电极层200上。此外，构成光吸收层300的材料填充在第一通孔F1中。
光吸收层300包含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的能量带隙可以在约1eV至约1.8eV的范围内。
缓冲层400设置在光吸收层300上。缓冲层400直接接触光吸收层300.
尽管未描述，高电阻缓冲层可以设置在缓冲层400上。高电阻缓冲层500可以包含i-ZnO，即未掺杂杂质的氧化锌。高电阻缓冲层500的能量带隙在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
光吸收层300和缓冲层400中形成有第二通孔F2。第二通孔F2通过光吸收层300形成。而且，第二通孔F2是用于暴露背电极层200顶面的开放区域。第二通孔F2与第一通孔F1相邻。而且，当在平面图中看时，第二通孔F2的各部分形成在第一通孔F1的旁边。第二通孔F2具有在第一方向上延伸的形状。
每一个第二通孔F2的宽度可以在约80μm至约200μm范围内。
多个光吸收部分通过第二通孔F2限定在光吸收层300中。也就是说，光吸收层300被第二通孔F2划分成所述光吸收部分。
多个缓冲区通过第二通孔F2限定在缓冲层400中。也就是说，缓冲层400被第二通孔F2划分成多个缓冲区。
前电极层500设置在光吸收层300上。更详言之，前电极层500设置在缓冲层400上。前电极层500是透明的，并且包括导电层。此外，前电极层500的电阻大于背电极层200的电阻。
前电极层500包含氧化物。例如，前电极层500可以包含铝掺杂氧化锌(AZO)、铟锌氧化物(IZO)或者铟锡氧化物(ITO)。
前电极层500的厚度在约500nm至约1.5μm的范围内。前电极层500通过第二通孔F2可以被自动地图案化。而且，当前电极层500可以由铝掺杂氧化锌形成时，铝的掺杂比例可以在约2.5wt％至约3.5wt％的范围内。前电极层500是导电层。
前电极层500被第二通孔F2划分成多个前电极。也就是说，所述前电极通过第三通孔F3限定。
前电极排列成条状形式。另外，前电极可以排列成矩阵形式。
此外，多个电池C1、C2,…,通过第二通孔TH2限定。也就是说，根据本实施例的太阳能电池装置被第二通孔F2划分成电池C1、C2,…。此外，电池C1、C2,…在与第一方向交叉的第二方向上相互连接。也就是说，电流可以在第二方向上流过电池C1、C2,…。
连接器600布置在第二通孔F2的内侧。连接器600可以放置在第三电极部分230上。连接器600可以连接至第三电极部分230的顶面和第二电极部分220的侧面221。也就是说，可以增大连接器600和背电极层200之间的接触面积。因此，可以减少接触电阻和串联电阻，并且可以增大填充因子。从而，可以提高太阳能电池装置的性能。
连接部分600从前电极层500向下延伸以连接到背电极层200。例如，连接部分600从第一电池C1的前电极延伸以连接到第二电池C2的背电极。
因此，连接部分600使相邻的太阳能电池彼此连接。更详言之，连接部分600将包含在相邻电池C1、C2,…中的前电极和后电极彼此连接。
连接部分600与前电极层500一体地形成。也就是说，构成连接部分600的材料与构成前电极层500的材料相同。
在下文中，将参照图4描述根据第二实施例的太阳能电池装置。在下述描述中，为了描述简便且清晰，将省略与第一实施例中相同或者相似的结构和部件的细节。
图4是示出根据第二实施例的太阳能电池装置的板的剖视图。
参照图4，在根据第二实施例的太阳能电池装置中，前电极层500或者连接部分600可以连接到第三电极部分230的顶面231以及第二电极部分220的侧面221和顶面。从而，可以增大连接部分600和背电极层200之间的接触面积。因此，可以减小接触电阻和串联电阻，并且可以增大填充因子。从而，可以提高太阳能电池装置的性能。
在下文中，将参照图5至10描述根据第一实施例的太阳能电池装置的制造方法。图5至图10是示出根据第一实施例的太阳能电池装置的制造过程的示图。
参照图5，在在基板上形成背电极层200的步骤中，在支撑基板100上形成背电极200。例如，用于背电极层200的材料包含钼。背电极层200可以通过在相互不同的条件下进行所述工艺而制备为两层或者两层以上。
参照图6，背电极层200被图案化以形成第一通孔F1。因此，多个背电极形成在支撑基板100上。背电极层200通过使用激光装置被图案化。
背电极层200可以通过蚀刻背电极层200的步骤被蚀刻。在该蚀刻步骤中，背电极层200可以被蚀刻成具有第一至第三电极部分210至230。也就是说，背电极层200可以分别被蚀刻成具有第一至第三厚度TH1至TH3的第一至第三电极部分210至230。
在蚀刻步骤中，可以进行半色调蚀刻。通过使用由光致抗蚀剂制造的掩膜进行所述半色调蚀刻。详言之，根据所述半色调蚀刻，通过改变施加到掩膜的光的透射率然后进行蚀刻来制备所述掩膜。更详言之，制备了与待制造的背电极层200的形状相对应的掩膜以后，将所述掩膜放置在背电极层200上，并进行蚀刻工艺，所以可以制造具有对应于掩膜形状的形状的背电极层200。
背电极层200通过蚀刻可以具有台阶差和粗糙顶面。
参照图7，进行在背电极层200上形成光吸收层300的步骤。光吸收层300可以通过溅射工艺或者蒸镀工艺形成。
例如，为了形成光吸收层300，已经广泛使用各种方法，诸如通过同时或者分别蒸镀Cu、In、Ga和Se形成基于Cu(In,Ga)Se2(CIGS)的光吸收层的方法以及在形成金属前体层以后进行硒化工艺的方法。
关于在形成金属前体层以后的硒化工艺的细节，采用Cu靶、In靶或者Ga靶通过溅射工艺在背电极层200上形成所述金属前体层。
其后，所述金属前体层经过硒化工艺从而形成基于Cu(In,Ga)Se2(CIGS)的光吸收层300。
另外，采用Cu靶、In靶以及Ga靶的溅射工艺和硒化工艺可以同时进行。
而且，基于CIS或者CIG的光吸收层300可以通过仅仅采用Cu和In靶或者Cu和Ga靶的溅射工艺和硒化工艺形成。
然后，参照图8，进行在光吸收层300上形成缓冲层400的步骤。在该步骤中，缓冲层400通过经由溅射工艺或者CBD(化学浴沉积)方法在光吸收层300上沉积CdS形成。
其后，尽管未示出，高电阻缓冲层500通过经由溅射工艺在缓冲层400上沉积氧化锌形成。
缓冲层400和高电阻缓冲层500以薄厚度沉积。例如，缓冲层400和高电阻缓冲层500的厚度在约1nm至约80nm的范围内。
参照图9，进行在缓冲层400上形成前电极层500的步骤。前电极层500可以通过经由溅射工艺在缓冲层400上沉积诸如铝(Al)掺杂氧化锌(AZO)的透明导电材料形成。
参照图10，去除光吸收层300和缓冲层400的一部分以形成第二通孔F2。第三电极部分230的顶面可以通过第二通孔F2暴露。
第二通孔F2可以通过激光装置或者诸如尖头工具的机械装置形成。
光吸收层300和缓冲层400可以被尖头工具机械地图案化。尖头工具的宽度可以在约40μm至约180μm的范围内。
透明导电材料可以沉积在第二通孔F2中以形成连接部分。因此，所述连接部分可以连接到第三电极部分230的顶面231和第二电极部分220的侧面221。
而且，第三通孔F3形成在光吸收层300、缓冲层400和前电极层500中。第三通孔F3穿过光吸收层300、缓冲层400和前电极层500形成。而且，第三通孔F3可以暴露第二电极部分220的顶面的一部分。
第三通孔F3与第二通孔F2相邻。更详言之，第三通孔F3布置在第二通孔F2的旁边。也就是说，当在平面图上看时，第三通孔F3布置为与第二通孔F2平行并且在第二通孔F2旁边。第三通孔F3可以具有在第一方向上延伸的形状。
前电极层500被第二和第三通孔F2和F3划分成多个前电极。也就是说，所述前电极通过第二通孔F2和第三通孔F3限定。
另外，多个电池C1、C2…和Cn通过第三通孔F3限定。更详言之，所述电池C1、C2…和Cn通过第二通孔F2和第三通孔F3限定。也就是说，根据该实施例的太阳能电池装置被第二通孔F2和第三通孔F3划分成所述电池C1、C2…和Cn。另外，所述电池C1、C2…和Cn在与第一方向交叉的第二方向上相互连接。也就是说，电流可以在第二方向上流过所述电池C1、C2…和Cn。
前电极通过第三通孔F3可以可靠地相互分开。也就是说，通过第三通孔F3，所述电池可以相互分开。从而，第三通孔F3可以防止前电极短路。
在下文中，将参照图11描述根据第二实施例的太阳能电池装置的制造方法。图11是示出根据第二实施例的太阳能电池的板的制造过程的示图。
在根据第二实施例的太阳能电池装置的制造方法中，第二通孔F2和第三通孔F3可以一体形成而不被相互分开。因此，在它们上形成的连接部分可以与第三电极部分230的顶面和第二电极部分220的顶面和侧面接触。也就是说，通过确保较大的接触面积，可以提高太阳能电池装置的效率。
在本说明书中，任何对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的参考指的是结合所述实施例所描述的特定特征、结构或者特性包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各个地方出现的这类短语不一定都是指相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述特定特征、结构或者特性时，结合其它实施例实现这些特征、结构或特性应当被认为是在本领域技术人员能力范围内。
尽管已参考本发明的数个说明性实施例描述了本发明，但是应理解，本领域的技术人员可以构思出归入本发明原理的精神和范围内的众多其他修改和实施例。更具体地讲，在本说明书、附图和所附权利要求书的范围内的主题组合布置的组成部分和/或布置上的各种变化和修改是可能的。除了在组成部分和/或布置上的变化和修改以外，替代使用对于本领域的技术人员也是显然的。
Claims (14)
1.一种太阳能电池装置，包括：
支撑基板；
在所述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缓冲层；以及
在所述缓冲层上的前电极层，
其中，所述背电极层包括：
具有第一厚度的第一电极部分；以及
与所述第一电极部分相邻并且具有小于所述第一厚度的第二厚度的第二电极部分。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，还包括与所述第二电极部分相邻并且具有小于所述第二厚度的第三厚度的第三电极部分。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，所述第一电极部分、所述第二电极部分和所述第三电极部分相互一体地形成。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述第一厚度为1μm或者1μm以下。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，所述第三厚度为500nm或者500nm以下。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述背电极层具有台阶差。
7.根据权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，所述前电极层连接到所述第二电极部分的侧面。
8.根据权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，所述前电极层连接到所述第三电极部分的顶面。
9.一种太阳能电池装置的制造方法，所述方法包括：
在基板上形成背电极层；
蚀刻所述背电极层；
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；以及
在所述缓冲层上形成前电极层，
其中，所述背电极层的蚀刻包括半色调蚀刻。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，进行所述背电极层的蚀刻以使得所述背电极包括具有第一厚度的第一电极部分和与所述第一电极部分相邻并且具有小于所述第一厚度的第二厚度的第二电极部分。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，进行所述背电极层的蚀刻以使得所述背电极还包括与所述第二电极部分相邻并且具有小于所述第二厚度的第三厚度的第三电极部分。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一厚度为1μm或者1μm以下。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第三厚度为500nm或者500nm以下。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述背电极层的蚀刻包括在所述背电极层中形成台阶差。
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