CN104025308B - 太阳能电池装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池装置及其制造方法。该太阳能电池装置包括设置在支撑基板上的虚设部分；设置在所述支撑基板上处于所述虚设部分之间的多个太阳能电池；以及设置在所述支撑基板和所述虚设之间并与所述太阳能电池电连接的汇流条。所述太阳能电池和所述虚设部分中的每一个包括在所述支撑基板上依次设置的背电极层、光吸收层以及前电极层。

Description

太阳能电池装置及其制造方法
技术领域
本实施例涉及一种太阳能电池装置及其制造方法。
背景技术
太阳能电池可以定义为利用当光照射在P-N结二极管上时产生电子的光伏效应来将光能转化成电能的装置。根据用于结型二极管的材料，此种太阳能电池可以分为硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池、染料敏化太阳能电池以及有机太阳能电池。
太阳能电池的最小单元为一个电池，单个太阳能电池产生的电压通常低到约0.5V到0.6V。把几个电池在一个基板上串联连接并制造成板状形式以用于产生几伏到几百伏电压的单元可以称为模块。进而，通过把太阳能电池模块安装在框架上制造太阳能电池装置。
在太阳能电池装置中，作为正极和负极的导体(汇流条)与太阳能电池相连接。在一般的汇流条制造过程中，在制造完太阳能电池模块以后，通过诸如焊接的工艺在太阳能电池模块上形成金属汇流条。接下来，在汇流条上设置具有和外部面板相近颜色的连接部件，以改善太阳能电池模块的外观。
通过这种方法制造的汇流条与太阳能电池模块之间的接合力弱，并且为了改善太阳能电池模块的外观还需要额外的过程，因此降低了工艺效率。
发明内容
技术问题
本实施例提供一种能够改善光电转化效率和外观的太阳能电池装置。
解决方案
根据实施例，提供一种太阳能电池装置，包括：在支撑基板上的虚设部分；在支撑基板上的位于所述虚设部分之间的多个太阳能电池；以及汇流条，所述汇流条电连接到所述太阳能电池，并且设置在所述支撑基板与所述虚设部分之间。其中，所述太阳能电池和所述虚设部分中的每一个均包括在支撑基板上依次设置的背电极层、光吸收层以及前电极层。
根据实施例，提供一种太阳能电池装置制造方法，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汇流条；在所述背电极层和所述汇流条上形成光吸收层；在所述光吸收层上形成前电极层；以及将所述光吸收层和所述前电极层图案化以形成多个太阳能电池和虚设部分。
有益效果
根据本实施例所述的太阳能电池装置，汇流条设置在支撑基板与虚设部分之间。相应地，本实施例所述的太阳能电池装置不需要利用单独的遮蔽单元就可以防止汇流条暴露。因此，本实施例所述的太阳能电池装置的外观得到大大改善，该太阳能电池装置可以轻易地应用于幕墙太阳能电池模块，例如，应用在建筑的外墙上。
另外，汇流条形成在非作用区域(NAA)中而不是形成太阳能电池C1、C2、C3…的作用区域(AA)，例如，形成在虚设部分中。因此太阳能电池装置的作用区域面积得到了增加。相应地，太阳能电池装置的效率也得以提高。
在本实施例所述的制造太阳能电池装置的方法中，在形成光吸收层之前在背电极层上形成汇流条。因此，在背电极层和汇流条之间的界面上不会形成原本可能在光吸收层制造过程中产生的接触电阻层。因此，可以促进在背电极层和汇流条之间的电子迁移，能够改善太阳能电池装置的光电转化效率。此外，可以大大改善背电极层与汇流条之间的接合强度。
附图说明
图1是示出了本实施例所述的太阳能电池装置的上表面的平面图；
图2和图3是沿图1中的A-A’线截取的剖视图；以及
图4至图8是示出了本实施例所述的太阳能电池装置的制造方法的剖视图。
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多个中间层。层的这种位置参照附图进行了描述。附图中所示的元件的尺寸可能为了说明的目的而夸大，可能并不完全反映实际的尺寸。
图1是示出了本实施例所述的太阳能电池装置的上表面的平面图。图2和图3是沿图1中的A-A’线截取的剖视图。
参照图1，本实施例所述的太阳能电池装置包括支撑基板10、太阳能电池模块20以及汇流条30。
支撑基板10具有平板形状并且支撑太阳能电池模块20和汇流条30。支撑基板10可以是透明的，刚性的或柔性的。支撑主体10可以是绝缘体。
例如，支撑基板10可以是玻璃基板、塑料基板，或金属基板。更具体地，支撑基板10可以是钠钙玻璃基板。
替代地，支撑基板10的材料可以包括陶瓷(如氧化铝)、不锈钢、柔性聚合物等等。
在支撑基板10上设置太阳能电池模块20。太阳能电池模块20可以包括多个太阳能电池C1、C2、C3…和虚设部分DUM。
太阳能电池C1、C2、C3…彼此电连接。例如，太阳能电池C1、C2、C3…可以串联电连接，但本实施例不限于此。相应地，太阳能电池模块20可以将太阳光转化为电能。同时，图1到图3示出了四个太阳能电池C1、C2、C3…，但本实施例不限于此。
每个太阳能电池C1、C2、C3…包括设置在支撑基板10上的背电极层200、设置在背电极层200上的光吸收层300以及设置在光吸收层300上的前电极层600。每个太阳能电池C1、C2、C3…可以进一步包括在光吸收层300与前电极层600之间的缓冲层400和高电阻缓冲层500，但本实施例不限于此。
背电极层200可以由钼(Mo)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)和铜(Cu)中的一种形成。在以上材料中，Mo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从基板100上剥落。
在背电极层200上设置光吸收层300。光吸收层300包括Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物。例如，光吸收层300可以具有铜-铟-镓-硒基(Cu(In,Ga)(Se,S)2，CIGSS基)晶体结构、铜-铟-硒基或铜-镓-硒基晶体结构。
在光吸收层300上设置缓冲层400。缓冲层400包括硫化镉、ZnS、InXSY以及InXSeYZn(O,OH)。在缓冲层400上设置高电阻缓冲层500。高电阻缓冲层500包括不掺杂杂质的i-ZnO。
在光吸收层300上可以设置前电极层600。例如前电极层600可以与在光吸收层300上的高电阻缓冲层500直接接触。
前电极层600可以由传输型导电材料形成。进一步说，前电极层600可以具有n型半导体的特性。然后，前电极层600与缓冲层40一起形成n型半导体，从而与作为p型半导体层的光吸收层300构成pn结。
同时，参照图2，本实施例所述的太阳能电池模块20除太阳能电池C1、C2、C3…之外可以还包括虚设部分DUM。虚设部分DUM指在图案化工艺中形成的将太阳能电池C1、C2、C3…彼此电连接的非作用区域(NAA)。在太阳能电池模块20的最外侧部分可以形成虚设部分DUM。例如，如图2所示，在太阳能电池模块20的两个侧表面上形成虚设部分DUM。
与太阳能电池C1、C2、C3…相似，虚设部分DUM可以包括背电极层200或前电极层600。有关太阳能电池C1、C2、C3…的描述基本上可以并入对虚设部分DUM的描述中。
在支撑基板10与虚设部分DUM之间设置汇流条30。汇流条30可以由银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、锡(Sn)、钛(Ti)、镍(Ni)、其合金以及它们的组合中的一种形成。更具体地，汇流条30可以由银(Ag)形成。例如，当汇流条30厚度大约在5μm到15μm，宽度大约在1mm到4mm的情况下，汇流条30的比电阻为3×10-6Ωcm到5×10-6Ωcm。，但本实施例不限于此。
在太阳能电池模块20的背电极层200上设置汇流条30。更具体地，可以在虚设部分DUM的背电极层200上设置汇流条30。例如，汇流条30可以与在虚设部分DUM中的背电极层200的上表面直接接触。相应地，在汇流条30上设置光吸收层300或前电极层600。
所以，不需要利用单独的遮蔽单元就可以防止汇流条30暴露在外面。相应地，大大改善了本实施例所述的太阳能电池装置的外观，于是该太阳能电池装置易于应用于幕墙太阳能电池模块，例如，应用在建筑的外墙上。另外，在非作用区域(NAA)中形成汇流条30，而不是在形成太阳能电池C1、C2、C3…的作用区域(AA)中，因此大幅增加了作用区域面积。相应地，可以提高所述太阳能电池装置的效率。
汇流条30可以包括第一汇流条31和第二汇流条32，其中第一汇流条31连接至太阳能电池C1、C2、C3…中的一个，第二汇流条32连接至太阳能电池C1、C2、C3…中的另一个。例如，如图2所示，第一汇流条31可以通过背电极层200电连接至电池C1，另外，第二汇流条32可以通过背电极层200电连接至电池C4。
可以在太阳能电池模块20的外围区域形成汇流条30。例如，如图2所示，可以在太阳能电池模块20的两侧表面上形成汇流条30。
参照图3，本实施例所述的太阳能电池装置可以进一步包括接触电阻层700。在背电极层200上不形成汇流条30的区域上形成接触电阻层700，从而增加背电极层200的接触电阻。
在光吸收层300形成的过程中可以形成接触电阻层700。例如，通过背电极层200上的钼(Mo)和光吸收层300上的硒(Se)反应形成接触电阻层700，因此，接触电阻层700可以包括MoSe2或MoS2。
如上所述，在汇流条30与背电极层200的界面上不设置接触电阻层。相应地，汇流条30和背电极层200可以彼此直接接触，从而可以促进汇流条30与背电极层200之间的电子迁移。因此，可以改善本实施例所述的太阳能电池装置的光电转化效率，并且可以大大改善汇流条30与背电极层200之间的接合强度。
图4到图8是示出了本实施例所述的太阳能电池装置的制造方法的剖视图。描述实施例所述方法时将会参考上面描述的太阳能电池装置。
参照图4，在支撑基板10上形成背电极层200。通过物理气相沉积(PVD)或镀层可以形成背电极层200。
背电极层200包括第一图案P1。也就是说，背电极层200可以通过第一图案P1图案化。例如，第一图案P1的宽度大约在80μm到200μm，但本实施例不限于此。
接下来，在背电极层200上形成汇流条30。例如，如图5所示，可以在背电极层200上形成第一汇流条31和第二汇流条32。
形成汇流条30的工艺不受特别限制，只要其能够在技术上普遍应用即可。
例如，汇流条30可以利用糊状物制造。更具体地，汇流条30可以通过以下步骤制造，即，在背电极层200上涂布包含导电粉末的糊状组合物，然后对所涂布的糊状组合物进行热处理，其中该导电粉末包括银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、锡(Sn)、钛(Ti)、镍(Ni)、其合金以及它们的组合。更具体地，该导电粉末可以包括从银(Ag)、银(Ag)合金、银(Ag)化合物以及它们的组合构成的组中选择的一种材料。例如，该导电粉末可以是具有大约0.01μm到30.0μm大小的银(Ag)微粒，但本实施例不限于此。
除以上描述的粉末之外，该糊状组合物还包括粘合剂和溶剂。另外，该糊状组合物可以包括分散介质以改善固体组分的分散性。用作粘合剂的材料例子可以包括硝基纤维素、乙基纤维素或丙烯酸树脂，但本实施例不限于此。用作溶剂的材料例子可以包括醇，诸如乙醇或甲醇，但本实施例不限于此。
利用上述方法制造的糊状组合物可以通过浸涂、丝网印刷、辊印或平面涂布(table coating)印刷在或涂布在背电极层200上。
其后，通过对糊状组合物热处理来制造汇流条30。热处理过程包括干燥、预热以及固化糊状组合物。可以在大约200℃到400℃的温度下执行预热过程大约10min到60min，但本实施例不限于此。然后，可以去除在糊状组合物中所含的诸如溶剂和粘合剂的有机材料。其后，在大约450℃至600℃的温度下固化该糊状组合物，使得可以在背电极层200上形成汇流条31和32。
作为另一例子，可以通过接合来制造汇流条。更具体地，可以通过在背电极层200的一部分上形成汇流条线(未示出)然后将汇流条30接合至汇流条线上来制造汇流条30。与汇流条30相似，该汇流条线可以包括包含银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、锡(Sn)、钛(Ti)、镍(Ni)、其合金以及它们的组合的导电材料。可以通过一般的焊接工艺或激光工艺来制造汇流条线。例如，可以通过点焊将汇流条线接合至背电极层200，但本实施例不限于此。
接下来，将汇流条30与该汇流条线电连接。也可以通过一般的焊接工艺或激光工艺来制造汇流条30。然后，在激光工艺中，可以通过利用具有波长在800nm到1110nm范围内的激光来将汇流条线与汇流条30彼此接合。例如，可以通过点焊将汇流条30接合在汇流条线，但本实施例不限于此。
同时，目前已经描述了，在背电极层200上形成汇流条线，然后在汇流条线上形成汇流条30，但本实施例不限于此。也就是说，在根据本实施例所述的太阳能电池装置中，可以通过焊接工艺或激光工艺直接在背电极层200上形成汇流条30。
参照图6，在背电极层200和汇流条30上形成光吸收层300。形成光吸收层300的代表实例包括，例如，通过同时或分别蒸发铜、铟、镓、硒来形成铜-铟-镓-硒基(Cu(In,Ga)(Se)2；CIGS基)光吸收层300的方法，以及先形成金属前体层然后再进行硒化的方法。
至于先形成金属前体层然后再进行硒化工艺的细节，通过使用Cu靶、In靶和Ga靶的溅镀工艺在背电极层200上形成金属前体层。然后，在金属前体层上进行硒化工艺，进而形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300。
作为一替代例，利用Cu靶、In靶和Ga靶的溅镀过程可以与硒化过程同时进行。
作为另一替代例，可以通过仅使用Cu靶和In靶或者仅使用Cu靶和Ga靶的溅镀过程或硒化过程来形成CIS基或CIG基光吸收层300。
如上所述，在形成光吸收层300的过程中，可以在背电极层200上在不形成汇流条30的区域中形成接触电阻层700。例如，可以通过背电极层200上的钼(Mo)和光吸收层300上的硒(Se)反应形成接触电阻层700，接触电阻层700可以包括MoSe2或MoS2。
作为一替代例，接触电阻层700没有形成在背电极层200上形成汇流条30的区域中。也就是说，在汇流条30和背电极层300的交界面上没有形成接触电阻层700。相应地，汇流条30和背电极层200可以直接接触，从而可以促进汇流条30与背电极层200之间的电子迁移。因此可以改善本实施例所述的太阳能电池装置的光电转化效率，并且可以大大改善汇流条30与背电极层200之间的接合强度。
参照图7，在光吸收层300上形成缓冲层400和高电阻缓冲层500。可以通过CBD(化学浴沉积)方案在光吸收层300上沉积硫化镉以形成缓冲层400。另外，可以通过溅镀工艺在缓冲层400上沉积氧化锌来形成高电阻缓冲层500。
接下来，在光吸收层400、缓冲层500和高电阻缓冲层500上形成第二图案P2。第二接触图案P2可以形成为穿过光吸收层300、缓冲层500和高电阻缓冲层500。可以通过机械方法来形成第二接触图案P2，其宽度大约为80μm到200μm。但本实施例不限于此。
接下来，如图8所示，可以通过在高电阻缓冲层500上层叠透明导电材料来形成前电极层600。可以通过溅镀或化学气相沉积来形成前电极层600。例如，可以通过使用ZnO靶的沉积、使用Zn靶的反应溅镀以及作为RF溅镀方法的有机金属化学沉积，来制造前电极层600。
然后，第三图案P3被形成为穿过光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500以及前电极层600。背电极层200的上表面被第三图案P3部分地暴露。
另外，可以通过第三图案P3将太阳能电池C1、C2、C3…与虚设部分DUM相互区分。可以通过机械方法或激光照射形成第三图案P3。
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 (11)

1.一种太阳能电池装置，包括：
在支撑基板上在非作用区域中的虚设部分；
在所述支撑基板上并且处于所述虚设部分之间的多个太阳能电池；以及
电连接至所述太阳能电池的汇流条，位于所述支撑基板与所述虚设部分之间；
其中，所述虚设部分形成在太阳能电池模块的最外侧部分，
其中，每个汇流条设置在形成在所述太阳能电池模块的最外侧部分的虚设部分的背电极上，
其中，所述太阳能电池和所述虚设部分中的每一个包括在所述支撑基板上依次设置的背电极层、光吸收层以及前电极层，
其中，所述汇流条设置在所述虚设部分的背电极层和光吸收层之间，
所述太阳能电池装置另外包括接触电阻层，该接触电阻层设置在所述背电极层上不形成所述汇流条的区域。
2.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述接触电阻层包括MoSe2或MoS2。
3.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述汇流条设置在所述支撑基板的外围区域。
4.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述汇流条包括第一汇流条和第二汇流条，其中所述第一汇流条连接至所述太阳能电池中的一个，所述第二汇流条连接至所述太阳能电池中的另一个。
5.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述汇流条包括银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、锡(Sn)、钛(Ti)、镍(Ni)、其合金以及它们的组合中的一种。
6.一种制造太阳能电池装置的方法，所述方法包括：
在支撑基板上在非作用区域中形成汇流条；以及
在所述汇流条上形成虚设部分，并在所述虚设部分之间形成多个太阳能电池；
其中，在所述支撑基板上形成所述汇流条包括：
在所述支撑基板上形成背电极层；以及
在所述背电极层上形成所述汇流条，
其中，所述虚设部分形成在太阳能电池模块的最外侧部分，
其中，所述汇流条设置在形成在所述太阳能电池模块的最外侧部分的虚设部分的背电极上，
其中，所述汇流条设置在所述虚设部分的背电极层和光吸收层之间。
7.如权利要求6所述的方法，其中，形成所述虚设部分和形成所述太阳能电池包括：
在所述背电极层和所述汇流条上形成光吸收层；
在所述光吸收层上形成前电极层；以及
将所述前电极层和所述光吸收层图案化以形成所述太阳能电池和所述虚设部分。
8.如权利要求7所述的方法，其中，形成所述光吸收层包括：
在所述背电极层上不形成所述汇流条的区域上形成接触电阻层；以及
在所述背电极层、所述汇流条和所述接触电阻层上形成所述光吸收层。
9.如权利要求6所述的方法，其中，在所述背电极层上形成所述汇流条包括：
在所述背电极层上形成汇流条线；以及
将所述汇流条接合至所述汇流条线上。
10.如权利要求6所述的方法，其中，在所述背电极层上形成所述汇流条包括：
在所述背电极层上涂布包含导电粉末的糊状组合物；以及
固化所涂布的糊状组合物以形成所述汇流条。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述导电粉末包括银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、锡(Sn)、钛(Ti)、镍(Ni)、其合金以及它们的组合中的一种。
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