CN104051551A - 薄膜太阳能电池及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
太阳能电池包括：背面接触层、背面接触层上的吸收层、吸收层上的缓冲层以及缓冲层之上的正面接触层。正面接触层具有第一部分和第二部分。正面接触层的第一部分和第二部分的厚度或掺杂浓度相互不同。本发明提供了薄膜太阳能电池及其形成方法。
Description
本申请要求于2013年3月14日提交的美国临时专利申请第61/782,057号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及薄膜光电太阳能电池及其制造方法。
背景技术
太阳能电池是用于通过太阳光直接生成电流的光电组件。由于对清洁能源的日益增长的要求，太阳能电池的制造近年来急剧扩张并且继续扩张。多种类型的太阳能电池存在并且继续进行开发。太阳能电池包括吸收被转换为电流的太阳光的吸收层。
当前存在多种太阳能收集模块。太阳能收集模块通常包括很大的平坦基板，并且包括背面接触层、吸收层、缓冲层和正面接触层，该正面接触层可以是透明导电氧化物（TCO）材料。多个太阳能电池形成在一个基板上，并且通过每个天阳能电池中的各个互连结构进行串联连接，以形成太阳能电池模块。
每个互连结构都包括三条划线，被称为P1、P2和P3。P1划线延伸穿过背面接触层并且填充有吸收材料。P2划线延伸穿过缓冲层和吸收层，并且填充有（导电）正面接触材料。因此，P2划线将第一太阳能电池的正面电极连接至相邻太阳能电池的背面电极。P3划线延伸穿过正面接触层、缓冲层和吸收层。
因为互连结构不会有助于太阳能电池吸收和电流的生成，所以太阳能电池位于互连结构外部的一部分被称为有效电池。因此，太阳能电池模块的一系列电阻在很大程度上取决于正面接触层的电阻和正面接触层和背面接触层之间的接触电阻。
发明内容
为了解决现有技术所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种太阳能电池，包括：背面接触层；吸收层，位于所述背面接触层上；缓冲层，位于所述吸收层上；以及正面接触层，位于所述缓冲层之上，所述正面接触层具有第一部分和第二部分，其中，所述正面接触层的所述第一部分和所述第二部分在由厚度和掺杂浓度所构成的组中的一个方面相互不同。
在该太阳能电池中，所述正面接触层的所述第二部分的面积大于所述第一部分的面积。
在该太阳能电池中，所述第一部分位于所述太阳能电池的互连结构区域中，并且所述第二部分的50%以上的面积位于所述太阳能电池的所述互连结构区域的外部，并且所述正面接触层的所述第二部分的掺杂浓度低于所述第一部分的掺杂浓度。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池，包括：背面接触层；吸收层，位于所述背面接触层上；缓冲层，位于所述吸收层上；以及第一正面接触层，位于所述缓冲层之上，所述第一正面接触层具有第一掺杂浓度；以及第二正面接触层，位于所述缓冲层的一部分之上，所述第二正面接触层覆盖的面积小于所述第一正面接触层覆盖的面积，所述第二正面接触层的第二掺杂浓度不同于所述第一掺杂浓度。
在该太阳能电池中，所述第一正面接触层的掺杂浓度低于所述第二正面接触层的掺杂浓度，并且所述第一正面接触层形成在所述第二正面接触层上。
在该太阳能电池中，所述第一正面接触层的掺杂浓度低于所述第二正面接触层的掺杂浓度，并且所述第二正面接触层形成在所述第一正面接触层上。
在该太阳能电池中，所述第一正面接触层的掺杂浓度在1×1012atoms·cm-3到5×1020atoms·cm-3之间，并且所述第二正面接触层的掺杂浓度在1×1017atoms·cm-3到8×1022atoms·cm-3之间。
在该太阳能电池中，所述太阳能电池具有包括多条划线的互连结构；以及所述第二正面接触层形成在与所述多条划线垂直地延伸的一个或多个区域中。
在该太阳能电池中，所述第二正面接触层具有连接至所述一个或多个区域并且远离所述一个或多个区域进行延伸的至少一个附加区域。
在该太阳能电池中，所述第二正面接触层具有连接在所述一个或多个区域的相对侧并且延伸所述太阳能电池的大部分宽度的两个所述附加区域。
在该太阳能电池中，所述太阳能电池的所述互连结构具有多条划线；以及所述第二接触层贯穿其长度延伸到所述多条划线中的至少一条之上。
在该太阳能电池中，所述互连结构具有位于所述背面接触层中的第一划线和延伸穿过所述吸收层、所述缓冲层以及所述第一正面接触层的第二划线；其中，所述第二正面接触层在所述第一划线和所述第二划线之间延伸但不越过所述第一划线和所述第二划线。
在该太阳能电池中，所述互连结构具有延伸穿过所述吸收层和所述缓冲层的划线，所述划线具有边缘；其中，所述第二正面接触层在所述划线的边缘之间延伸但不越过所述划线的边缘。
在该太阳能电池中，所述互连结构具有延伸穿过所述吸收层和所述缓冲层的划线，所述划线填充有导电性高于所述第一正面接触层的导电性的材料。
在该太阳能电池中，所述太阳能电池包括多个矩形区域，每个矩形区域都多个侧面，所述第二正面接触层沿着所述侧面形成在所述缓冲层之上，每个矩形区域都具有中心区域但其中不具有所述第二正面接触层。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造太阳能电池的方法，包括：在基板上形成背面接触层；在所述背面接触层上形成吸收层；在所述吸收层上形成缓冲层；以及在所述缓冲层之上形成第一正面接触层；以及在部分所述缓冲层之上形成第二正面接触层，所述第二正面接触层覆盖的面积小于所述第一正面接触层的面积。
在该方法中，所述第一正面接触层具有第一掺杂浓度，并且所述第二正面接触层具有第二掺杂浓度，所述第一掺杂浓度小于所述第二掺杂浓度。
在该方法中，所述太阳能电池具有包括多条划线的互连结构，并且形成所述第二正面接触层的步骤包括：在与所述划线垂直地延伸的至少一个延长部分中形成所述第二接触层。
在该方法中，形成所述第二正面接触层的步骤进一步包括：在与所述划线平行地延伸的至少一个延长部分中形成所述第二接触层。
在该方法中，所述划线包括具有第一边缘的第一划线和具有远离所述第一划线的所述第一边缘的第二边缘的第二划线，以及所述至少一个延长部分形成在所述第一边缘和所述第二边缘之间但没有越过所述第一边缘和所述第二边缘。
附图说明
图1是本文中所描述的太阳能电池的实施例的截面图，其中，低掺杂正面接触层位于高掺杂正面接触层之上。
图2是图1的太阳能电池的变型例的截面图，其中，高掺杂正面接触层位于低掺杂正面接触层之上。
图3是包括图1的太阳能电池的太阳能电池模块的平面图。
图4是通过剖面线4-4所截取的图3的太阳能电池模块的截面图。
图5是图3的太阳能电池模块的变型例的平面图。
图6是通过剖面线6-6所截取的图5的太阳能电池模块的截面图。
图7是图3的太阳能电池模块的变型例的平面图。
图8是通过剖面线8-8所截取的图7的太阳能电池模块的截面图。
图9A是包括图7和图8的太阳能电池的变型例的太阳能电池模块的平面图。
图9B是图9A的太阳能电池模块的截面图，其中，低掺杂正面接触层位于高掺杂正面接触层之上。
图9C是图9B的太阳能电池模块的变型例，高掺杂正面接触层位于低掺杂正面接触层之上。
图10A是包括图7和图8的太阳能电池的变型例的太阳能电池模块的平面图。
图10B是图10A的太阳能电池模块的截面图，其中，低掺杂正面接触层位于高掺杂正面接触层之上。
图10C是图10B的太阳能电池模块的变型例，高掺杂正面接触层位于低掺杂正面接触层之上。
图11是图3的太阳能电池模块的变型例的平面图。
图12是通过剖面线12-12所截取的图9的太阳能电池模块的截面图。
图13是如本文中所示和所述的制造太阳能电池的方法的流程图。
图14是用于图案化图3和图4的第二正面接触层的光掩模的示图。
具体实施方式
旨在结合附图阅读示例性实施例的该描述，附图被认为是整个编写的说明书的一部分。附图不按比例绘制。在多个图中，除非文本中另外明确指出，否则相同的参考数字指示相同的项。
在说明书中，诸如“下部”、“上部”、“水平”、“垂直”、“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”及其派生词（例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等）的空间相对位置的术语应该被解释为是指在随后所述的或在论述的附图中所示的定向。这些空间相对位置的术语用于便于说明并且不要求以特定定向构建或操作装置。除非另外明确地描述，否则关于诸如“连接”和“互连”的附接、耦合等的术语是指结构相互直接固定或附接或者通过中间结构相互间接地固定或附接的关系，以及可移动或刚性附接或关系。
太阳能电池的正面接触（TCO）层执行导电功能，同时是透光的。为了减小太阳能电池的串联电阻Rs，可以增加TCO层的掺杂浓度，或者增加TCO层的厚度。任一种技术都可以改进导电性，但是降低TCO层的光透明度。TCO层的透明度的减小又减小了到达吸收层并且可用于转换为电的能量的量。相反地，具有较低掺杂浓度的较薄TCO层提供到达吸收层的更好光透射率，但是增大了太阳能电池模块的串联电阻Rs。
在本文中所述的一些实施例中，可以通过选择性地控制太阳能电池的至少两个不同区域中的TCO层厚度和/或TCO层掺杂浓度来改进TCO层的光透射率和电阻。例如，通过选择性地使用互连结构之上的较高掺杂浓度将一个太阳能电池连接至另一个太阳能电池，减小了总体TCO电阻，并且同时可以增加光透射率。由于高TCO透射率和电流导致的较高光载流子生成主要由高掺杂的TCO区域收集以减小电阻。Rs和填充因数（FF）的改进使得太阳能电池模块具有更高的效率。
在一些实施例中，TCO层的选择性掺杂包括：互连结构中的较高掺杂浓度、以及有效电池区域中（位于互连结构外部）的较低掺杂浓度。因为互连结构区域不会有助于光电流，所以该区域中的高掺杂可以进一步减小载体电阻并互连接触电阻，而不减少光收集。
在一些实施例中，TCO层的选择性掺杂包括：互连结构外部的选择区域中的较高掺杂浓度、以及有效电池区域（位于互连结构外部）的非选择区域的较低掺杂浓度。较高掺杂浓度区域占用有效电池区域的相对很小的部分。
在其他实施例中，TCO层的选择性掺杂包括：互连结构中的较高掺杂浓度，并且还分配在有效区域域的一部分（子电池区域）中的高掺杂区域，其中，该部分的面积小于有效区域的整个面积。较高掺杂区域的分布取决于电池宽度、TCO电阻、吸收层质量（absorber quality）等。
在多种实施例中，对于多种器件应用，（高掺杂TCO面积）/（总电池面积）的比率在1%至85%的范围内。
图1和图2示出适用于本文中所述的太阳能电池100的互连结构170（或171）的两个实例。这两个互连结构均包括具有第一层160（或161）和第二层150（或151）的多层正面电极155。除了在图1中第一正面接触层160位于第二正面接触层150上方，而在图2中第二正面接触层151位于第一正面接触层161上方之外，这两个结构相互相同。
首先参考图1，太阳能电池100包括基板110、背面接触层120、背面接触层120上的吸收层130、吸收层130上的缓冲层140、以及缓冲层之上的正面接触层150、160。
在一些实施例中，基板110是玻璃基板，诸如，钠钙玻璃。在其他实施例中，基板110是柔性金属箔或聚合物（例如，聚酰亚胺）。在一些实施例中，基板110的厚度在0.1mm至5mm的范围内。
在一些实施例中，背面接触层120由钼（Mo）形成，在背面接触层之上可以形成CIGS吸收层130。在一些实施例中，通过溅射来形成Mo背面接触层120。其他实施例包括其他合适背面接触材料（代替Mo），诸如，Pt、Au、Ag、Ni或Cu。例如，在一些实施例中，提供铜或镍的背面接触层，在背面接触层之上可以形成碲化镉（CdTe）吸收层。在形成背面接触层120之后，在背面接触层120中形成P1划线。P1划线要填充有吸收层材料。在一些实施例中，背面接触层120的厚度为约10μm至约300μm。
诸如p型吸收层（absorber）130的吸收层130形成在背面接触层120上。在一些实施例中，吸收层130是基于黄铜矿的吸收层，包括Cu(In,Ga)Se2(CIGS)，具有约1微米或更大的厚度。在一些实施例中，使用CuGa溅射靶（未示出）和基于铟的溅射靶（未示出）来溅射吸收层130。在一些实施例中，首先溅射CuGa材料，以形成一个金属前体层，并且接下来溅射基于铟的材料，以在CuGa金属前体层上形成含铟金属前体层。在其他实施例中，同时溅射或者交替地溅射CuGa材料和基于铟的材料。
在其他实施例中，吸收层包括不同材料，诸如，CuInSe2(CIS)、CuGaSe2(CGS)、Cu(In,Ga)Se2(CIGS)、Cu(In,Ga)(Se,S)2(CIGSS)、CdTe和无定形硅。其他实施例还包括其他吸收层材料。
其他实施例通过提供合成物的合适均匀性的不同技术来形成吸收层。例如，可以在加热到在400℃至600℃的范围内的温度之后，通过化学汽相沉积（CVD）来共同蒸发并同时释放（deliver）Cu、In、Ga和Se2。在其他实施例中，首先释放Cu、In和Ga，然后在400℃至600℃的范围内的温度下吸收层在Se环境中进行退火。
在一些实施例中，吸收层130的厚度为约0.3μm至约8μm。
在一些实施例中，缓冲层可以是由CdS、ZnS、In2S3、In2Se3以及Zn1-xMgxO、（例如，ZnO）所构成的组中的一种。可以使用其他合适的缓冲层材料。在一些实施例中，缓冲层140具有的厚度为约1nm至约500nm。
正面接触层包括第一正面接触层160（161）和第二正面接触层150（151），这两者均形成在缓冲层之上。在多种实施例中，第一正面接触层160（161）和第二正面接触层150（151）可以由表1所列出的任何材料形成，并且掺杂有对应于表1中的每种材料的掺杂物中的任一种。
表1
| TCO材料 | 掺杂物 |
| SnO2 | Sb、F、As、Nb、Ta |
| ZnO | Al、Ga、B、In、Y、Sc、F、V、Si、Ge,Ti、Zr、Hf、Mg、As、H |
| In2O3 | Sn、Mo,Ta、W、Zr、F、Ge、Nb、Hf、Mg |
| CdO | In、Sn |
| Ta2O | |
| GaInO3 | Sn、Ge |
| CdSb2O3 | Y |
| ITO | Sn |
第一正面接触层160和第二正面接触层150可以包括相同或不同TCO材料，并且可以由相同或不同方法应用第一正面接触层和第二正面接触层。例如，在一些实施例中，在CVD层上方溅射ZnO层。
完整的太阳能电池100包括互连结构170（171）。太阳能电池的其余区域是有效地吸收光子的有效电池区域180（181）。附图未按比例绘制，并且本领域普通技术人员应该理解，有效区域180（181）充分大于互连结构170（171）。
第一正面接触层160（161）设置在整个太阳能电池区域上方（除了在P3划线中去除该第一正面接触层之外）。第二正面接触层150（151）可以形成在第一正面接触层160（161）下方或上方。第二正面接触层150（151）形成在太阳能电池的一个或多个选择部分上方。由第二正面接触层150（151）所覆盖的总面积小于由第一正面接触层160（161）所覆盖的总面积。可以以减小串联电阻的方式施加第二正面接触层150（151），而基本上没有减少入射至吸收层130的光。
在一些实施例中，第一正面接触层160（161）的厚度为约5nm至约3μm。在一些实施例中，第一正面接触层160位于P2划线内的侧壁也为约5nm至约3μm。在一些实施例中，第二正面接触层150（151）的厚度为约5nm至约3μm。
在一些实施例中，第一正面接触层具有第一掺杂浓度，并且第二正面接触层具有不同于第一掺杂浓度的第二掺杂浓度。
在一些实施例中，第一正面接触层160（161）的掺杂浓度低于第二正面接触层150（151）的掺杂浓度。例如，在一些实施例中，第二正面接触层150的掺杂浓度为1×1017atoms·cm-3至8×1022atoms·cm-3，并且第一正面接触层160的掺杂浓度为1×1012atoms·cm-3至5×1020atoms·cm-3。在图1至图12所示的实施例中，如在第一正面接触层160中使用的，对低掺杂的TCO材料的参考可以包括浓度在1×1012atoms·cm-3至5×1020atoms·cm-3的范围内的材料；以及如在第二正面接触层150中使用的，对高掺杂的TCO材料的参考可以包括浓度在1×1017atoms·cm-3至8×1022atoms·cm-3的范围内的材料。
在一些实施例中，第一正面接触层160（具有较低掺杂浓度）形成在第二正面接触层150（具有较高掺杂浓度）上。例如，图1示出该结构。
在其他实施例中，第二正面接触层151（具有较高掺杂浓度）形成在第一正面接触层161（具有较低掺杂浓度）上。例如，图2示出第二正面接触层151（具有较高掺杂浓度）形成在具有较低掺杂浓度的第一正面接触层161上的太阳能电池101。
图1和图2仅是示例性截面图，并且不用于暗示在整个太阳能电池上第二正面接触层150（151）的面积与第一正面接触层160（161）的面积相同。在一些实施例中，第二正面接触层比第一正面接触层覆盖更小面积。在以下描述的多种实施例中，除了在P3划线中之外，第一正面接触层160（161）覆盖太阳能电池；以及第二正面接触层150（151）覆盖太阳能电池的一部分的面积小于第一正面接触层覆盖太阳能电池的一部分的面积。
通过在太阳能电池202的选择部分中分配高掺杂的TCO层150（151），改进了太阳能电池的串联电阻Rs，而不会削弱太阳能电池吸收太阳能辐射的能力。另外，通过在其余区域180中包括低掺杂的TCO层160（161）而不包括高掺杂的TCO层150（151），改进太阳能辐射通过多层正面接触层（包括第一正面接触层和第二正面接触层）的透射率。
本领域普通技术人员可以选择最适于特定设计的图1或图2的设计。图1的结构（顶部的低掺杂浓度层）比图2的结构具有更低的串联电阻（Rs）。图2的结构（顶部的高掺杂浓度层）比图1的结构具有更高的开路电压Voc和更高的分流电阻（Rsh）。
图3至图12示出高掺杂浓度TCO层部分地分布在有效电池区域中的多种实施例。在一些实施例中，高掺杂浓度TCO层还位于互连结构（划线区域）之上。
图3和图4示出太阳能电池模块200的实施例，其包括第一正面接触层160位于第二正面接触层150之上或之下的选择部分。图4是从剖面线4-4截取的图3的细节的截面图。太阳能电池模块200具有多个太阳能电池202。每个太阳能电池202都具有各自的互连结构170。互连结构170包括多条划线P1、P2、P3（在图4中示出）。太阳能电池202包括多个矩形区域180，每个矩形区域180都具有多个侧面，其中，第二正面接触层150在延长区域201中沿着至少一个侧面形成在缓冲层140之上。每个矩形区域180都具有中心区域，而其中不具有第二正面接触层150。
因此，垂直于互连区域170的水平线段201指示具有高掺杂的正面接触层150和低掺杂的正面接触层160的区域、以及由区域201（之上和之下）和互连结构170（之左和之右）所围绕的白色区域180包括低掺杂的正面接触层160，但是不包括高掺杂的正面接触层150。注意，在图3和图4的实施例中，包括第一正面接触层160和第二正面接触层150的区域201在整个有效电池区域上延伸，并且不贯穿互连结构170的整个长度覆盖整个互连结构170。
在图3和图4中，第二正面接触层150（具有较高掺杂浓度）形成在与多条划线P1、P2、P3垂直地进行延伸的一个或多个区域201中。在图3和图4的实施例中，第一正面接触层160（具有较低掺杂浓度）形成在第一正面接触层150上。太阳能电池202的其余有效区域180包括第一正面接触层160，而不包括第二正面接触层150。区域201贯穿从一条P3划线到相邻P3划线的整个宽度，与互连结构170垂直地进行延伸。在图3和图4的实施例中，区域201是交错的，使得连续太阳能电池中的区域201相互平行但是不相互相邻。在其他实施例（未示出）中，邻近太阳能电池中的区域201相互对准。
区域201选择性地提供用于连续地将电流从一个太阳能电池传输至下一个太阳能电池的较高导电性的导电路径，以减小太阳能电池202的总串联电阻Rs。
虽然图3和图4的实施例具有第二正面接触层150之上的第一正面接触层，但是在其他实施例中，如图2所示，第二正面接触层151形成在第一正面接触层161上。
图5和图6示出太阳能电池模块300的实施例，该太阳能电池模块包括第一正面接触层160位于第二正面接触层150之上或之下的选择部分。图6是通过剖面线6-6所截取的图5的细节的截面图。
太阳能电池模块300具有多个太阳能电池302。每个太阳能电池302都具有各自的互连结构170。互连结构170包括多条划线P1、P2、P3（在图6中示出）。延长区域301和附加区域301a设置在每个太阳能电池中的多个位置处。区域301、301a指示具有高掺杂正面接触层150和低掺杂正面接触层160的区域，并且白色区域180包括低掺杂正面接触层160，但是不包括高掺杂正面导电层150。
在图5和图6中，在与多条划线P1、P2、P3垂直地延伸的一个或多个区域301中以及在连接至区域301的附加区域301a中形成第二正面接触层150（具有较高掺杂浓度）。在图3和图4的实施例中，第一正面接触层160（具有较低掺杂浓度）形成在第二正面接触层150上。太阳能电池302的其余有效区域180包括第一正面接触层160，而不包括第二正面接触区域150。区域301贯穿从一个P3划线到相邻P3划线的整个长度与互连结构170垂直地进行延伸。在图3和图4的实施例中，区域301是交错的，使得连续太阳能电池中的区域301相互平行但是不相互邻近。在其他实施例（未示出）中，相邻太阳能电池中的区域301相互对准。
每个区域301都包括：区域301，与划线垂直；以及至少一个附加区域301a，连接至一个或多个区域301并且远离一个或多个区域301延伸。在所示的实例中，每个区域301都具有以箭头结构（arrow configuration）的方式连接在区域301的端部处的两个区域301a。附加区域301a的结构不限于直线段，并且在其他实施例中可以使用曲线段。附加区域301a的数量不限于2个，并且在其他实施例中可以包括任何非负数量的附加区域301。在一些实施例中，附加区域301基本上在太阳能电池302的宽度方向上延伸。在一些实施例中，附加区域301a是远离互连结构170的划线P1、P2、P3约15度到约75度所定向的线段，例如，远离约45度。在一些实施例中，第二正面接触层150具有两个附加区域301a中，这两个附加区域连接在一个或多个区域301的相对边上并且延伸太阳能电池302的大部分宽度。
附加区域301a占用太阳能电池302的很小百分比的面积，以基本不减小太阳能电池302的平均透射率。区域301、301a选择性地提供用于连续地将电流从一个太阳能电池传输至下一个太阳能电池的较高导电性导电路径，以减小太阳能电池302的总串联电阻Rs优于图3和图4的实施例中实现的总串联电阻Rs的减小。
通过在太阳能电池302的选择部分中分布高掺杂TCO层150，改进了太阳能电池的串联电阻Rs，而基本不会削弱太阳能电池吸收太阳能辐射的能力。另外，通过包括有限面积的具有高掺杂TCO材料的附加区域301a，并且仅在其余区域180中包括低掺杂TCO层160，改进了太阳能辐射通过正面接触层160的透射率。
在一些实施例中，第二接触层150贯穿整个划线的长度延伸到多条划线P1、P2、P3中的至少一条之上。在图7和图8中，太阳能电池400包括：基板110、基板110上的背面接触层120、背面接触层120上的吸收层130、吸收层130上的缓冲层140以及正面接触层。正面接触层155具有第一部分（其可以部分地位于太阳能电池的互连结构区域470中和/或有效电池区域的部分401内）和位于太阳能电池400的互连结构区域外部的第二部分180，其中，正面接触层155的第一部分和第二部分在由厚度和掺杂浓度所构成的组中的一个方面相互不同。
在一些实施例中，正面接触层155的第一部分401、470具有相对较低的掺杂浓度的第一层160和具有相对较高的掺杂浓度的第二层150；以及正面接触层155的第二部分180包括具有相对较低的掺杂浓度的第一层160（但是不包括第二层150）。
在一些实施例中，正面接触层的第一部分401、470的厚度大于第二部分的厚度（由于存在第一正面接触层160和第二正面接触层150）。
在一些实施例中，正面接触层的第二部分180的掺杂浓度低于第一部分的掺杂浓度（由于不存在第二接触层150）。
图7和图8示出太阳能电池模块400的实施例，其包括第一正面接触层160位于第二正面接触层150之上或之下的选择部分。图8是通过剖面线8-8所截取的图3的细节的截面图。太阳能电池模块400具有多个太阳能电池402。每个太阳能电池都具有各自的互连结构470。互连结构470包括多条划线P1、P2、P3（在图4中示出）。除了互连结构470沿着互连结构470的总长度的部分或全部、以及沿着总宽度的部分或全部包括高掺杂TCO层150和低掺杂TCO层160之外，互连结构470类似于图1至图6所示的互连结构。因此，与互连区域170垂直的水平线201指示具有高掺杂正面接触层150和低掺杂正面接触层160的区域，并且由区域201（之上和之下）和互连结构170（之左和之右）所围绕的白色区域180包括低掺杂正面接触层160，但是不包括高掺杂的正面导电层150。另外，优选地，如图8所示，高掺杂正面接触层150和低掺杂正面接触层160存在于互连结构470的至少一部分之上。
图9A是具有如图7和图8所示的两个太阳能电池402的太阳能电池模块400的一部分的放大细节。在图9A的实施例中，高掺杂导电层150形成在P2划线的整个长度上方，并且不包括在太阳能电池402的剩余区域180之上。第二正面接触层150延伸到P2划线的边缘之间而没有越过该边缘。
在其他实施例中（未示出），高掺杂导电层150仅形成在P2划线的整个长度的一部分上方，而不包括在太阳能电池的剩余区域180之上。在其他实施例中（未示出），图5所示的附加区域301a包括在太阳能电池402的剩余区域180中。
图9B是通过剖面线9B-9B所截取的图9A的太阳能电池402的截面图。如图9B所示，高掺杂TCO材料的共形涂层沉积在缓冲层140上，以形成第二正面接触层150。施加光刻胶（resist）（未示出），并且光掩模用于选择第二正面接触层150的哪些区域要被去除。除了在选择区域中（其中，选择区域包括区域401和470）之外，使用各向异性蚀刻（例如，等离子体蚀刻）从太阳能电池402去除第二正面接触层150。然后，在第二正面接触层150上方沉积低掺杂TCO材料作为第一正面接触层160。因此，在太阳能电池的区域的主要部分中暴露包括低掺杂的第一正面接触层160的相对较薄的正面接触层。具有较低透射率的较厚多层TCO层（包括第一正面接触层150和第二正面接触层160）选择性地形成在相对很小的区域上方。
图9C是为图9B的太阳能电池402的变型例的太阳能电池404的截面图。在图9C中，低掺杂TCO材料沉积在缓冲层140上作为第一正面接触层161。然后，高掺杂TCO材料沉积在第一正面接触层161上，以形成第二正面接触层151。施加光刻胶（未示出），并且使用光掩模来选择第二正面接触层151的哪些区域要被去除。在使用各向异性蚀刻（例如，等离子体蚀刻）去除第二正面接触层的非选择部分之后，除了在选择区域（其中，选择区域包括区域401和470）中之外，从太阳能电池402去除第二正面接触层151。因此，在太阳能电池的区域的主要部分中暴露相对很薄低掺杂的第一正面接触层161。包括第一正面接触层161和第二正面接触层151的较厚的较低透射率TCO层选择性地形成在相对很小的区域上方。
因此，分别地如图9B和图9C所示，构成第二正面接触层150（151）的高掺杂TCO材料的选择区域可以形成在低掺杂TCO材料的区域之下或之上，该低掺杂TCO材料构成第一正面接触层160（161）。
图10A是具有类似于图7和图8所示的两个太阳能电池403的太阳能电池模块410的一部分的放大细节。在图10A的实施例中，高掺杂导电层150形成在延长区域401上方。层150也还沿着P2划线的整个长度延伸，并且延伸越过P1划线和P3划线之间的整个宽度。高掺杂导电层150不包括在P1划线、P3划线或太阳能电池403的剩余区域180之上。在其他实施例中（未示出），高掺杂导电层150仅形成在P2划线的整个长度的一部分上方，并且不包括在太阳能电池的剩余区域180之上。在其他实施例中（未示出），图5所示的附加区域301a包括在太阳能电池402的剩余区域180中。
通过分配在太阳能电池402（图9A）和403（图10）的选择部分中的高掺杂TCO层150，改进了太阳能电池的串联电阻Rs，而不会削弱太阳能电池吸收太阳能辐射的能力。另外，但是仅在剩余区域180中包括低掺杂TCO层160，改进太阳能辐射通过正面接触层160的透射率。因为P1划线和P3划线之间的互连区域不吸收太阳能，所以增加互连区域中的第二正面接触层150（151）的宽度基本不会影响太阳能的收集。
图10B是通过剖面线10B-10B所截取的图10A的太阳能电池403的截面图。除了互连区域470中的第二正面接触层150的宽度从P1划线的边缘延伸到P3划线的边缘的所有路径之外，图10B的太阳能电池403类似于图9B所示的太阳能电池。在其他方面，图10B的结构和方法与以上关于图9B所描述的相同。
图10C是为图10B的太阳能电池403的变型例的太阳能电池405的截面图。除了互连区域470中的第二正面接触层150的宽度从P1划线的边缘延伸到P3划线的边缘的所有路径之外，图10C的太阳能电池403类似于图9C所示的太阳能电池。在其他方面，图10C的结构和方法与以上关于图9C所描述的相同。
图1至图10C的实施例使用附加掩模和光刻步骤，但是使用用于形成没有第二正面接触层150（151）的太阳能电池的相同工艺。图11和图12示出至少部分地通过用具有比TCO材料更高的导电性的高导电性材料190代替P2划线中的TCO材料，改进太阳能电池501的串联电阻的另一个太阳能电池模块500。这添加用于高导电材料190的沉积步骤。
在一些实施例中，P2划线填充有包括金属或合金的高导电性材料190。在一些实施例中，P2划线填充有包括铝、铜或钼的高导电性材料190。更高导电性材料190可以包括在以上参考图1至图10C描述的任一个实施例的P2划线中。
图7至图10C的实施例改进串联电阻优于在图3和图4的实施例中实现的电阻的改进。
图13是制造太阳能电池的方法的流程图。
在步骤1300，在基板上形成背面接触层。
在步骤1302，在背面接触层上形成吸收层。
在步骤1304，在吸收层上形成缓冲层。
在步骤1306，在缓冲层之上形成第一正面接触层；以及
在步骤1308，在缓冲层的一部分之上形成第二正面接触层。第二正面接触层覆盖的面积小于第一正面接触层覆盖的面积。第二正面接触层具有与太阳能电池的划线平行或垂直地延伸的至少一个延长区域。第二正面接触层的第二掺杂浓度不同于第一正面接触层的第一掺杂浓度。例如，第一掺杂浓度可以小于第二掺杂浓度。在一些实施例中，划线包括具有第一边缘的P1划线和具有远离P1划线的第一边缘的第二边缘的P3划线，并且至少一条延长部分形成在第一边缘和第二边缘之间，但是不越过第一边缘和第二边缘。在一些实施例中，在步骤1306之后形成步骤1308。在其他实施例中，在步骤1306之前执行步骤1308。
可以通过宽工艺窗口应用图13的方法。例如，工艺可以容忍高掺杂浓度TCO区域的宽度的改变。
图14是适用于形成如图3和图4所示的高掺杂浓度层150、151的区域201的光掩模1400的平面图。光掩模具有其与划线P1、P2、P3的方向垂直地进行延伸的多个图案1402。本领域普通技术人员可以容易地构造对应于图5至图12的结构的相应的光掩模。
如上所述，具有较高掺杂浓度层150（151）的区域201、301、401、470具有减小的电阻，改进了总串联电阻Rs。具有低掺杂浓度层160、161而没有较高掺杂浓度层的区域180具有增大的光透射率，以用于改进光吸收。窗口层中的选择性掺杂可以减小总TCO电阻，并且同时增加光透射率。TCO层中的选择性掺杂可以减小总TCO电阻，并且同时增加光透射率。窗口层中的选择性掺杂可以减小总TCO电阻，并且同时增加光透射率。
窗口层中的选择性掺杂可以减小总TCO电阻，并且同时增加光透射率。
高掺杂浓度TCO层的掺杂等级和掺杂区域可以分布在有效电池区域内或部分或全部模块互连区域上方。高掺杂浓度区域可以嵌入部分有效电池区域之上。可以根据电池宽度、TCO电阻、吸收层质量等改变分布。互连区域不会有助于光电流，所以高掺杂浓度区域置于互连件之上可以进一步减小载体电阻，并且互连接触电阻。
虽然以上描述了特定实例，但是本文中描述的结构和方法可以应用于各种各样的薄膜太阳能电池，诸如，a-Si薄膜、CIGS、以及具有pn结的CdTe、p-i-n结构、MIS结构、多结等。
在一些实施例中，太阳能电池包括至少两个TCO（正面接触）层，以形成特定掺杂分布。
在一些实施例中，太阳能电池包括至少一个TCO层和填充P2划线的导电膜（具有比TCO材料更高的导电性），以形成特定电阻分布。例如，该材料可以是铝、铜或钼。
本文中描述的太阳能电池具有改进3%至5%的太阳能电池效率。
在一些实施例中，太阳能电池包括：背面接触层、背面接触层上的吸收层、吸收层上的缓冲层以及缓冲层之上的正面接触层。正面接触层具有第一部分和第二部分，其中，正面接触层的第一部分和第二部分在由厚度和掺杂浓度构成的组中的一个方面相互不同。
在一些实施例中，正面接触层的第一部分的厚度大于第二部分的厚度。
在一些实施例中，第一部分位于太阳能电池的互连结构区域中，并且第二部分位于太阳能电池的互连结构区域外部，并且其中，正面接触层的第二部分的掺杂浓度低于第一部分的掺杂浓度。
在一些实施例中，太阳能电池包括：背面接触层、背面接触层上的吸收层、吸收层上的缓冲层、缓冲层之上的第一正面接触层、具有第一掺杂浓度的第一正面接触层以及部分缓冲层的之上的第二正面接触层。第二正面接触层覆盖的面积小于第一正面接触层覆盖的面积。第二正面接触层具有的第二掺杂浓度不同于第一掺杂浓度。
在一些实施例中，第一正面接触层的掺杂浓度低于第二正面接触层的掺杂浓度，并且第一正面接触层形成在第二正面接触层上。
在一些实施例中，第一正面接触层的掺杂浓度低于第二正面接触层的掺杂浓度，并且第二正面接触层形成在第一正面接触层上。
在一些实施例中，第一正面接触层的掺杂浓度是1×1012atoms·cm-3至5×1020atoms·cm-3，并且第二正面接触层的掺杂浓度是1×1017atoms·cm-3至8×1022atoms·cm-3。
在一些实施例中，太阳能电池具有包括多条划线的互连结构，并且第二正面接触层形成在与多条划线垂直地进行延伸的一个或多个区域中。
在一些实施例中，第二正面接触层具有连接至一个或多个区域并且远离一个或多个区域延伸的至少一个附加区域。
在一些实施例中，第二正面接触层具有连接在一个或多个区域的相对边上并且延伸太阳能电池的大部分宽度的两个附加区域。
在一些实施例中，太阳能电池的互连结构具有多条划线，并且第二接触层贯穿其长度延伸到多条划线中的至少一条划线之上。
在一些实施例中，互连结构具有背面接触层中的第一划线和延伸穿过吸收层、缓冲层和第一正面接触层的第二划线，其中，第二正面接触层在第一划线和第二划线之间延伸但是不超过第一划线和第二划线。
在一些实施例中，互连结构具有延伸穿过吸收层和缓冲层的划线，划线具有边缘，并且第二正面接触层在划线的边缘之间延伸并且不超过划线的边缘。
在一些实施例中，互连结构具有延伸穿过吸收层和缓冲层的划线，划线通过具有比第一正面接触层和第二正面接触层更高的导电性的材料填充。
在一些实施例中，太阳能电池包括多个矩形区域，每个矩形区域都具有多个侧面，第二正面接触层沿着侧面形成在缓冲层之上，每个矩形区域都具有中心区域而没有其中的第二正面接触层。
在一些实施例中，制造太阳能电池的方法包括：在基板上形成背面接触层，在背面接触层上形成吸收层，在吸收层上形成缓冲层，在缓冲层之上形成第一正面接触层，以及在部分缓冲层之上形成第二正面接触层，第二正面接触层覆盖的面积小于第一正面接触层覆盖的面积。
在一些实施例中，第一正面接触层具有第一掺杂浓度，并且第二正面接触层具有第二掺杂浓度，第一掺杂浓度小于第二掺杂浓度。
在一些实施例中，太阳能电池具有包括多条划线的互连结构，并且形成第二正面接触层的步骤包括在与划线垂直进行延伸的至少一条延长部分中形成第二接触层。
在一些实施例中，形成第二正面接触层的步骤进一步包括：在平行于划线延伸的至少一个延长部分中形成第二接触层。
在一些实施例中，划线包括具有第一边缘的第一划线和具有远离第一划线的第一边缘的第二边缘的第二划线，并且至少一条延长部分形成在第一边缘和第二边缘之间但不超过第一边缘和第二边缘。
虽然根据示例性实施例描述了主题，但是本发明不限于此。然而，所附权利要求应该被广泛地解释为包括可以由本领域技术人员作出的其他变型例和实施例。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，包括：
背面接触层；
吸收层，位于所述背面接触层上；
缓冲层，位于所述吸收层上；以及
正面接触层，位于所述缓冲层之上，所述正面接触层具有第一部分和第二部分，其中，所述正面接触层的所述第一部分和所述第二部分在由厚度和掺杂浓度所构成的组中的一个方面相互不同。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述正面接触层的所述第二部分的面积大于所述第一部分的面积。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一部分位于所述太阳能电池的互连结构区域中，并且所述第二部分的50%以上的面积位于所述太阳能电池的所述互连结构区域的外部，并且所述正面接触层的所述第二部分的掺杂浓度低于所述第一部分的掺杂浓度。
4.一种太阳能电池，包括：
背面接触层；
吸收层，位于所述背面接触层上；
缓冲层，位于所述吸收层上；以及
第一正面接触层，位于所述缓冲层之上，所述第一正面接触层具有第一掺杂浓度；以及
第二正面接触层，位于所述缓冲层的一部分之上，所述第二正面接触层覆盖的面积小于所述第一正面接触层覆盖的面积，所述第二正面接触层的第二掺杂浓度不同于所述第一掺杂浓度。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述第一正面接触层的掺杂浓度低于所述第二正面接触层的掺杂浓度，并且所述第一正面接触层形成在所述第二正面接触层上。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述第一正面接触层的掺杂浓度低于所述第二正面接触层的掺杂浓度，并且所述第二正面接触层形成在所述第一正面接触层上。
7.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中，所述第一正面接触层的掺杂浓度在1×1012atoms·cm-3到5×1020atoms·cm-3之间，并且所述第二正面接触层的掺杂浓度在1×1017atoms·cm-3到8×1022atoms·cm-3之间。
8.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中：
所述太阳能电池具有包括多条划线的互连结构；以及
所述第二正面接触层形成在与所述多条划线垂直地延伸的一个或多个区域中。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述第二正面接触层具有连接至所述一个或多个区域并且远离所述一个或多个区域进行延伸的至少一个附加区域。
10.一种制造太阳能电池的方法，包括：
在基板上形成背面接触层；
在所述背面接触层上形成吸收层；
在所述吸收层上形成缓冲层；以及
在所述缓冲层之上形成第一正面接触层；以及
在部分所述缓冲层之上形成第二正面接触层，所述第二正面接触层覆盖的面积小于所述第一正面接触层的面积。
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