CN104091854B - 一种薄膜太阳能电池的生产方法及其电沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种薄膜太阳能电池的生产方法及其电沉积装置，其方法包括：在玻璃基底上沉积透明导电层；在所述透明导电层上成形窗口层；在所述窗口层上电沉积吸收层；移除所述接触电极，在原所述接触电极处产生接触电极空缺；划第一沟槽步骤；填充所述第一沟槽和剩余的接触电极空缺；划第二沟槽步骤；沉积背接触层和背电极；划第三沟槽步骤；所述接触电极空缺的位置与所述第一沟槽和/或第二沟槽和/或第三沟槽所在的位置部分或全部重叠。现有技术中的生产太阳能电池的装置和方法中太阳能电池的单位面积里参与光电转换的有效面积小，进而提供一种单位面积里参与光电转换的有效面积更大的薄膜太阳能电池的生产方法及其电沉积装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解装置及方法，具体涉及一种薄膜太阳能电池的生产方法及其电沉积装置。
背景技术
太阳能电池是通过光电效应直接把光能转化成电能的器件。
一般，薄膜太阳能电池从下往上依次主要包括下封装层、基底层、背接触层、吸收层、窗口层、上接触层和上封装层等。其中，背接触层、吸收层和窗口层可以通过电沉积来实现的；电沉积时，需将待电沉积的基板放置于电解液中，将基板的透明导电层接上负极，和电解液中的正极连接，通过正负极通电即可将半导体化合物沉积到基板上。
对于碲化镉薄膜太阳能电池，随着所沉积吸收层厚度的增加，正负电极之间电场强度将随之减小，导致半导体化合物沉积速度的降低，不利于大规模生产。
增加电场强度可以加快沉积速度，然而，为了保证光透过率，透明导电层通常很薄，具有较高的阻抗，导致基板与正电极之间的电场强度随着基板上与外接电极距离的增加而减小，因此沉积后的吸收层容易形成距离外接电极近的地方膜层厚，而远离外接电极处的膜层薄的不均匀膜层，从而影响光电转换效率，这种现象在大面积基板上尤为明显。为了解决上述技术问题，美国专利文献US2011/0290641A1公开了一种快速化学电沉积法生产太阳能电池的装置和方法，包括具有很多接触顶针的支撑结构，每个所述接触顶针都与基底层表面电接触，形成多个分布式电极，给所述基底提供用于电沉积的电位(An apparatusfor electrodeposition,comprising a support structure including a plurality ofcontact pins,each contact pin of said plurality of contact pins configure toestablish electrical con tact with a substrate surface and thereby supplyplating potential to the substrate)。将电流通过接触顶针均匀地分布到待电沉积平板上，有效的提高待电沉积基板和电解液中正极之间电场强度的均匀性，使沉积后的吸收层厚度得于均匀分布。
但是，待电沉积完毕、移除接触顶针后，放置接触顶针的地方就会产生接触顶针孔洞，如果不对该接触顶针孔洞进行填补，随后沉积的背电极将和透明导电极连接，使太阳能电池在使用时产生断路，因此，需要在移除接触顶针后在接触顶针孔中填充电绝缘物质，此电绝缘物质不参与光电转换，因而影响了电池的整体转换效率。
在实际碲化镉薄膜太阳能电池生产中，后续工序之一是对太阳能板进行划沟槽，填充沟槽，沉积背电极，以及刻划背电极，从而将太阳能板划分多个太阳能电池并将它们连接成组件。沟槽中的填充物也不参与光电转换过程，即接触顶针所占的面积和沟槽所占的面积都不参与光电转换，相应的使太阳能电池单位面积内参与光电转换的有效面积减小，影响了光吸收转换的效率。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的快速化学电沉积法生产太阳能电池的装置和方法中太阳能电池的单位面积里参与光电转换的有效面积小，影响了太阳能电池的转换效率，进而提供一种单位面积里参与光电转换的有效面积更大的薄膜太阳能电池的生产方法及其电沉积装置。
本发明的一种薄膜太阳能电池的生产方法，包括如下步骤：
(a)在玻璃基底上沉积透明导电层；
(b)在所述透明导电层上成形窗口层；
(c)接触电极穿透所述窗口层与所述透明导电层欧姆接触，将上述半成品置于电沉积槽内，对所述接触电极和对电极进行通电，在所述窗口层上电沉积吸收层；
(d)移除所述接触电极，在原所述接触电极处产生接触电极空缺；
(e)在步骤(d)获得的半成品的透明导电层上，贯通所述透明导电层进行划沟槽工序得到第一沟槽；
(f)填充步骤(e)中所述第一沟槽和剩余的接触电极空缺；
(g)在步骤(f)中获得的半成品的所述吸收层上，贯通所述吸收层进行划沟槽工序得到第二沟槽；所述第二沟槽与所述第一沟槽平行且错位设置；
(h)在步骤(g)中获得的半成品的吸收层一侧沉积背接触层和背电极；
(i)在步骤(h)中获得的半成品的所述背接触层及背电极上，贯通背接触层及背电极进行划沟槽工序得到第三沟槽，所述第三沟槽与所述第二沟槽平行且错位设置；
所述接触电极空缺的位置与所述第一沟槽和/或第二沟槽和/或第三沟槽所在的位置部分或全部重叠；
(j)在步骤(i)中获得的半成品进行器件封装。
所述窗口层为硫化镉，所述吸收层为碲化镉，填充所述第一沟槽和剩余的接触电极空缺的物质为电绝缘物质。
平行于所述玻璃基底的所述接触电极的横截面为圆形、正方形、长方形和曲面形中的一种。
所述第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽为直线槽或曲线槽。
一种用于上述薄膜太阳能电池生产方法的电沉积装置，包括
电沉积槽，其中充满电解液；
接触电极，沉积与待电沉积表面电连接；
对电极，与所述接触电极形成电连通；
所述接触电极与所述待电沉积表面欧姆接触且为面接触，所述接触电极与所述待电沉积表面的接触面为长条形。
所述长条形为直线长条形或曲线长条形。
所述长条形的有效长度大于或等于与其接触的待电沉积表面的长度。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，
(1)在本发明所述薄膜太阳能电池生产方法中，所述接触电极产生的接触电极空缺与第一、二和三沟槽(即薄膜太阳能电池的死区)重合，不增加任何死区面积，因此不会降低太阳能电池的效率。
(2)在本发明所述薄膜太阳能电池生产方法中，在不增加死区面积的前提下，采用长条形接触电极，即增加电极接触面积，又降低接触电阻，从而提高电沉积效率。
（3）在本发明所述薄膜太阳能电池生产方法中，可制成各种形状的接触电极以及与其形状相应的沟槽，形成各种图案，在建筑一体化太阳能组件中，产生美化的效果。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1a是本发明实施例一中所述薄膜太阳能生产方法步骤（b）中半成品的俯视图；
图1b是图1a的A-A剖面图；
图2a是本发明实施例一中接触电极为圆形且穿透所述窗口层与所述透明导电层欧姆接触的示意图；
图2b是图2a的B-B剖面图；
图2c是本发明实施例一中所述薄膜太阳能生产方法步骤（c）中半成品的俯视图;
图2d是图2c的C-C剖面图；
图2e是本发明实施例一中所述薄膜太阳能生产方法步骤（d）中半成品的俯视图;
图2f是图2e的D-D剖面图；
图2g是本发明实施例一中所述薄膜太阳能生产方法步骤（e）中半成 品的俯视图;
图2h是图2g的E-E剖面图；
图2i是本发明实施例一中所述薄膜太阳能生产方法步骤（f）中半成品的俯视图;
图2j是图2i的F-F剖面图；
图2k是本发明实施例一中所述薄膜太阳能生产方法步骤（g）中半成品的俯视图;
图2l是图2k的G-G剖面图；
图2m是本发明实施例一中所述薄膜太阳能生产方法步骤（h）中半成品的俯视图;
图2n是图2m的H-H剖面图；
图2o是本发明实施例一中所述薄膜太阳能生产方法步骤（i）中半成品的俯视图；
图2p是图2o的I-I剖面图；
图3a是本发明另一实施例中接触电极为长条形且穿透所述窗口层与所述透明导电层欧姆接触的示意图
图3b是图3a的J-J剖面图；
图3c是本发明另一实施例中所述薄膜太阳能生产方法步骤（c）中半成品的俯视图;
图3d是图3c的K-K剖面图；
图3e是本发明另一实施例中所述薄膜太阳能生产方法步骤（d）中半成品的俯视图;
图3f是图3e的L-L剖面图；
图3g是本发明另一实施例中所述薄膜太阳能生产方法步骤（e）中半成品的俯视图;
图3h是图3g的M-M剖面图；
图3i是本发明另一实施例中所述薄膜太阳能生产方法步骤（f）中半成品的俯视图；
图3j是图3i的N-N剖面图；
图3k是本发明另一实施例中所述薄膜太阳能生产方法步骤(g)中半成品的俯视图；
图3l是图3k的O-O剖面图；
图3m是本发明另一实施例中所述薄膜太阳能生产方法步骤(h)中半成品的俯视图；
图3n是图3m的P-P剖面图；
图3o是本发明另一实施例中所述薄膜太阳能生产方法步骤(i)中半成品的俯视图；
图3p是图3o的Q-Q剖面图。
图中附图标记表示为：1-薄膜太阳能电池，11-玻璃基底，12-透明导电层，13-窗口层，14-吸收层，15-接触电极空缺，16-电绝缘物质，17-背电极，P1-第一沟槽，P2-第二沟槽，P3-第三沟槽，2-接触电极。
具体实施方式
定义：
“贯通”表示穿透一层到达另一层上表面。
“重叠”表示该沟槽在玻璃基底11上的投影落在所述接触电极空缺15在玻璃基底11上投影的宽度范围内。
“有效长度”表示沿其延伸方向相同的直线长度。
实施例1
图1a-2p所示为本实施例中所述薄膜太阳能电池1的生产方法，包括如下步骤：
(a)在玻璃基底11上沉积透明导电层12(Transparent conductive oxide，简称TCO)；
(b)在所述透明导电层12上成形窗口层13，本实施例中所述窗口层13为硫化镉(CdS)，所述窗口层13通过电沉积成形在所述透明导电层12上；
(c)接触电极2穿透所述窗口层13与所述透明导电层12欧姆接触，将上述半成品置于电沉积槽内，对所述接触电极2和对电极进行通电，在所述窗口层13上电沉积吸收层14，所述吸收层14为碲化镉(CdTe)，本实施例中平行于所述玻璃基底11的所述接触电极2的横截面为圆形；
(d)移除所述接触电极2，在原所述接触电极2处产生接触电极空缺15，因为平行于所述玻璃基底11的所述接触电极2的横截面为圆形，所以移除所述接触电极2后在该半成品上成形有圆形的所述接触电极空缺15；
(e)在步骤(d)获得的半成品的透明导电层12上，贯通所述透明导电层12进行划沟槽工序得到第一沟槽P1；
(f)填充步骤(e)中所述第一沟槽P1和剩余的接触电极空缺15，填充所述第一沟槽P1和剩余的接触电极空缺15的物质为电绝缘物质16；
(g)在步骤(f)中获得的半成品的所述吸收层14上，贯通所述吸收层14进行划沟槽工序得到第二沟槽P2；所述第二沟槽P2与所述第一沟槽P1平行且错位设置；
（h）在步骤（g）中获得的半成品的吸收层14一侧沉积背接触层（图中未示出）和背电极17；
（i）在步骤（h）中获得的半成品的所述背接触层及背电极17上，贯通背接触层及背电极17进行划沟槽工序得到第三沟槽P3，所述第三沟槽P3与所述第二沟槽P2平行且错位设置；
所述接触电极空缺15的位置与所述第一沟槽P1、第二沟槽P2和第三沟槽P3所在的位置重叠，即所述第一沟槽P1、所述第二沟槽P2和第三沟槽P3都在所述接触电极空缺15在玻璃基底11投影宽度的范围内，解决了引入顶针孔洞产生的效率下降，本发明将接触顶针所占的位置和沟槽所占的位置重合，从而消除了顶针填充物对电池转换效率的影响;本实施例中设置所述第一沟槽P1、第二沟槽P2和第三沟槽P3为直线槽。本实施例中所述第一沟槽P1、所述第二沟槽P2和所述第三沟槽P3通过激光移除；
（j）将步骤（i）中获得的半成品进行器件封装。
作为可变换的实施例，所述第一沟槽P1、第二沟槽P2和第三沟槽P3为曲线槽，所述曲线槽穿过所述接触电极空缺15。
作为可变换的实施例，本实施例中平行于所述玻璃基底11的所述接触电极2的横截面为正方形，所述第三沟槽P3与所述接触电极2的位置重叠，所述第一沟槽P1和第二沟槽P2没有与所述接触电极2的位置重叠，因为有部分重叠，因此，仍能减少不参与光电转换的面积，所述第一沟槽P1、第二沟槽P2和第三沟槽P3通过激光移除。
作为可变换的实施例，本实施例中设置第二沟槽P2和第三沟槽P3与所述接触电极2的位置重叠，所述第一沟槽P1没有与所述接触电极2的位置重叠。
当然，也可以设置第一沟槽P1和第二沟槽P2与所述接触电极2的位置重叠，所述第三沟槽P3与所述接触电极2的位置部分重叠。
实施例2
图3a-3p所示为本实施例中所述一种薄膜太阳能电池1的生产方法，包括如下步骤：
（a）在玻璃基底11上沉积透明导电层12(Transparent conductive oxide，简称TCO)；
（b）在所述透明导电层12上成形窗口层13，本实施例中所述窗口层13为硫化镉（CdS）；
（c）接触电极2穿透所述窗口层13与所述透明导电层12欧姆接触，将上述半成品放置于电沉积槽内，对所述接触电极2和对电极进行通电，在所述窗口层13上电沉积吸收层14，本实施例中平行于所述玻璃基底11的所述接触电极2的横截面为长方形；
（d）移除接触电极2，在原所述接触电极2处产生接触电极空缺15，所述接触电极空缺15的形状为长方形，所以移除所述接触电极2后在该半成品上成形有长方形的所述接触电极空缺15；
（e）在步骤（d）获得的半成品的透明导电层12上，所述接触电极2 设置在第一沟槽P1所在的位置上；所述第一沟槽P1的长边穿过所述接触电极空缺15；
（f）填充步骤（e）中所述第一沟槽P1和剩余的接触电极空缺15，填充所述第一沟槽P1和剩余的接触电极空缺15的物质为电绝缘物质16；本实施例中设置所述电绝缘物质16是通过光刻工艺填充；
(g)在步骤(f)中获得的半成品的所述吸收层14上，贯通所述吸收层14进行划沟槽工序得到第二沟槽P2；所述第二沟槽P2与所述第一沟槽P1平行且错位设置；
(h)在步骤(g)中获得的半成品的吸收层14一侧沉积背接触层和背电极17；
(i)在步骤(h)中获得的半成品的所述背接触层及背电极17上，贯通背接触层及背电极17进行划沟槽工序得到第三沟槽P3，所述第三沟槽P3与所述第二沟槽P2平行且错位设置；所述第三沟槽P3与所述接触电极空缺15处对应且所述第三沟槽P3的长边穿过所述接触电极空缺15，本实施例中设置所述接触电极2的位置与所述第一沟槽P1、第二沟槽P2和第三沟槽P3所在的位置重叠。本实施例中所述第一沟槽P1、第二沟槽P2和第三沟槽P3为直线槽。由于消除了分布式接触电极2留下的空缺对转换效率的影响，接触电极2也
(j)将步骤(i)中获得的半成品进行器件封装。
本实施例中所述薄膜太阳能电池1生产方法中所用的电沉积装置，包括电沉积槽，其中充满电解液；
接触电极2，设置在所述电沉积槽内与待电沉积表面电连接；
对电极，与所述接触电极2形成电连通；
所述接触电极2与所述待电沉积表面欧姆接触且为面接触，所述接触电极2与所述待电沉积表面的接触面为长条形，本实施例中为长方形，对应的平行于所述玻璃基底11的所述接触电极2的横截面为长方形；所述长条形的长边长度等于与其接触的待电沉积表面的长度，即接触电极2与电沉积表面形成的接触电极空缺15为长方形，且长度与要划刻的沟槽长度相等。
作为可变换的实施例，本实施例中平行于所述玻璃基底11的所述接触电极2的横截面为曲面形。所述接触电极2的横截面为曲面形的对应所述第一沟槽P1、第二沟槽P2和第三沟槽P3为曲线槽。
相应的本实施例中所述薄膜太阳能电池1生产方法中所用的电沉积装置中，所述接触电极2与所述待电沉积表面的接触面为曲面形，也即平行于所述玻璃基底11的所述接触电极2的横截面为曲面形，本实施例中所述电沉积装置中所述横截面的长边长度大于与其接触的待电沉积表面的长度。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种薄膜太阳能电池的生产方法，包括如下步骤：
(a)在玻璃基底(11)上沉积透明导电层(12)；
(b)在所述透明导电层(12)上成形窗口层(13)；
(c)接触电极(2)穿透所述窗口层(13)与所述透明导电层(12)欧姆接触，将步骤(b)中获得的半成品置于电沉积槽内，对所述接触电极(2)和对电极进行通电，在所述窗口层(13)上电沉积吸收层(14)；
(d)移除所述接触电极(2)，在原所述接触电极(2)处产生接触电极空缺(15)；
(e)在步骤(d)获得的半成品的透明导电层(12)上，贯通所述透明导电层(12)进行划沟槽工序得到第一沟槽(P1)；
(f)填充步骤(e)中所述第一沟槽(P1)和剩余的接触电极空缺(15)；
(g)在步骤(f)中获得的半成品的所述吸收层(14)上，贯通所述吸收层(14)进行划沟槽工序得到第二沟槽(P2)；所述第二沟槽(P2)与所述第一沟槽(P1)平行且错位设置；
(h)在步骤(g)中获得的半成品的吸收层(14)一侧沉积背接触层和背电极(17)；
(i)在步骤(h)中获得的半成品的所述背接触层及背电极(17)上，贯通背接触层及背电极(17)进行划沟槽工序得到第三沟槽(P3)，所述第三沟槽(P3)与所述第二沟槽(P2)平行且错位设置；所述接触电极空缺(15)的位置与所述第一沟槽(P1)和/或第二沟槽(P2)和/或第三沟槽(P3)所在的位置部分或全部重叠；
(j)在步骤(i)中获得的半成品进行器件封装。
2.根据权利要求1所述薄膜太阳能电池的生产方法，其特征在于，所述窗口层(13)为硫化镉，所述吸收层(14)为碲化镉，填充所述第一沟槽(P1)和剩余的接触电极空缺(15)的物质为电绝缘物质(16)。
3.根据权利要求1或2所述薄膜太阳能电池的生产方法，其特征在于，平行于所述玻璃基底(11)的所述接触电极(2)的横截面为圆形、正方形、长方形和曲面形中的一种。
4.根据权利要求1所述薄膜太阳能电池的生产方法，其特征在于，所述第一沟槽(P1)、第二沟槽(P2)和第三沟槽(P3)为直线槽或曲线槽。
5.一种用于权利要求1-4任一所述薄膜太阳能电池生产方法的电沉积装置，包括
电沉积槽，其中充满电解液；
接触电极(2)，与待电沉积表面电连接；
对电极，与所述接触电极(2)形成电连通；
其特征在于，所述接触电极(2)与所述待电沉积表面欧姆接触且为面接触，所述接触电极(2)与所述待电沉积表面的接触面为长条形。
6.根据权利要求5所述的电沉积装置，其特征在于，所述长条形为直线长条形或曲线长条形。
7.根据权利要求5或6所述的电沉积装置，其特征在于，所述长条形的有效长度大于或等于与其接触的待电沉积表面的长度。
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