CN104272470B

CN104272470B - 太阳能电池及其制造方法

Info

Publication number: CN104272470B
Application number: CN201380023068.5A
Authority: CN
Inventors: 李昊旻
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2017-11-03
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: US20150083208A1; CN104272470A; KR20130109330A; US10134932B2; WO2013147517A1

Abstract

根据本发明的一种太阳能电池，其包括：支承基板；在支承基板上的背电极层；在背电极层上的光吸收层；在光吸收层上的缓冲层；在缓冲层上的前电极层；穿过缓冲层并将背电极层电连接到前电极层的连接件；以及在连接件的侧表面之一上的侧绝缘部，其中，所述侧绝缘部直接接触上述缓冲层、背电极层和光吸收层的一部分。

Description

太阳能电池及其制造方法

技术领域

本发明实施方案涉及一种太阳能电池及其制造方法。

背景技术

用于将阳光转化成电能的太阳能电池装置包括太阳能电池板、二极管和框架。

太阳能电池板具有板状形状。例如，太阳能电池板具有矩形板形状。太阳能电池板设置在框架内。太阳能电池板的四个侧表面设置在框架内。

太阳能电池板接收阳光，并且将阳光转化成电能。太阳能电池板包括多个太阳能电池。太阳能电池板还可以包括基板、膜或用于保护太阳能电池的保护玻璃。

太阳能电池板包括连接到太阳能电池的汇流条(bus bar)。汇流条从最外太阳能电池的上表面延伸并且分别连接到导线。

二极管被并联连接到太阳能电池板。电流选择性地流过二极管。也就是说，当太阳能电池板的性能劣化时，电流流过二极管。因此，防止了所述太阳能电池装置的短路。另外，太阳能电池装置还可以包括连接到二极管和太阳能电池板的导线。导线连接彼此相邻的太阳能电池板。

框架将太阳能电池板容纳于其中。框架由金属制成。框架设置在太阳能电池板的侧表面上。框架将太阳能电池板的侧表面容纳于其中。另外，框架可以包括多个子框架。在这种情况下，子框架可以彼此连接。

上述太阳能电池装置被安装在户外场地以将阳光转化成电能。因而，太阳能电池装置可以暴露于外部的物理影响、电影响和化学影响。

在韩国未经审查的专利公开第10-2009-0059529号中公开了一种关于这样的太阳能电池装置的技术。

发明内容

技术问题

本发明实施方案提供了一种具备提高的光电转换效率并可防止短路的太阳能电池及其制造方法。

问题的解决方案

根据本实施方案，提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括：支承基板；在支承基板上的背电极层；在背电极层上的光吸收层；在光吸收层上的缓冲层；在缓冲层上的前电极层；穿过缓冲层并将背电极层电连接到前电极层的连接件；以及在连接件的侧表面之一上的侧绝缘部，其中，所述侧绝缘部与缓冲层、背电极层和光吸收层的一部分直接接触。

根据本实施方案，提供了一种制造太阳能电池的方法。所述方法包括：在基板上形成背电极层；在背电极层上形成光吸收层；在光吸收层上形成缓冲层；形成穿过缓冲层、光吸收层和背电极层的通孔；在所述通孔的一个侧表面上形成侧绝缘部；并且在缓冲层上形成连接件和前电极层。

发明的有益效果

根据本实施方案的太阳能电池及其制造方法能够提供形成在第一通孔的侧表面上或者在连接件600的侧表面上的侧绝缘部。

另外，根据本实施方案的太阳能电池及其制造方法能够通过第一通孔分隔背电极层，并且通过第一通孔将前电极层与背电极层相互连接。

也就是说，与现有技术不同，现有技术中用于分隔背电极层的通孔和用于将前电极层和背电极层相互连接的通孔是分别形成的，而本实施方案能够减小不能用作太阳能电池的死区的面积。

因此，根据本实施方案的制造太阳能电池的方法能简化工艺，从而提高工艺效率并降低工艺成本。另外，还可降低死区的面积，从而提高太阳能电池的效率。

另外，背电极层和前电极层可通过侧绝缘部被短路，从而有效降低漏电流的量。

附图说明

图1示出根据本实施方案的太阳能电池的平面图。

图2是沿图1的线A-A’截取的截面图。

图3-7是示出根据本发明的制造太阳能电池的方法的截面图。

具体实施方式

在对本实施方案的描述中，应当理解的是，当板、条、框架、基板、凹槽或膜被称为在另一板、条、框架、基板、凹槽或膜“上”或“下”时，其可以“直接地”或“间接地”在其他板、条、框架、基板、凹槽或膜上，或者也可以存在一个或多个插入层。参照附图来描述元件的这样的位置。为方便或清晰的目的可以放大、省略或示意性绘制附图中所示的每个元件的厚度和尺寸。此外，元件的尺寸不完全反映实际尺寸。

图1示出根据本实施方案的太阳能电池的平面图。图2是沿图1的线A-A’截取的截面图。

参照图1和2，根据本实施方案的太阳能电池包括：支承基板100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、前电极层500、连接件600和侧绝缘部610。

支承基板100为板状形状，并支承背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、前电极层500、连接件600和侧绝缘部610。

支承基板100可包括绝缘体。支承基板100可以是玻璃基板、塑料基板、或金属基板。更具体地，支承基板100可以是钠钙玻璃基板。支承基板100可以是透明的。支承基板100可以是柔性的或刚性的。

背电极层200是导电层。支承基板100上设置有背电极层200。

背电极层200可包含钼(Mo)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)和铜(Cu)中的至少一种。上述这些材料中，Mo的热膨胀系数与支承基板100的热膨胀系数类似，因此，Mo可提高粘附性并防止背电极200从基板100上剥离。也就是说，Mo可整体上满足对背电极200所要求的特性。

背电极层200上设置有光吸收层300。

光吸收层300包括第I-III-VI族化合物。例如，光吸收层300可以具有CIGSS(Cu(In,Ga)(Se,S)₂)晶体结构、CISS(Cu(In)(Se,S)₂)晶体结构、或CGSS(Cu(Ga)(Se,S)₂)晶体结构。另外，光吸收层300的能带隙可在约1eV至约1.8eV的范围内。

光吸收层300上设置缓冲层400。在根据本实施方案的太阳能电池中，在光吸收层300(相当于CIGS或CIGSS化合物薄膜，其为p型半导体)和前电极层500的薄膜(其为n型半导体)之间形成一个pn结。然而，这两种材料的晶格常数和带隙能量差异较大，因此，需要带隙介于这两种材料之间的缓冲层以形成良好的结。缓冲层400包括硫化镉(CdS)，缓冲层400的能带隙在约2.2eV至约2.4eV的范围内。

同时，尽管并未在附图中示出，可额外将高电阻缓冲层设置于缓冲层上。该高电阻缓冲层可包含未掺杂杂质的氧化锌(i-ZnO)。高电阻缓冲层的能带隙为约3.1eV至3.3eV。

可在缓冲层400中形成第一通孔TH1。第一通孔TH1对应于露出支承基板100和背电极层200的上表面的开放区域。当从上往下看时，第一通孔TH1可沿一个方向延伸。第一通孔TH1的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内，但实施方案不限于此。

连接件600和侧绝缘部610形成于第一通孔TH1中。该结构将与下文所述的连接件600一起具体描述。

前电极层500设置于缓冲层400上。前电极层500是透明的且是导电层。前导电层500可包含氧化物。例如，前电极层500可包含锌氧化物、铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。所述氧化物可包含导电性杂质，例如铝(Al)、氧化铝(Al₂O₃)、镁(Mg)或镓(Ga)。更具体地，前电极层500可包含铝掺杂的锌氧化物(AZO)或镓掺杂的锌氧化物(GZO)。

连接件600与前电极层500一体成型。也就是说，连接件600可与前电极层500同时形成。用作连接件600的材料与前电极层500的材料相同。

连接件600设置于第一通孔TH1中。也就是说，连接件600延伸穿过光吸收层300。

连接件600从前电极层500向下延伸并连接到背电极200。也就是说，连接件600可将前电极层500与背电极200彼此电连接。

例如，连接件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，连接件600连接了相邻的电池。更具体地，连接件600连接了包括在相邻单元C1、C2、……中的窗口和背电极，从而使电流流动。

侧绝缘部610可形成于第一通孔TH1中露出支承基板100的上表面的开放区域上。侧绝缘部610可设置于连接件600之一的侧表面上。也就是说，侧绝缘部610可形成为直接接触背电极层200、光吸收层300和缓冲层400的侧表面。

侧绝缘部610是其电阻高于连接件600的电阻的区域，并可防止连接件600中的电子流到光吸收层300中。此外，侧绝缘部610可防止连接件600中的电子流到相反方向上的背电极层200中。也就是说，根据本实施方案的太阳能电池可通过侧绝缘部610降低漏电流。

对侧绝缘部610的材料没有具体限定，只要材料的电阻高于连接件600的电阻即可。更具体地，侧绝缘部610可包括金属氧化物层、无机氧化物层或聚合物绝缘层。此外，侧绝缘部610的宽度可以在约1μm到10μm的范围内，但实施方案不限于此。

侧绝缘部610填入待形成的第一通孔TH1的空隙。也就是说，侧绝缘部610与连接件600一起填入待形成的第一通孔TH1的空隙。例如，侧绝缘部610可以形成在通过第一通孔TH1露出的背电极层200、光吸收层300和缓冲层400的侧表面与连接件600的侧表面之间。因此，侧绝缘部610可直接接触背电极层200的一部分，也就是说，背电极层200的侧表面通过第一通孔TH1露出。

如上所述，本实施方案提供的太阳能电池包括形成于第一通孔TH1的侧表面或连接件600的侧表面的侧绝缘部610。

根据本实施方案的太阳能电池中，背电极层200和前电极层500可通过第一通孔TH1彼此连接或彼此分隔开。

也就是说，与现有技术不同，现有技术中用于分隔背电极层200的通孔TH1和用于将前电极层500和背电极层200相互连接的通孔TH1是分别形成的，而本实施方案能减小不能用作太阳能电池的死区的面积。

因此，根据本实施方案的制造太阳能电池的方法能够简化工艺，从而能够提高工艺效率并降低工艺成本。另外，根据本实施方案，还可减少死区，从而提高太阳能电池的效率。

另外，根据本实施方案，背电极层和前电极层可通过侧绝缘部有效地彼此短路，从而有效降低漏电流的量。

图3到7是示出根据本实施方案的制造太阳能电池的方法的截面图。将参照根据上述本实施方案的太阳能电池来描述制造太阳能电池的方法。

参照图3，背电极层200形成于支承基板100上。背电极200可通过物理气相沉积方案或镀覆方案形成。

参照图4，光吸收层300和缓冲层400可以形成于背电极层200上。

例如，为了形成光吸收层300，广泛使用了如下方法：同时或分别蒸镀铜、铟、镓和硒的同时，形成基于铜-铟-镓-硒(Cu(In,Ga)(Se)₂；CIGS基)的光吸收层300的方法，以及在已形成金属前体层之后进行硒化工艺的方法。

关于在形成金属前体层之后进行硒化工艺的细节，通过采用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。之后，对该金属前体层进行硒化处理，从而形成基于Cu(In,Ga)(Se)₂(CIGS)的光吸收层300。

作为替代方案，采用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射工艺和硒化工艺可同时进行。作为另一种替代方案，基于CIS或基于CIG的光吸收层300可通过仅使用铜靶或铟靶的溅射工艺或硒化工艺形成，或通过使用铜靶和镓靶的溅射工艺或硒化工艺形成。

可通过化学浴沉积(CBD)方案在光吸收层300上沉积CdS来形成缓冲层400。另外，通过溅射工艺在缓冲层400上沉积氧化锌，从而形成高电阻缓冲层500。

参照图5-7，通过穿透缓冲层、光吸收层和背电极层形成了第一通孔TH1。可形成第一通孔TH1使得支承基板100和背电极层200的一部分露出。

因此，支承基板上可形成多个背电极，缓冲层上形成的前电极可电连接到通过第一通孔TH1露出的背电极200上。

第一通孔TH1可利用机械装置(例如尖头或激光装置)形成，但实施方案不限于此。

侧绝缘部610形成于第一通孔TH1的侧表面上。优选的，侧绝缘部610可形成为使得侧绝缘部610直接接触通过第一通孔TH1露出的缓冲层400、光吸收层300和背电极层的侧表面。因此，可防止设置于缓冲层400上的前电极层500中的电子移动到光吸收层300或背电极层200中，从而降低了漏电流的量。

侧绝缘部610可通过喷墨方案或通过使用掩模形成于第一通孔TH1的侧表面上，但实施方案不限于此。另外，侧绝缘部610的材料可为液体、蒸汽或糊。优选的，侧绝缘部610可包括金属氧化物层、无机氧化物层或聚合物绝缘层。侧绝缘部610和连接件600可相继形成。侧绝缘部610可形成在连接件与背电极层、光吸收层和缓冲层的侧表面之间。另外，侧绝缘部610的宽度可在约1μm到10μm的范围内。

参照图6和7，前电极500通过在缓冲层400上沉积透明导电材料形成。

另外，沉积透明导电材料，使得透明导电材料直接接触第一通孔TH1的内侧，优选的，侧绝缘部610的侧表面直接接触第一通孔TH1的内侧，从而形成连接件600。

可通过在无氧的气氛下沉积透明导电材料来形成前电极层500和连接件600。更具体地，可在不含氧的惰性气体气氛下沉积AZO来形成前电极500。

参照图7，移除光吸收层300、缓冲层400和前电极层500的一部分，从而形成第二通孔TH2。由此，将前电极层500图案化，使得限定了多个窗口和多个单元C1、C2、……。第二通孔TH2的宽度可以在约80μm至200μm范围内，但实施方式不限于此。

如上所述，根据本实施方案的制造太阳能电池的方法提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括形成于第一通孔TH1侧表面上或连接件600侧表面上的侧绝缘部610。此外，根据本实施方案的制造太阳能电池的方法可通过第一通孔TH1分隔背电极层200并使前电极层500和背电极层200相互连接。

因此，根据本实施方案的制造太阳能电池的方法能够简化工艺，从而提高工艺效率并降低工艺成本。此外，可降低死区的面积，从而提高太阳能电池的效率。另外，背电极层和前电极层可通过侧绝缘部有效地短路，从而可有效降低漏电流的量。

本说明书中任何提及“实施方式”等的地方，都表示所描述的与该实施方案相关的具体特征、结构和特性包括在本发明的至少一个实施方案中。在本说明书中的各个地方出现这样的措辞未必全都指代同一个实施方案。此外，当结合任何实施方案对具体特征、结构或特性进行描述时，认为结合其他实施方案来实现这些特征、结构或特性是在本领域技术人员的能力范围之内的。

尽管到目前为止已主要描述了一些实施方案，但是它们仅是示例性的并且不限制本发明。因而，本领域普通技术人员将知道可以在不偏离本实施方案的本质特征的范围内执行还未示例出的各种修改方案和应用。例如，可以对在示例性实施方案中具体描述的构件进行修改。此外，应将涉及这些修改方案和应用的差异理解为包括在本发明的所附权利要求中指定的范围内。

Claims

1.一种太阳能电池，其包括：

支承基板；

在所述支承基板上的背电极层；

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；

穿过所述缓冲层、所述光吸收层和所述背电极层并露出所述支承基板的第一通孔；

在所述缓冲层上的前电极层；

穿过所述缓冲层并将所述背电极层电连接到所述前电极层的连接件；以及

穿过所述前电极层、所述缓冲层和所述光吸收层并露出所述背电极层的第二通孔；

在所述连接件的侧表面之一上的侧绝缘部，

其中，所述侧绝缘部直接接触通过所述通孔露出的所述背电极层、所述光吸收层，和所述缓冲层的侧表面，并且所述侧绝缘部在所述连接件的侧表面与所述背电极层、所述光吸收层和所述缓冲层的侧表面之间；

其中所述前电极层和所述连接件彼此一体地形成；以及

其中所述侧绝缘部的电阻大于所述连接件的电阻。

2.根据权利要求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、无机氧化物层或聚合物绝缘层。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述侧绝缘部的宽度在1μm至10μm的范围内。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述连接件接触所述支承基板。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述连接件使用与所述前电极层相同的材料。

6.一种制造太阳能电池的方法，该方法包括：

在基板上形成背电极层；

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；

形成穿过所述缓冲层、所述光吸收层和所述背电极层并且露出所述基板的第一通孔；

形成侧绝缘部，所述侧绝缘部直接接触通过所述第一通孔露出的所述背电极层的侧表面的一部分、所述光吸收层的侧表面的一部分，和所述缓冲层的侧表面的一部分；

在所述缓冲层上形成连接件和前电极层；

所述侧绝缘部设置在所述连接件的侧表面与所述背电极层所述侧表面的所述一部分、所述光吸收层的所述一部分和所述缓冲层所述一部分之间；

形成穿过所述前电极层、所述缓冲层和所述光吸收层并露出所述背电极层的第二通孔；

其中所述前电极层和所述连接件彼此一体地形成；以及

其中所述侧绝缘部的电阻大于所述连接件的电阻。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述连接件和所述前电极层同时并彼此一体地形成。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述侧绝缘部的宽度在1μm至10μm的范围内。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述连接件通过在所述通孔中沉积前电极材料形成。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述侧绝缘部包括金属氧化物层、无机氧化物层或聚合物绝缘层。