CN104350612B - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施方案的太阳能电池包括：基础衬底；形成在基础衬底上的背电极层；形成在背电极层上的光吸收层；形成在光吸收层上的缓冲层；形成在缓冲层上的高电阻缓冲层；以及形成在高电阻缓冲层上的前电极层。孔穿过光吸收层和缓冲层。根据一个实施方案的用于制造太阳能电池的方法包括：在衬底上形成背电极层的步骤；在背电极层上形成光吸收层的步骤；在光吸收层上形成缓冲层的步骤；对缓冲层的一部分进行蚀刻的步骤；以及在缓冲层上形成前电极层的步骤。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
一种制造用于太阳光发电的太阳能电池的方法如下所示。首先，在制备衬底之后，在衬底上形成背电极层并通过激光将背电极层图案化，因此形成多个背电极。
之后，在背电极上依次形成光吸收层、缓冲层和高电阻缓冲层。为了形成光吸收层已经使用了各种方案，包括通过同时或者分别蒸发铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)和硒(Se)形成光吸收层的方案。
接着，通过溅射工艺在光吸收层上形成包括硫化镉(CdS)的缓冲层。之后，通过溅射工艺在缓冲层上形成包括氧化锌(ZnO)的高电阻缓冲层。之后，可以在光吸收层、缓冲层和高电阻缓冲层上形成凹槽图案。
之后，在高电阻缓冲层上层叠透明导电材料，并且将透明导电材料填充在凹槽图案中。接着，可以在透明电极层上形成凹槽图案，使得可以形成多个太阳能电池。透明电极和背电极彼此不对准，并且通过连接导线彼此电连接。因此，太阳能电池可以彼此串联地电连接。
如上所述，为了将太阳光转换成电能，针对这种用途制造了各种太阳能电池装置，在韩国未审查专利公开第10-2008-0088744号公开了一种太阳能电池装置。
另一方面，由于在沉积光吸收层的过程中形成的或者在沉积光吸收层之后落在光吸收层上的外来物质例如颗粒或第二相，之后可能无法平滑地沉积缓冲层。因此，由于光吸收层与前电极层之间的短路而形成分路，并且效率劣化。
发明内容
技术问题
本实施方案提供了一种具有提高的可靠性的太阳能电池。
技术方案
根据实施方案，提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括：支承衬底；在支承衬底上的背电极层；在背电极层上的光吸收层；在光吸收层上的缓冲层；在缓冲层上的高电阻缓冲层；以及在高电阻缓冲层上的前电极层。形成有贯穿光吸收层和缓冲层的孔。
根据实施方案，提供了一种制造太阳能电池的方法。该方法包括：在衬底上形成背电极层；在背电极层上形成光吸收层；在光吸收层上形成缓冲层；对缓冲层的一部分进行蚀刻；以及在缓冲层上形成前电极层。
有益效果
如上所述，根据第一实施方案的太阳能电池包括形成为贯穿光吸收层和缓冲层的孔。该孔通过蚀刻工艺形成。具体地，通过蚀刻以下区域形成该孔：该区域具有在沉积光吸收层的过程中形成的或者在沉积光吸收层之后落在光吸收层上的外来物质例如颗粒或第二相。
因此，可以在光吸收层上平滑地沉积缓冲层或高电阻缓冲层而免于外来物质。另外，可以防止由于因缓冲层或高电阻缓冲层不平滑地沉积而导致的光吸收层与前电极层之间的短路而形成的分路，并且可以防止太阳能电池效率的劣化。
另一方面，因为在沉积缓冲层之后通过蚀刻工艺形成孔，所以可以防止光吸收层的表面被蚀刻剂损坏。因此，可以提高光效率，并且可以提高太阳能电池的可靠性。
根据第二实施方案的太阳能电池包括设置在光吸收层上的绝缘部。可以通过绝缘部防止由于因颗粒或第二相而导致的光吸收层与前电极层之间的短路而形成的分路，并且可以防止太阳能电池效率的劣化。换言之，光吸收层可以通过绝缘部绝缘于前电极层。
附图说明
图1是示出了根据第一实施方案的太阳能电池的平面图；
图2是沿图1中的线A-A’截取的截面图；
图3是示出了根据第二实施方案的太阳能电池的截面图；
图4至图12是示出了根据第一实施方案的太阳能电池的制造工序的截面图；以及
图13至图14是示出了根据第二实施方案的太阳能电池的制造工序的截面图。
具体实施方式
应该理解，在本实施方案的描述中，当层(或膜)、区域、图案或结构被称作在另一衬底、另一层(或膜)、另一区域、另一焊盘或另一图案“上”或“下”时，所述层(或膜)、区域、图案或结构可以“直接地”或“间接地”在其他衬底、层(或膜)、区域、焊盘或图案上，或者还可以存在一个或多个中间层。参照附图描述了层的这样的位置。
为了方便或清楚的目的，附图中示出的每个层(或膜)、每个区域、每个图案或每个结构的厚度和尺寸可以被放大、省略或示意性地绘制。另外，元件的尺寸并不完全反应实际尺寸。
下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方案。
首先，将参照图1和图2详细描述根据第一实施方案的太阳能电池。
图1是示出了根据第一实施方案的太阳能电池的平面图。图2是沿图1中的线A-A’截取的截面图。
参照图1和图2，根据第一实施方案的太阳能电池包括：支承衬底100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、孔H、高电阻缓冲层500和前电极层600。
支承衬底100为板状，并且支承背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500和前电极层600。
支承衬底100可以包括绝缘体。支承衬底100可以是玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底。同时，支承衬底100可以包括钠钙玻璃。支承衬底100可以是透明的、柔性的或刚性的。
在支承衬底100上设置有背电极层200。背电极层200是导电层。例如，背电极层200可以包括金属例如钼(Mo)。
另外，背电极层200可以包括至少两个层。在这种情况下，所述层可以包括相同的金属或互相不同的金属。
背电极层200在其中形成有第一通孔TH1。第一通孔TH1是使支承衬底100的顶表面露出的开口区域。当在平面图中观察时，第一通孔TH1可以是沿一个方向延伸的形状。
第一通孔TH1中的每一个可以具有在约80μm至约200μm的范围内的宽度。背电极层200通过第一通孔TH1分为多个背电极和两个连接电极。
背电极230通过第一通孔TH1彼此隔开。背电极230以条带的形状布置。
或者，背电极230可以以矩阵的形状布置。在这种情况下，当在平面图中观察时，第一通孔TH1以点阵的形状设置。
在背电极层200上设置有光吸收层300。此外，第一通孔TH1填充有包括在光吸收层300中的材料。
光吸收层300包括第I-III-VI族化合物。例如，光吸收层300可以包括Cu(In,Ga)Se2(CIGS)晶体结构、Cu(In)Se2晶体结构或Cu(Ga)Se2晶体结构。
光吸收层300可以具有在1eV至1.8eV范围内的能带隙。
在光吸收层300上设置有缓冲层400。缓冲层400直接接触光吸收层300。
缓冲层400包括硫化镉(CdS)，并且缓冲层400的能带隙在约2.2eV至2.4eV的范围内。
在光吸收层300和缓冲层400中形成有孔H。孔H形成为贯穿光吸收层300和缓冲层400。
孔H为点状。因此，参照图1，孔H不同于沿一个方向延伸的通孔TH1、第二通孔TH2和第三通孔TH3。
可以在孔H中设置高电阻缓冲层500和前电极层600。
孔H通过蚀刻工艺形成。具体地，通过对光吸收层300的以下部分进行蚀刻来形成孔H：该部分具有在沉积光吸收层300的过程中形成的或者在沉积光吸收层之后落在光吸收层300上的外来物质例如颗粒或第二相。
因此，可以解决由于外来物质引起的在光吸收层300上不平滑地沉积缓冲层400或高电阻缓冲层500的问题。另外，可以防止由于因不平滑地沉积缓冲层400或高电阻缓冲层500而导致光吸收层300与前电极层600之间的短路而形成的分路，并且可以防止太阳能电池效率的劣化。
同时，因为在沉积缓冲层400之后通过蚀刻工艺形成孔H，所以可以防止光吸收层300的表面被蚀刻剂损坏。因此，可以提高光效率，并且可以提高太阳能电池的可靠性。
在缓冲层400上设置有高电阻缓冲层500，另外，可以在孔H中设置高电阻缓冲层500。
高电阻缓冲层500包括未掺杂杂质的氧化锌(i-ZnO)。高电阻缓冲层500的能带隙可以在约3.1eV至约3.3eV的范围内。
在光吸收层300、缓冲层400和电阻缓冲层500中形成有第二通孔TH2。第二通孔TH2形成为贯穿光吸收层300。第二通孔TH2是使背电极层200的顶表面露出的开口区域。
第二通孔TH2形成为与第一通孔TH1相邻。换言之，当在平面图中观察时，第二通孔TH2的一部分形成在第一通孔TH1附近。
第二通孔TH2的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
另外，第二通孔TH2限定了在光吸收层300中的多个光吸收部。换言之，光吸收层300通过第二通孔TH2分为光吸收部。
缓冲层400通过第二通孔TH2分为多个缓冲区。同样，高电阻缓冲层500通过第二通孔TH2被分为多个高电阻缓冲区。
在高电阻缓冲层500上设置有前电极层600。可以在孔H中设置前电极层600。
前电极层600是透明的并且包括导电层。另外，前电极层600的电阻高于背电极层200的电阻。例如，前电极层600的电阻为背电极层200的电阻的约10倍至200倍高。
前电极层600包括氧化物。例如，构成前电极层600的材料可以包括氧化锌、氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。
另外，氧化物可以包括导电杂质，例如，铝、氧化铝(Al2O3)、镁(Mg)或镓(Ga)。更具体地，前电极层600可以包括掺杂Al的氧化锌(AZO)或掺杂Ga的氧化锌(GZO)。前电极层600的厚度可以在约800nm至约1200nm的范围内。
在光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500和前电极层600中形成有第三通孔TH3。第三通孔TH3是使背电极层200的顶表面露出的开口区域。例如，第三通孔TH3的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
第二通孔TH2形成为与第二通孔TH2相邻。更具体地，第三通孔TH3设置在第二通孔TH2附近。换言之，当在平面图中观察时，第三通孔TH3形成在第二通孔TH2附近并且与第二通孔TH2平行。
前电极层600通过第三通孔TH3被分为多个前电极。换言之，前电极通过第三通孔TH3限定。
前电极的形状与背电极230的形状对应。换言之，前电极以条带形状布置。另一种方式，前电极可以以矩阵的形式布置。
前电极层600包括通过在第二通孔TH2中填充透明导电材料而形成的多个连接部700。
通过第三通孔TH3限定了第一电池C1、第二电池C2和多个第三电池C3。更具体地，通过第二通孔TH2和第三通孔TH3限定了第一电池C1、第二电池C2和第三电池C3。换言之，根据本实施方案的太阳能电池装置包括设置在支承衬底100上的第一电池C1、第二电池C2和第三电池C3。
第三电池C3介于第一电池C1与第二电池C2之间。第一电池C1、第二电池C2和第三电池C3彼此串联连接。
在第二通孔TH2中设置有连接部700。连接部700从前电极层600向下延伸使得连接部700连接背电极层200。
因此，连接部700将相互相邻的电池彼此连接。换言之，连接部700分别将窗和包括在相邻的电池中的背电极彼此连接。
光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500和前电极层600的外部可以彼此基本上对齐成直线。换言之，光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500和前电极层600可以彼此对应。
下文中，将参照图3描述根据第二实施方案的太阳能电池。为了清楚和简要说明，将不再描述与第一实施方案的结构和部件相同或类似的结构和部件。
参照图3，根据第二实施方案的太阳能电池包括：支承衬底100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、绝缘部800、高电阻缓冲层500和前电极层600。
在光吸收层300的顶表面上设置有绝缘部800。绝缘部800包括氧化物。绝缘部800通过氧化过程形成。具体地，绝缘部800通过使在沉积光吸收层300的过程中形成的或者在沉积光吸收层300之后落在光吸收层300上的颗粒或第二相氧化而形成。换言之，绝缘部800包括外来物质的氧化物。
绝缘部800为点状。
通过绝缘部800可以防止由于因颗粒或第二相而导致在光吸收层300与前电极层600之间出现短路而形成的分路，并且可以防止太阳能电池效率的劣化。换言之，光吸收层300可以通过绝缘部800绝缘于前电极层600。
同时，前电极层600可以覆盖绝缘部800。
下文中，将参照图4至图12描述制造根据第一实施方案的太阳能电池的方法。
图4至图12是示出了根据第一实施方案的太阳能电池的制造工序的截面图。
首先，参照图4，通过溅射过程在支承衬底100上沉积金属例如钼(Mo)以形成背电极层200。背电极层200可以通过具有彼此不同的工艺条件的两个过程形成。
附加层例如防扩散层可以介于支承衬底100与背电极层200之间。
参照图5，通过图案化背电极层200形成第一通孔TH1。因此，在支承衬底100上形成多个背电极。背电极层200通过激光被图案化。
第一通孔TH1可以使支承板100的顶表面露出，并且第一通孔TH1的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
附加层例如防扩散层可以介于支承衬底100与背电极层200之间。在这种情况下，第一通孔TH1使附加层的顶表面露出。
参照图6，在背电极层200上形成光吸收层300。光吸收层300可以通过溅射工艺或蒸镀方案形成。
光吸收层300可以广泛地使用包括以下方案的各种方案形成：通过同时或单独蒸镀Cu、In、Ga和Se形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300的方案以及在形成金属前体膜之后进行硒化过程的方案。
关于在形成了金属前体层之后的硒化过程的详细说明，通过采用Cu靶、In靶或Ga靶的溅射过程在背接触电极200上形成金属前体层。
之后，使金属前体层经历硒化过程以形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300。
另外，采用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射过程以及硒化过程可以同时进行。
另外，可以通过采用仅Cu和In靶或者采用仅Cu和Ga靶的溅射过程以及硒化过程形成CIS或CIG光吸收层300。
在这种情况下，可以形成外来物质310例如颗粒或第二相。因此，光吸收层300可以包括包含外来物质310的颗粒形成部h。当在未去除外来物质310的情况下形成缓冲层400、高电阻缓冲层500和前电极层600时，在颗粒形成部h上没有平滑地形成缓冲层400和高电阻缓冲层500，使得在前电极层600与光吸收层300之间可能出现短路。
之后，在光吸收层300上形成缓冲层400，通过溅射过程或化学浴沉积(CBD)来沉积CdS，从而形成缓冲层400。
参照图8，可以对缓冲层400的一部分进行蚀刻。具体地，可以通过对缓冲层400的一部分和光吸收层300的一部分进行蚀刻来形成孔H。换言之，可以通过蚀刻工艺形成其中设置有外来物质310的颗粒形成部h。因此，可以去除外来物质310。
在这种情况下，可以使用包括氰化钾(KCN)的蚀刻剂。
在蚀刻步骤中可以形成贯穿光吸收层300和缓冲层400的孔H。孔H与外来物质h对应。
在形成缓冲层400之后进行蚀刻步骤，使得光吸收层300的表面不暴露于蚀刻剂。因此，可以防止光吸收层300被蚀刻剂损坏。因此，可以提高最终光效率，并且可以提高太阳能电池的可靠性。
之后，参照图9，通过溅射过程在缓冲层400上沉积氧化锌以形成高电阻缓冲层500。
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可以具有在约1nm至约80nm的范围内的厚度。
参照图10，通过去除光吸收层300的一部分、缓冲层400的一部分和高电阻缓冲层500的一部分形成第二通孔TH2。
第二通孔TH2可以通过机械设备例如尖端或激光设备形成。
例如可以通过宽度在约40μm至约180μm的范围内的尖端来对光吸收层300和缓冲层400进行图案化。可以通过波长在约200nm至约600nm的范围内的激光形成第二通孔TH2。
在这种情况下，第二通孔TH2的宽度可以在约100μm至约200μm的范围内。第二通孔TH2使背电极层200的顶表面的一部分露出。
参照图11，在高电阻缓冲层500上形成前电极层600。为了形成前电极层600，在高电阻缓冲层500上层叠透明导电材料。例如，透明导电材料可以包括掺杂有铝(Al)的氧化锌。
在这种情况下，可以在孔H中形成前电极层600。
参照图12，通过去除光吸收层300的一部分、缓冲层400的一部分、高电阻缓冲层500的一部分和前电极层600的一部分形成第三通孔TH3。因此，通过对前电极层600进行图案化来限定多个窗以及第一电池C1、第二电池C2和第三电池C3。每个第三通孔TH3的宽度可以在约80μm至约200μm的范围内。
下文中，将参照图13和图14描述制造根据第二实施方案的太阳能电池的方法。
图13和图14是示出了根据第二实施方案的太阳能电池的制造工序的截面图。
制造根据第二实施方案的太阳能电池的方法具有与第一实施方案中的直到在图7中示出的工艺步骤为止的工艺步骤相同的工艺步骤，即，制造根据第一实施方案的太阳能电池的方法中的形成缓冲层400的步骤。
之后，参照图13，在缓冲层400上形成高电阻缓冲层500。在这种情况下，在其中形成有外来物质310的部分中不平滑地沉积缓冲层400和高电阻缓冲层500。
随后，参照图14，可以使缓冲层400的顶表面氧化。具体地，在使缓冲层400的顶表面氧化的步骤中，可以使外来物质310的表面氧化。在使外来物质310的表面氧化的步骤中，可以使用氧等离子体方案。
外来物质310被氧化以形成绝缘部800。由于绝缘部800可以防止光吸收层300与前电极层600之间的短路。
尽管附图示出了在形成高电阻缓冲层500之后使外来物质氧化，但是本实施方案并不限于此。因此，可以在形成缓冲层400之后使外来物质氧化，并且接着可以形成高电阻缓冲层500。
在说明书中对“实施方案”等的任何提及是指结合实施方案所描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。在说明书中的各个位置中出现的这样的短语未必都指相同的实施方案。此外，当结合任意实施方案描述具体特征、结构或特性时，认为它在结合实施方案中的其他特征实现这样的特征、结构或特性在本领域的技术人员的视野范围之内。
尽管已经参照本实施方案的大量示例性实施方案对实施方案进行了描述，但是应该理解，本领域的技术人员可以作出落入本公开内容的原则的精神和范围之内的许多其他修改方案和实施方案。更具体地，可以在本公开内容、附图和所附权利要求的范围之内对于主题组合布置的组成部件部分和/或布置进行各种变化和修改。除了对于部件部分和/或布置方面的变化和修改之外，替代性用途对本领域的技术人员也是明显的。

Claims (18)

1.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
在衬底上形成背电极层；
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；
对所述缓冲层的一部分进行蚀刻；以及
在所述缓冲层上形成前电极层，
其中所述光吸收层包括外来物质，并且在对所述缓冲层的所述一部分进行蚀刻期间去除所述外来物质。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光吸收层包括包含所述外来物质的颗粒形成部。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述对所述缓冲层的一部分进行蚀刻期间使用蚀刻剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述蚀刻剂包括氰化钾(KCN)。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述对所述缓冲层的一部分进行蚀刻包括形成贯穿所述光吸收层和所述缓冲层的孔。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述孔与所述颗粒形成部对应。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述在所述缓冲层上形成前电极层包括在所述孔中设置所述前电极层。
8.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
在衬底上形成背电极层；
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；
使所述缓冲层的顶表面氧化；以及
在所述缓冲层上形成前电极层，
其中所述光吸收层包括外来物质，并且在使所述缓冲层的所述顶表面氧化时使所述外来物质的表面氧化。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述形成缓冲层与所述使所述缓冲层的顶表面氧化之间形成高电阻缓冲层。
10.根据权利要求8所述的方法，其中在使所述缓冲层的所述顶表面氧化的步骤中使用氧等离子体方案。
11.一种太阳能电池，包括：
支承衬底；
在所述支承衬底上的背电极层；
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；
在所述缓冲层上的高电阻缓冲层；以及
在所述高电阻缓冲层上的前电极层，
在所述背电极层中形成有第一通孔，
在所述光吸收层、所述缓冲层和所述高电阻缓冲层中形成有第二通孔，
在所述光吸收层、所述缓冲层、所述高电阻缓冲层和所述前电极层中形成有第三通孔，
其中形成有贯穿所述光吸收层和所述缓冲层的孔，
其中贯穿所述光吸收层和所述缓冲层的所述孔是使所述背电极层的顶表面露出的开口区域，
其中贯穿所述光吸收层和所述缓冲层的所述孔不同于沿一个方向延伸的所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中在贯穿所述光吸收层和所述缓冲层的所述孔中设置有所述高电阻缓冲层和所述前电极层。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池，其中贯穿所述光吸收层和所述缓冲层的所述孔为点状。
14.一种太阳能电池，包括：
支承衬底；
在所述支承衬底上的背电极层；
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；
在所述缓冲层上的高电阻缓冲层；以及
在所述高电阻缓冲层上的前电极层，
其中在所述光吸收层的顶表面上设置有绝缘部，
其中所述绝缘部延伸穿过所述缓冲层和所述高电阻缓冲层。
15.根据权利要求14所述的太阳能电池，其中所述绝缘部包括氧化物。
16.根据权利要求14所述的太阳能电池，其中所述绝缘部为点状。
17.根据权利要求14所述的太阳能电池，其中所述绝缘部包括外来物质的氧化物。
18.根据权利要求14所述的太阳能电池，其中所述前电极层覆盖所述绝缘部。
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