CN104380478B - 太阳能电池设备及制造太阳能电池设备的方法 - Google Patents
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Abstract
公开太阳能电池设备和制造太阳能电池设备的方法。太阳能电池设备包括：支撑基板；在支撑基板上的背电极层；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；在背电极层中的第一通孔，以暴露支撑基板的顶表面；以及第二通孔，该第二通孔穿过光吸收层和缓冲层，并且与第一通孔的一部分重叠。该方法包括：在支撑基板上形成背电极层；形成第一通孔；在背电极层上形成光吸收层；形成第二通孔；以及在光吸收层上和在与第一通孔的一部分重叠的第二通孔中形成前电极层。
Description
技术领域
实施例涉及一种太阳能电池设备和一种制造太阳能电池设备的方法。
背景技术
最近，随着能量消耗增加，太阳能电池已经被发展以将太阳能转换成电能。
特别地，CIGS基的太阳能电池已经被广泛地使用，该CIGS基的太阳能电池是PN异质结设备，该PN异质结设备具有包括玻璃基板的基板结构、金属背栅极层、P型CIGS基的光吸收层、高电阻缓冲层以及N型窗口层。
太阳能电池在其中被设置有第一通孔、第二通孔以及第三通孔，并且借助于第二和第三通孔形成死区。死区用作减少太阳能电池的效率的诱因。
发明内容
技术问题
实施例提供一种能够防止短路现象并且呈现被改进的性能的太阳能电池设备及一种制造该太阳能电池设备的方法。
技术解决方案
根据实施例，提供一种太阳能电池设备，包括：支撑基板；在支撑基板上的背电极层；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；在背电极层中的第一通孔，以暴露支撑基板的顶表面；以及第二通孔，通过光吸收层和缓冲层形成该第二通孔。第二通孔与第一通孔的一部分重叠。
根据实施例，提供一种制造太阳电池设备的方法。该方法包括：在支撑基板上形成背电极层；将第一通孔形成于是背电极层以暴露支撑基板的顶表面；在背电极层上形成光吸收层；将第二通孔形成于光吸收层以暴露支撑基板和背电极层的顶表面；以及在光吸收层上和在第二通孔中形成前电极层。第二通孔与第一通孔的一部分重叠。
本发明的有利效果
如上所述，根据实施例的太阳能电池设备，第二通孔具有在光吸收层中以悬垂(overhang)结构倾斜的内横向侧。因此，当形成前电极层时，借助于第二通孔能够自然地对前电极层进行构图。
因此，根据实施例的太阳能电池设备，尽管第三通孔没有被附加地形成，但是前电极层被构图以形成多个前电极。因此，实施例的太阳能电池设备能够被容易地制造。
另外，第一通孔与第二通孔重叠，并且连接部被设置在重叠部分中，使得在没有损失太阳能电池效率的情况下能够实现透视(see-through)模块。
另外，当第三通孔没有被形成时，根据实施例的太阳能电池设备可以具有带宽广面积的有效发电区域。换言之，在第二通孔已经被形成之后可以提供有效发电区域。因此，根据实施例的太阳能电池设备，能够减少死区，并且能够呈现提高的光电转换效率。
附图说明
图1是示出根据实施例的太阳能电池板的截面图。
图2至图5是示出根据实施例的制造太阳能电池板的方法的截面图。
具体实施方式
在下面实施例的描述中，将会理解的是，当层(膜)、区域、图案或者结构被称为是在另一基板、层(膜)、区域、焊盘或者图案“上”或者“下”时，它能够“直接地”或者“间接地”在另一基板、层(膜)、区域、焊盘或者图案上，或者也可以存在一个或者更多个中间层。参考附图将会描述每个层的这样的位置。
为了方便和清楚起见，在附图中示出的每个层(膜)、区域、图案或者结构的厚度或者尺寸可以被修改。另外，每个层(膜)、区域、图案或者结构的尺寸没有完全地反映实际尺寸。
在下文中，将会参考附图描述实施例。
在下文中，将会参考图1详细地描述根据实施例的太阳能电池设备。图1是示出根据实施例的太阳能电池板的一个截面图。
参考图1，根据实施例的太阳能电池板包括支撑基板100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500、前电极层600以及多个连接部700。
支撑基板100可以包括绝缘体。支撑基板100可以包括玻璃基板、塑料基板或者金属基板。更加详细地，支撑基板100可以包括钠钙玻璃。支撑基板100可以是透明的。支撑基板100可以是刚性的或者柔性的。
背电极层200被设置在支撑基板100上。背电极层200是导电层，并且背电极层200可以包括钼(Mo)中的一个。
另外，背电极层200可以包括至少两个层。在这样的情况下，这些层可以包括相同的金属或者不同的金属。
第一通孔TH1被形成在背电极层200中。第一通孔TH1是敞开的区域以暴露支撑基板100的顶表面。当在平面图中观察时，第一通孔TH1可以具有在第一方向上延伸的形状。
由第一通孔TH1将背电极层200划分成多个背电极。换言之，由第一通孔TH1限定背电极。
由第一通孔TH1将背电极彼此间隔开。背电极以条带的形式被布置。
可替选地，背电极可以以矩阵的形式布置。在这样的情况下，当在平面图中观察时，第一通孔TH1可以以栅格的形式设置。
第一通孔TH1在其中设置有光吸收层300和连接部700。
透明的连接部700被设置在第一通孔TH1中，从而实现透视模块。
每个第一通孔TH1可以具有在大约50μm至大约900μm的范围中的宽度。如果第一通孔TH1的宽度小于50μm，则透视效应可能被快速地降低。
光吸收层300被设置在背电极层200上。光吸收层300被设置在第一通孔TH1的一部分处。
光吸收层300可以包括I-III-VI基族的化合物。例如，光吸收层300可以包括Cu(In、Ga)Se2(CIGS)晶体结构、Cu(In)Se2晶体结构或者Cu(Ga)Se2晶体结构。
光吸收层300的能带隙可以是在约1eV至1.8eV的范围内。
缓冲层400被设置在光吸收层300上。缓冲层400包括硫化镉(Cds)，并且缓冲层400的能带隙是在大约2.2eV至大约2.4eV的范围中。
高电阻缓冲层500可以进一步被设置在缓冲层400上。高电阻缓冲层500包括没有被掺杂有杂质的i-ZnO。高电阻缓冲层500的能带隙可以是在大约3.1eV至大约3.3eV的范围中。
通过光吸收层300、缓冲层400以及高电阻缓冲层500形成第二通孔TH2。通过光吸收层300形成第二通孔TH2。另外，第二通孔TH2是敞开的区域以暴露支撑基板100和背电极层200的顶表面。
第二通孔TH2与第一通孔TH1的一部分重叠。第二通孔TH2的一部分被形成在第一通孔TH1上方。
第二通孔TH2具有在第一方向上延伸的形状。
第二通孔TH2可以是处于大约5μm至大约900μm的范围中。如果第二通孔TH2的宽度小于5μm，则第二通孔TH2不可以被实现。
另外，借助于第二通孔TH2，多个光吸收部被限定在光吸收层300中。换言之，借助于第二通孔TH2，光吸收层300被划分成光吸收部。
详细地，每个第二通孔TH2包括第一部分th21和第二部分th22。
第一部分th21暴露支撑基板100的顶表面。第一部分th21与第一通孔TH1的一部分重叠。连接部700被设置在第一部分th21中，并且通过第一部分th21可以实现透视模块。换言之，第一部分th21与第一通孔TH1重叠，使得在没有损失太阳能电池效率的情况下能够实现透视模块。
通过加宽第一通孔TH1的宽度并且保持现有电池的宽度可以实现透视模块。可替选地，通过将第一通孔TH1的宽度保持为现有的宽度，并且增加电池的数目以加宽透视区域，可以实现第一通孔TH1。换言之，通过增加电池的数目可以增加传送区域的数目使得可以更多地看到太阳能电池模块的背侧。
第二部分th22暴露背电极层200的顶表面。
第二通孔TH2可以相对于支撑基板100或者背电极层200倾斜。换言之，第二通孔TH2包括彼此面向的第一内横向侧301和第二内横向侧302，并且第一内横向侧301可以相对于支撑基板100倾斜。第二内横向侧302可以相对于背电极层200倾斜。
详细地，第一部分th21包括第一内横向侧301。第一内横向侧301可以相对于支撑基板100的顶表面以悬垂结构倾斜。换言之，第一内横向侧301可以向每个第二通孔TH2外倾斜。因此，向每个通孔TH2外延伸的第一内横向侧301与支撑基板100的顶表面相关的角度θ1可以是大于90°。
第二部分th22包括第二内横向侧302。第二内横向侧302面向第一内横向侧301。第二内横向侧302可以与第一内横向侧301大体上平行。第二内横向侧302相对于背电极层200的顶表面倾斜。
第二内横向侧302可以向第二通孔TH2内倾斜。因此，向第二通孔TH2内延伸的第二内横向侧302与背电极层200的顶表面相关的角度可能小于90°。更加详细地，向每个第二通孔TH2内延伸的第二内横向侧302与背电极层200的顶表面相关的角度θ2可以是处于大约30°至大约60°的范围内。如果向每个第二通孔TH2内延伸的第二内横向侧302与背电极层200的顶表面相关的角度θ2小于30°，则太阳能电池的结构可能被破坏。如果向每个第二通孔TH2内延伸的第二内横向侧302与背电极层200的顶表面相关的角度θ2大于60°，则电短路现象可能发生。
因此，凸起303和凹部R被形成在第二通孔TH2中。凸起303向第二通孔TH2内突出。另外，凹部R被形成在凸起303下方。换言之，凹部R是在凸起303和背电极层200之间的空间。因此，借助于凹部R将凸起303与背电极层200间隔开。因为第二横向侧302以悬垂结构倾斜，所以凸起303和凹部R被不可避免地形成。
凸起303从光吸收部的一个横向侧在侧方向上突出。更加详细地，凸起303从光吸收部的上横向侧在侧方向上突出。另外，突出303可以与每个光吸收部一体地形成。
借助于第二通孔TH2多个缓冲部被限定在缓冲层400中。换言之，借助于第二通孔TH2缓冲层400被划分成缓冲部。
借助于第二通孔TH2，多个高电阻缓冲部被限定在高电阻缓冲层500中。换言之，借助于第二通孔TH2，高电阻缓冲层500被划分成高电阻缓冲部。
前电极层600被设置在高电阻缓冲层500上。前电极层600是透明的并且用作导电层。另外，前电极层600的电阻比背电极层200的电阻高。
前电极层600包括氧化物。例如，电极层600包括掺杂Al的氧化锌(AZO)或者掺杂Ga的氧化锌(GZO)。
前电极层600的厚度可以是在大约0.5μm至大约1.5μm的范围中。借助于第二通孔TH2可以自然地对前电极层600进行构图。因为第二内横向侧302具有悬垂结构，所以组成前电极层600的材料不可以被沉积在第二内横向侧302上。
因此，断开区域CT被限定在前电极层600中以暴露第二内横向侧302的一部分或者整个部分。因此，借助于第二通孔TH2前电极层600可以被划分成多个前电极。
前电极具有与背电极的形状相对应的形状。换言之，前电极以条带的形状被布置。可替选地，前电极可以以矩阵的形状被布置。
另外，借助于第二通孔TH2限定多个电池。换言之，借助于第二通孔TH2，根据实施例的太阳能电池设备被划分成这些电池。另外，在与第一方向相交的第二方向上这些电池被彼此连接。换言之，电流可以流过在第二方向上的电池。
连接部700被设置在第二通孔TH2内。每个连接部700从前电极层600向下延伸以被连接到背电极层200。例如，每个连接部700从第一电池的前电极延伸以被连接到第二电池的背电极。
因此，连接部700将相邻的电池彼此连接。更加详细地，连接部700分别连接被包括在相邻的电池中的前电极和背电极。
连接部700与前电极层600一体地形成。换言之，连接部700包括与组成前电极层600的材料相同的材料。
朝向凹部R设置连接部700的末端。详细地，连接部700可以覆盖第一部分th21的整个底表面和第二部分th22的底表面的一部分。换言之，连接部700可以覆盖第一部分th21的整个底表面，并且可以覆盖第二部分th22的底表面的一部分。
连接部700的末端可以被设置在凹部R中。连接部700的末端可以与第二内横向侧302间隔开。
如上所述，借助于第二通孔TH2可以对前电极层600自然地进行构图。因此，根据示例实施例的太阳能电池板中，尽管除了第一和第二通孔TH1和TH2之外不附加地形成通孔，但是前电极层600可以被构图。因此，根据实施例的太阳能电池板能够被容易地制造。
另外，因为附加的通孔没有被形成，所以根据实施例的太阳能电池板可以具有具有广大面积的有源发电区域。换言之，有源发电区域可以被设置在第二通孔TH2之后。因此，在根据实施例的太阳能电池板中，死区能够被减少，并且光电转换效率能够被改进。
另外，每个第二通孔TH2的一部分与每个第一通孔TH1重叠，使得在没有损失太阳能电池效率的情况下能够实现透视模块。换言之，因为被设置在第一通孔TH1与第二通孔TH2重叠的区域中的连接部700是透明的，所以透视结构能够被形成。
在下文中，将会参考图2至图5描述制造实施例的太阳能电池设备的方法。图2至图5是示出根据实施例的太阳能电池板的制造步骤的截面图。将会参考上面的太阳能电池板的描述来描述本制造方法。上面的太阳能电池的描述可以被合并在本制造方法的描述中。
参考图2，背电极层200被形成在支撑基板100上。背电极层200被构图以形成第一通孔TH1。因此，多个背电极被形成在支撑基板100上。借助于激光构图背电极层200。
背电极层200可以包括诸如Mo的材料。在彼此不同的工艺条件下背电极层200可以包括至少两个层。
第一通孔TH1暴露支撑基板100的顶表面，并且可以具有在大约50μm至大约900μm的范围中的宽度。
另外，诸如抗扩散层的附加层可以被插入在支撑基板100和背电极200之间，并且第一通孔TH1暴露附加层的顶表面。
参考图3，光吸收层300、缓冲层400以及高电阻缓冲层500被形成在背电极层200上。
借助于溅射工艺或者蒸镀方案可以形成光吸收层300。
通过广泛地使用如下方案诸如通过同时或者单独地蒸镀Cu、In、Ga以及Se形成Cu(In、Ga)Se2(CIGS)基的光吸收层300的方案和在金属前驱膜已经被形成之后执行硒化工艺的方案来形成光吸收层300。
关于在金属前驱层的形成之后的硒化工艺的详情，通过采用Cu靶、In靶或者Ga靶的溅射工艺，金属前驱层被形成在背接触电极200上。
其后，金属前驱层经受硒化工艺使得Cu(In、Ga)Se2(CIGS)基的光吸收层300被形成。
另外，采用Cu靶、In靶以及Ga靶的溅射工艺和硒化工艺可以被同时执行。
另外，可以通过仅采用Cu和In靶或者仅采用Cu和Ga靶的溅射工艺和硒化工艺形成CIS或者CIG的光吸收层300。
通过利用溅射工艺和化学浴沉积(CBD)来沉积硫化镉(CdS)来形成缓冲层400。
其后，通过利用溅射工艺将氧化锌沉积在缓冲层400上来形成高电阻缓冲层500。
缓冲层400和高电阻缓冲层500以低厚度被沉积。例如，缓冲层400和高电阻缓冲层500的厚度可以是在大约1nm至大约80nm的范围中。
参考图4，通过去除光吸收层300、缓冲层400以及高电阻缓冲层500的部分形成第二通孔TH2。
借助于诸如刀片(tip)的机械装置或者激光装置可以形成第二通孔TH2。
详细地，通过诸如刀片的机械装置可以构图光吸收层300、缓冲层400以及高电阻缓冲层500。刀片可以是在大约5μm至大约900μm的范围中。
在这样的情况下，在相对于支撑基板100倾斜的方向上可以对光吸收层300、缓冲层400以及高电阻缓冲层500进行构图。刀片的末端可以在相对于支撑基板100倾斜的方向上延伸。在相对于支撑基板100或者背电极层200倾斜的方向上加压且对光吸收层300、缓冲层400以及高电阻缓冲层500进行构图。
另外，借助于激光可以对第二通孔HT2进行构图。在这样的情况下，在相对于支撑基板100倾斜的方向上激光可以照射到光吸收层300、缓冲层400以及高电阻缓冲层500。
因此，在相对于支撑基板100倾斜的方向上可以形成光吸收层300、缓冲层400以及高电阻缓冲层500。
另外，借助于具有单侧能量密度的激光可以形成第二通孔TH2。换言之，激光的能量密度被更高地呈现在靠近第二内横向侧302的位置处。
即使具有单侧能量密度的激光被垂直于如上所述的支撑基板100地照射到光吸收层300，具有以悬垂结构形成的内横向侧的第二通孔TH2可以被形成在光吸收层300中。
参考图5，前电极层600被形成在光吸收层300上和在第二通孔TH2中。换言之，通过在高电阻缓冲层500上和在第二通孔TH2中沉积透明导电材料可以形成前电极层600。
例如，通过利用溅射工艺在高电阻缓冲层500的顶表面上和在第二通孔TH2中沉积诸如AZO的透明导电材料可以形成前电极层600。
透明导电材料可以垂直于支撑基板100地被沉积。
在这样的情况下，可以通过在第二通孔TH2中沉积透明导电材料形成连接部。
因为第二通孔TH2包括具有悬垂结构的第一内横向侧301，所以前电极层600被自然地进行构图。换言之，透明导电材料没有被沉积在凹部R中，而可以形成断开区域CT。
如上所述，具有被改进的光电转换效率的太阳能电池板能够被容易地制造。
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用表示在本发明的至少一个实施例中包括与实施例相结合地描述的特定特征、结构或特性。在说明书中的各个位置中这样的短语的出现不必全部指示相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合这些实施例的其它特征、结构或特性来实现这样的特征、结构或特性在本领域内的技术人员的认识范围内。
虽然已经参考本发明的多个说明性实施例而描述了实施例，但是应当明白，本领域内的技术人员可以设计落在本公开的原理的精神和范围内的多种其它变型和实施例。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内的从属组合装置的组成部分和/或布置中，各种变体和变型是可能的。除了在组成部分和/或布置中的变体和变型之外，替代应用也对于本领域内的技术人员是显然的。
Claims (16)
1.一种太阳能电池设备，包括：
支撑基板；
在所述支撑基板上的钼(Mo)层；
在所述钼(Mo)层上的光吸收层；
在所述光吸收层上的缓冲层；
所述缓冲层的高电阻缓冲层；
在所述缓冲层上的前电极层；
在所述钼(Mo)层中的第一通孔，所述第一通孔使所述支撑基板的顶表面暴露；以及
第二通孔，所述第二通孔穿过所述光吸收层、所述缓冲层和所述高电阻缓冲层而形成，
其中，所述缓冲层包括硫化镉(CdS)，
其中，所述高电阻缓冲层包括没有被掺杂有杂质的i-ZnO，
其中，所述前电极层包括掺杂Al的氧化锌(AZO)或者掺杂Ga的氧化锌(GZO)，
其中，借助所述第二通孔，所述光吸收层的暴露的侧表面、所述缓冲层的暴露的侧表面和所述高电阻缓冲层的暴露的侧表面是共面的，
其中，所述第二通孔包括第一内横向侧和第二内横向侧，
其中，所述第二通孔的所述第一内横向侧相对于所述支撑基板的顶表面以悬垂结构倾斜，
其中，所述第二内横向侧相对于所述钼(Mo)层的顶表面以悬垂结构倾斜，
其中，所述第二内横向侧平行于所述第一内横向侧，
其中，所述第二通孔包括：第一部分，所述第一部分使所述支撑基板的顶表面暴露；和第二部分，所述第二部分使所述钼(Mo)层的顶表面暴露；
其中，所述第二通孔与所述第一通孔的一部分重叠；
其中，所述第二通孔形成凹部，所述凹部形成断开区域；
其中，所述前电极层的端部朝向所述凹部设置；
其中，所述前电极层覆盖所述第一部分的底表面以及所述第二部分的底表面的一部分。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第二通孔的一部分被设置在所述第一通孔中。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第一部分与所述第一通孔的所述一部分重叠。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述前电极层被设置在所述第二通孔的一部分中。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中,所述第二内横向侧和所述钼(Mo)层的顶表面之间的设置于所述第二通孔内部的角度在30°至60°的范围中。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述前电极层覆盖所述第一内横向侧以及所述第一部分的整个底表面。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述前电极使得所述第二内横向侧的一部分或者整个部分暴露。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，在所述第一通孔中设置透明连接部。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池设备，其中，所述第一通孔具有在50μm至900μm的范围中的宽度。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述第二通孔具有在5μm至800μm的范围中的宽度。
11.根据权利要求5所述的太阳能电池设备，其中，所述第二通孔形成凸起和凹部。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池设备，其中，所述凸起向所述第二通孔内突出；并且
所述凹部形成在所述凸起下方。
13.一种制造太阳能电池设备的方法，所述方法包括：
在支撑基板上形成钼(Mo)层；
将第一通孔形成于所述钼(Mo)层，以使所述支撑基板的顶表面暴露；
在所述钼(Mo)层上形成光吸收层；
在所述光吸收层上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成高电阻缓冲层；
将第二通孔形成于所述光吸收层，以使所述支撑基板和所述钼(Mo)层的顶表面暴露；以及
在所述光吸收层上和在所述第二通孔中形成前电极层，
其中，所述第二通孔在相对于所述支撑基板倾斜的方向上形成，
其中，所述缓冲层包括硫化镉(CdS)，
其中，所述高电阻缓冲层包括没有被掺杂有杂质的i-ZnO，
其中，所述前电极层包括掺杂Al的氧化锌(AZO)或者掺杂Ga的氧化锌(GZO)，
其中，借助所述第二通孔，所述光吸收层的暴露的侧表面、所述缓冲层的暴露的侧表面和所述高电阻缓冲层的暴露的侧表面是共面的，
其中，所述第二通孔包括第一内横向侧和第二内横向侧，
其中，所述第二通孔的所述第一内横向侧相对于所述支撑基板的顶表面以悬垂结构倾斜，
其中，所述第二内横向侧相对于所述钼(Mo)层的顶表面以悬垂结构倾斜，
其中，所述第二内横向侧平行于所述第一内横向侧，
其中，所述第二通孔与所述第一通孔的一部分重叠，
其中，所述第二通孔包括：第一部分，所述第一部分使所述支撑基板的顶表面暴露；和第二部分，所述第二部分使所述钼(Mo)层的顶表面暴露，
其中，所述第二通孔与所述第一通孔的一部分重叠，
其中，所述第二通孔形成凹部，并且所述凹部形成断开区域，
其中，所述前电极层的端部朝向所述凹部设置，
其中，所述前电极层覆盖所述第一部分的底表面以及所述第二部分的底表面的一部分。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二通孔的形成包括：在相对于所述支撑基板倾斜的所述方向上向所述光吸收层照射激光。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二通孔的形成包括：在相对于所述支撑基板倾斜的所述方向上向所述光吸收层施加机械冲击。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二通孔的形成包括：借助于刀片对所述光吸收层进行构图，所述刀片具有在相对于所述支撑基板倾斜的所述方向上面向的末端。
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