CN104380484A - 太阳能电池和用于制造太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

公开太阳能电池和用于制造太阳能电池的方法。该太阳能电池包括：衬底；在衬底上的背电极层、在背电极层上的光吸收层、以及在光吸收层上的缓冲层。背电极层、光吸收层、以及缓冲层在其中形成有穿过背电极层、光吸收层、以及缓冲层形成的第一通孔，并且绝缘构件被沉积在第一通孔中。

Description

太阳能电池和用于制造太阳能电池的方法
技术领域
本实施例涉及一种太阳能电池和用于制造太阳能电池的方法。
背景技术
制造用于太阳光发电的太阳能电池的方法如下。首先，在制备衬底之后，背电极层被形成在衬底上，并且通过激光对其构图以形成多个背电极。
其后，光吸收层、缓冲层、以及高电阻缓冲层被顺序地堆叠在背电极上。各种方案，诸如通过同时或者单独地蒸发铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)、以及(Se)形成基于Cu(In,Ga)Se2(CIGS)的光吸收层的方案和在金属前体膜之后执行硒化工艺的方案，已经被广泛地使用以便于形成光吸收层。光吸收层的能量带隙处于1eV至1.8eV的范围中。
然后，通过溅射工艺，包括硫化镉(CdS)的缓冲层被形成在光吸收层上。缓冲层的能量带隙可以处于大约2.2eV至2.4eV的范围内。然后，通过溅射工艺，包括氧化锌(ZnO)的高电阻缓冲层被形成在缓冲层上。高电阻缓冲层的能量带隙处于大约3.1eV至大约3.3eV的范围内。
其后，孔图案可以被形成在光吸收层、缓冲层、以及高电阻缓冲层中。
然后，透明导电材料被层压在高电阻缓冲层上，并且孔图案被填充有透明导电材料。因此，透明电极层被形成在高电阻缓冲层上，并且连接布线被形成在孔图案内部。组成透明电极层和连接布线的材料可以包括掺杂铝的氧化锌(AZO)。透明电极层的能量带隙可以处于大约3.1eV至3.3eV的范围中。
然后，孔图案被形成在透明电极层中，使得多个太阳能电池可以被形成。透明电极和高电阻缓冲层分别对应于电池。透明电极和高电阻缓冲层可以以条带或者矩阵的形式设置。
透明电极和背电极相互不对准并且通过连接布线被相互电连接。因此，太阳能电池可以被相互串联电连接。
如上所述，为了将太阳光转换成电能，各种太阳能电池设备已经被制造和使用。在韩国未经审查的专利公开No.10-2008-0088744中公开太阳能电池设备之一。
同时，根据现有技术，在通过构图背电极层将背电极层划分成多个背电极之后，光吸收层、缓冲层、以及前电极层被层压在背电极层上以制造太阳能电池。
然而，因为以500℃或者更多的高温执行光吸收层的沉积工艺，所以由于光吸收层的沉积工艺导致支撑衬底可以被弯曲。因此，支撑衬底的弯曲现象甚至可能对提供在支撑衬底上的背电极层产生影响，并且形成在背电极层中的图案可能被弯曲。弯曲现象增加了太阳能电池的死区，在死区中不产生电力，使得太阳能电池的整体效率可能降低。
因此，出现了对于能够防止支撑衬底被弯曲的太阳能电池及其制造方法的必要性。
发明内容
技术问题
本实施例提供一种改进光电转换效率的太阳能电池及其制造方法。
问题的解决方案
根据本发明的一个方面，提供一种太阳能电池，包括：衬底、在衬底上的背电极层、在背电极层上的光吸收层、以及在光吸收层上的缓冲层。背电极层、光吸收层、以及缓冲层在其中形成有穿过背电极层、光吸收层、以及缓冲层形成的第一通孔，并且绝缘构件被沉积在第一通孔中。
根据实施例，提供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；穿过背电极层、光吸收层、以及缓冲层形成第一通孔；以及在第一通孔中沉积绝缘构件。
本发明的有益效果
如上所述，根据实施例的太阳能电池及其制造方法，绝缘构件被沉积在穿过背电极层、光吸收层、以及缓冲层形成的第一通孔中，并且通过第一通孔和绝缘构件多个背电极被限定在背电极层中。
换言之，根据实施例的太阳能电池及其制造方法，在将光吸收层和缓冲层沉积在背电极层上之后，穿过背电极层、光吸收层、以及缓冲层形成通孔，并且绝缘构件被沉积在通孔中以将背电极层划分成多个背电极。
因此，因为在光吸收层的沉积工艺之后执行将背电极层划分成多个背电极的工艺，所以能够防止支撑衬底由于光吸收层的高温工艺而弯曲。
从而，死区能够被减少，并且太阳能电池的整体效率能够提高。
附图说明
图1是示出根据实施例的太阳能电池的平面图。
图2是示出根据实施例的太阳能电池的截面图。
图3至图9是示出根据实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。
具体实施方式
在实施例的下面的描述中，将会理解的是，当层(膜)、区域、图案或者结构被称为是在另一衬底、层(膜)、区域、焊盘或者图案“上”或者“下”时，其能够“直接地”或者“间接地”在另一衬底、层(膜)、区域、焊盘、或者图案上，或者也可以存在一个或者多个中间层。将会参考附图描述各个层的这样的位置。
为了方便和清楚起见，在附图中示出的各个层(膜)、区域、图案或者结构的厚度和尺寸可以被修改。另外，各个层(膜)、区域、图案或者结构的尺寸可以不完全地反映实际尺寸。
在下文中，将会参考附图详细地描述实施例。
在下文中，将会参考图1和图2详细地描述根据实施例的太阳能电池。图1是示出根据实施例的太阳能电池的平面图，并且图2是示出根据实施例的太阳能电池的截面图。
参考图1和图2，根据实施例的太阳能电池包括支撑衬底100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、前电极层500、以及多个绝缘构件600。
支撑衬底100具有板的形状并且支撑背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、前电极层500、以及绝缘构件600。
支撑衬底100可以包括绝缘体。支撑衬底100可以包括玻璃衬底、塑料衬底、或者金属衬底。更加详细地，支撑衬底100可以包括钙钠玻璃衬底。可替选地，支撑衬底100可以包括陶瓷衬底，包括铝、不锈钢或者具有柔性属性的聚合体。支撑衬底100可以是透明的。支撑衬底100可以是坚硬的或者柔性的。
背电极层200被提供在支撑衬底100上。背电极层200是导电层，背电极层200可以包括钼(Mo)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)以及铜(Cu)中的一个。在它们当中，特别地，当与其它元素相比较时，Mo使与支撑衬底100在热膨胀系数上的差异较小，使得Mo呈现优异的粘附属性，从而防止上述脱层现象。
另外，背电极层200可以包括至少两个层。在这样的情况下，层可以包括相同的金属或者不同的金属。
光吸收层300被提供在背电极层200上。
光吸收层300可以包括基于I-III-VI族的化合物。例如，光吸收层300可以具有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可以具有在1eV至1.8eV的范围内的能量带隙。
缓冲层400被提供在光吸收层300上。缓冲层400直接地接触光吸收层300。缓冲层400包括CdS、ZnS、InXSY或者InXSeYZn(O,OH)。缓冲层400可以具有在大约50nm至大约150nm的范围的厚度，并且可以具有在大约2.2eV至2.4eV的范围的能量带隙。
高电阻缓冲层可以进一步被提供在缓冲层400上。高电阻缓冲层包括氧化锌(i-ZnO)，其没有被掺杂有杂质。高电阻缓冲层的能量带隙可以在大约3.1eV至大约3.3eV的范围中。可替选地，高电阻缓冲层可以被省略。
缓冲层400可以在其中形成有第一通孔TH1。详细地，可以穿过缓冲层400、光吸收层300、以及背电极层200形成第一通孔TH1。
各个第一通孔TH1可以具有在大约80μm至大约200μm的范围中的宽度。
绝缘构件600可以被定位在各个第一通孔TH1内部。详细地，绝缘构件600可以被沉积在第一通孔TH1内部。
绝缘层600可以包括硅。详细地，绝缘构件600可以包括硅、包括硅的氧化物、或者包括硅的氮化物。例如，绝缘构件600可以包括SiOx(X是处于0≤X≤2)，或者SixNy(X是处于0＜X≤3并且Y是处于0≤Y≤4)。换言之，绝缘构件600可以包括硅、包括硅的氧化物、以及包括硅的氮化物中的至少一个。
绝缘构件600可以直接与通过第一通孔TH1而暴露的背电极层200、光吸收层300、以及缓冲层400的横向侧接触。
因此，通过第一通孔TH1，背电极层200被划分为多个背电极。换言之，通过第一通孔TH1限定背电极。
通过第一通孔TH1，背电极被相互分开。背电极被布置成条带的形状。
可替选地，背电极可以被布置成矩阵的形状。在这样的情况下，当在平面图中看时，可以以晶格的形状提供第一通孔TH1。
另外，缓冲层400可以在其中形成有第二通孔TH2。第二通孔TH2是暴露支撑衬底100的顶表面和背电极层200的顶表面的敞开(open)的区域。当在平面图中看时，第二通孔TH2可以具有在一个方向上延伸的形状。第二通孔TH2中的每一个可以具有在大约80μm至大约200μm的范围中的宽度，但是实施例不限于此。
通过第二通孔TH2，多个缓冲层被限定在缓冲层400中。换言之，通过第二通孔TH2，缓冲层400被划分成多个缓冲层。
前电极层500被提供在缓冲层400和/或高电阻缓冲层上。前电极层500是透明的并且包括导电层。另外，前电极层500具有比背电极层500的电阻高的电阻。
前电极层500包括氧化物。例如，组成前电极层500的材料可以包括掺杂Al的氧化锌(AZO)、氧化铟锌(IZO)、或者氧化铟锡(ITO)。
前电极层500可以具有N型半导体的特性。在这样的情况下，前电极层500与缓冲层400一起形成N型半导体以与用作P型半导体层的光吸收层300构成PN结。前电极层500可以具有大约100nm或者大约500nm的厚度。
前电极层500可以具有在大约500nm至大约1.5μm的范围中的厚度。另外，如果前电极层500包括掺杂Al的ZnO，则Al可以被掺杂有大约2.5wt％至大约3.5wt％的含量。
缓冲层400和前电极层500在其中形成有第三通孔TH3。第三通孔TH3可以穿过缓冲层400、高电阻缓冲层、以及前电极层500的一部分或者整个部分被形成。换言之，第三通孔TH3可以暴露背电极层200的顶表面。
第三通孔TH3可以被形成为邻近于第二通孔TH2。详细地，第三通孔TH3可以被提供在第二通孔TH2旁边。换言之，当在平面图中看时，第三通孔TH3被提供为与第二通孔TH2平行。第三通孔TH3可以具有在第一方向上延伸的形状。
穿过前电极层500形成第三通孔TH3。详细地，可以穿过光吸收层300、缓冲层400、以及/或者高电阻缓冲层的一部分或者整个部分形成第三通孔TH3。
通过第三通孔TH3，前电极层500被划分为多个前电极。换言之，通过第三通孔TH3限定前电极。
各个前电极具有与各个背电极的形状相对应的形状。换言之，前电极被布置成条带的形状。可替选地，前电极可以被布置成矩阵的形状。
另外，通过第三通孔TH3限定多个太阳能电池C1、C2、…以及Cn。详细地，通过第二通孔TH2和第三通孔TH3限定太阳能电池C1、C2、…以及Cn。换言之，通过第二通孔TH2和第三通孔TH3，根据实施例的太阳能电池被划分成太阳能电池C1、C2、…以及Cn。另外，在与第一方向相交的第二方向上太阳能电池C1、C2、…以及Cn被相互连接。换言之，电流可以在第二方向上流过太阳能电池C1、C2、…以及Cn。
换言之，太阳能电池10包括支撑衬底100和太阳能电池C1、C2、…以及Cn。太阳能电池C1、C2、…以及Cn被提供在支撑衬底100上，并且被相互分开。通过连接部件太阳能电池C1、C2、…以及Cn被相互串联地连接。
连接部件被提供在第二通孔TH2内部。连接部件从前电极层500向下延伸，使得连接部件被连接到背电极层200。例如，连接部件从第一电池C1的前电极延伸，使得连接部件被连接到第二电池C2的背电极。
因此，连接部件相互连接邻近的电池。更加详细地，连接部件相互连接组成邻近电池的前电极和后电极。
连接部件与前电极层500被一体化地形成。换言之，组成连接部件的材料与组成前电极层500的材料相同。
在下文中，参考图3至图9描述根据实施例的制造太阳能电池的方法。图3至图9是解释根据实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。
首先，参考图3，背电极层200、光吸收层300、以及缓冲层400被形成在支撑衬底100上。更加详细地，背电极层200被形成在支撑衬底100上，光吸收层300被形成在背电极层200上，并且缓冲层400被形成在光吸收层300上。
可以通过物理气相沉积(PVD)或者喷镀方案形成背电极层200。
另外，通过溅射工艺或者蒸发方案可以形成光吸收层300。例如，为了形成光吸收层300，通过同时或者单独地蒸发Cu、In、Ga、以及Se形成基于Cu(In,Ga)Se2(CIGS)的光吸收层300的方案和在形成金属前体膜(precursor film)之后执行硒化工艺的方案已经被广泛地执行。
关于在形成金属前体膜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，金属前体层被形成在背电极200上。
其后，金属前体层经受硒化工艺，使得基于Cu(In，Ga)Se2(CIGS)的光吸收层300被形成。
另外，可以同时执行采用Cu靶、In靶、以及Ga靶的溅射工艺和硒化工艺。
或者，通过采用仅Cu靶和In靶或者仅Cu靶和Ga靶的溅射工艺可以形成CIS或者CIG光吸收层300。
另外，可以通过现有技术中的足以形成太阳能电池的缓冲层的各种方案形成缓冲层400。
例如，通过由溅射、蒸发、化学气相沉积(CVD)、金属有机气相沉积(MOCVD)、近空间升华(CSS)、喷雾热解、化学喷射、丝网印刷、非真空液相膜沉积、化学浴沉积(CBD)、气相输运沉积(VTD)、原子层沉积(ALD)、电沉积方案组成的组中选择的一个可以形成缓冲层400。详细地，缓冲层400可以通过CBD方案、原子层沉积(ALD)方案、或者MOCVD方案制造缓冲层400。
其后，参考图4，通过去除缓冲层400、光吸收层300、以及背电极层200的一部分形成第一通孔TH1。
通过使用诸如尖端或者激光装置的机械装置可以形成第一通孔TH1。例如，通过具有预定波长的激光同时打孔缓冲层400、光吸收层300、以及背电极层200可以形成第一通孔TH1。另外，可以通过使用诸如尖端的机械装置形成穿过缓冲层400和光吸收层300的孔，并且通过激光装置打孔通过孔暴露的背电极层的顶表面，来形成各个第一通孔TH1。
其后，参考图5和图6，绝缘构件600可以被沉积在第一通孔TH1内部。
绝缘构件600可以包括硅、基于硅的氧化物、以及基于硅的氮化物中的至少一个。
在将掩模沉积在缓冲层上之后通过溅射方案或者CVD方案，绝缘构件600可以被沉积在第一通孔TH1内部。因此，绝缘构件600可以直接与通过第一通孔TH1暴露的背电极层200、光吸收层300、以及缓冲层400的横向侧接触。
因此，通过第一通孔TH1和绝缘构件600，背电极层200被划分为多个背电极。换言之，通过第一通孔TH1限定背电极。
其后，参考图7，通过部分地去除光吸收层300和缓冲层400形成第二通孔TH2。
通过诸如尖端或者激光装置的机械装置可以形成第二通孔TH2。
例如，通过具有大约40μm至大约180μm的宽度的尖端可以构图光吸收层300和缓冲层400。另外，通过具有大约200nm至大约600nm的波长的激光可以形成第二通孔TH2。
在这样的情况下，第二通孔TH2可以具有大约100μm至大约200μm的宽度。另外，第二通孔TH2暴露背电极层200的顶表面的一部分。
其后，参考图8，前电极层可以被形成在缓冲层400上。例如，可以通过使用ZnO靶的RF溅射方案、使用Zn靶的反应溅射方案、或者MOCVD方案沉积前电极层800。
其后，参考图9，通过部分地去除光吸收层300、缓冲层400、以及前电极层500形成第三通孔TH3。因此，前电极层500被构图以限定多个前电极和第一电池C1至第三电池C3。各个第三通孔TH3具有大约80μm至大约200μm的宽度。
根据实施例的太阳能电池及其制造方法，绝缘构件被沉积在穿过背电极层、光吸收层、以及缓冲层形成的第一通孔中，并且通过第一通孔和绝缘构件多个背电极被限定在背电极层中。
根据现有技术，在通过构图背电极层将背电极层划分成多个背电极之后，光吸收层、缓冲层、以及前电极层被沉积在背电极层上以制造太阳能电池。
然而，因为以500℃或者更高的高温执行光吸收层的沉积工艺，所以由于光吸收层的沉积工艺导致支撑衬底可能弯曲。因此，支撑衬底的弯曲现象甚至可能对提供在支撑衬底上的背电极层产生影响，并且形成在背电极层中的图案可能弯曲。弯曲现象增加太阳能电池的死区，在死区中不产生电力，使得太阳能电池的整体效率可能降低。
因此，根据实施例的太阳能电池及其制造方法，在将光吸收层和缓冲层沉积在背电极层上之后，穿过背电极层、光吸收层、以及缓冲层形成通孔，并且绝缘构件被沉积在通孔中以将背电极层划分成多个背电极。
因此，因为在光吸收层的沉积工艺之后执行将背电极层划分成多个背电极的工艺，所以能够防止支撑衬底由于光吸收层的高温工艺而弯曲。
因此，死区能够减少，并且太阳能电池的整体效率能够提高。
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”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的这样的短语的出现不必全部指示相同的实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其它实施例来实现这样的特征、结构或特性在本领域内的技术人员的认识范围内。
虽然已经参考其多个说明性实施例描述了本发明的实施例，但是应当理解，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个其他变型和实施例。更具体地，在本公开、附图和所附的权利要求的范围内的主题组合布置的组成部件和/或布置中，各种变体和变型是可能的。除了在组成部件和/或布置中的变体和变型之外，替代使用对于本领域内的技术人员也是显而易见的。

Claims (11)

1.一种太阳能电池，包括：
衬底；
在所述衬底上的背电极层；
在所述背电极层上的光吸收层；以及
在所述光吸收层上的缓冲层，
其中，穿过所述背电极层、所述光吸收层、以及所述缓冲层形成第一通孔，并且所述绝缘构件被沉积在所述第一通孔中。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述绝缘构件包括硅、包括硅的氧化物、以及包括硅的氮化物中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述绝缘构件包括SiOx或SixNy中的至少一个，在所述SiOx中X是在0≤X≤2中，在所述SixNy中X是在0＜X≤3中并且Y是在0≤Y≤4中。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述绝缘构件直接与通过所述第一通孔暴露的所述背电极层、所述光吸收层、以及所述缓冲层的横向侧接触。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，进一步包括第二通孔，穿过所述光吸收层和所述缓冲层形成所述第二通孔。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池，进一步包括在所述缓冲层上的前电极层。
7.一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；
穿过所述背电极层、所述光吸收层、以及所述缓冲层形成第一通孔；以及
在所述第一通孔中沉积绝缘构件。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述绝缘构件包括硅、包括硅的氧化物、以及包括硅的氮化物中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过溅射方案或者化学气相沉积方案所述绝缘构件被沉积在所述第一通孔中。
10.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
在将所述绝缘构件沉积在所述第一通孔中之后，穿过所述光吸收层和所述缓冲层形成第二通孔；以及
在所述缓冲层上形成前电极层。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述第一通孔中的所述绝缘构件的沉积中，所述绝缘构件直接与通过所述第一通孔暴露的所述背电极层、所述光吸收层、以及所述缓冲层的横向侧接触。
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