CN105023966A - 薄膜光伏太阳能电池的互连件及其制造方法 - Google Patents

薄膜光伏太阳能电池的互连件及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105023966A
CN105023966A CN201410294994.2A CN201410294994A CN105023966A CN 105023966 A CN105023966 A CN 105023966A CN 201410294994 A CN201410294994 A CN 201410294994A CN 105023966 A CN105023966 A CN 105023966A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
solar cell
front face
line
absorbed layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410294994.2A
Other languages
English (en)
Inventor
程子桓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
TSMC Solar Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TSMC Solar Ltd filed Critical TSMC Solar Ltd
Publication of CN105023966A publication Critical patent/CN105023966A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0465PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H01L31/0504Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池,具有第一背面接触层和位于第一背面接触层上方的第一吸收层。第一吸收层具有穿过其中的划线。在第一吸收层的上方提供第一正面接触层。在第一正面接触层的一部分的上方提供第一导电材料。第一导电材料延伸穿过划线并且连接至第二太阳能电池的第二背面接触层。本发明还提供了一种形成太阳能电池的方法。

Description

薄膜光伏太阳能电池的互连件及其制造方法
优先权和交叉引用
技术领域
本发明总体涉及太阳能电池,更具体地,涉及太阳能电池的互连结构。
背景技术
本发明涉及薄膜光伏太阳能电池以及制造太阳能电池的方法。太阳能电池是通过光伏(PV)效应由太阳光产生电流的电子器件。薄膜太阳能电池具有沉积在衬底上的一层或多层PV材料薄膜。PV材料的薄膜厚度可以是纳米级或微米级。
用作太阳能电池中的吸收层的薄膜PV材料的实例包括铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉。吸收层吸收光以转化为电流。太阳能电池包括正面接触层和背面接触层以辅助光捕捉和光电流提取并且为太阳能电池提供电接触。正面接触层通常包括透明导电氧化物(TCO)层。TCO层将光传输至吸收层并且在TCO层的平面内传导电流。
在一些系统中,多个太阳能电池彼此邻近布置并且串联连接。每个太阳能电池均包括用于将电荷载流子从太阳能电池的正面接触层传输到同一平面上的下一个邻近的太阳能电池的背面接触层的互连结构。P1划线将邻近的第一和第二太阳能电池的背面接触层分隔开。P2划线穿透第一太阳能电池的吸收层并且填充有TCO材料以连接第一太阳能电池的正面接触层和第二太阳能电池的背面接触层。P3划线将第一和第二太阳能电池的各自的吸收层和正面接触层分隔开。
发明内容
根据本发明的一个方面,提供了一种太阳能电池,包括:第一背面接触层;第一吸收层,位于第一背面接触层的上方,第一吸收层具有穿过其中的划线;第一正面接触层,位于第一吸收层的上方;以及第一导电材料,位于第一正面接触层的一部分的上方,第一导电材料延伸穿过划线并且连接至第二太阳能电池的第二背面接触层。
优选地,该划线具有第二部分,第二部分将第一吸收层和第一正面接触层与第二太阳能电池的第二吸收层和第二正面接触层分别隔离。
优选地,第一导电材料包括覆盖第一正面接触层的一部分的透明导电氧化物(TCO)材料。
优选地,TCO材料是高掺杂的。
优选地,第一导电材料包括覆盖正面接触层的一部分的金属材料。
优选地,太阳能电池具有收集区和互连区;以及第一导电材料具有位于收集区的主体之上的至少一个开口。
根据本发明的另一方面,提供了一种太阳能电池,包括:第一背面接触层;第一吸收层,位于第一背面接触层的上方,第一吸收层具有延伸穿过其中的单条划线;第一正面接触层,位于第一吸收层的上方;以及第一导电层,位于第一正面接触层的一部分上,第一导电层包括延伸穿过单条划线的第一部分并且连接至第二太阳能电池的第二背面接触层的材料。
优选地,单条划线具有第二部分,第二部分将第一吸收层和第一正面接触层与第二太阳能电池的第二吸收层和第二正面接触层分别隔离。
优选地,第一背面接触层具有穿过其中的P1划线,P1划线将第一背面接触层与第二太阳能电池的第二背面接触层分隔开;以及单条划线的第一部分介于P1划线和单条划线的第二部分之间。
优选地,单条划线的第一部分和第二部分彼此邻近。
优选地,第一导电层包括覆盖第一正面接触层的一部分的透明导电氧化物(TCO)网格。
优选地,第一导电层包括覆盖正面接触层的一部分的金属网格。
优选地,太阳能电池具有六边形形状。
优选地,该太阳能电池还包括:介于第一吸收层和第一正面接触层之间的第一缓冲层,其中,单条划线穿过第一缓冲层,并且单条划线的第二部分将第一缓冲层与第二太阳能电池的第二缓冲层隔离。
根据本发明的又一方面,提供了一种制造太阳能电池的方法,包括:在太阳能电池的第一背面接触层的上方形成第一吸收层;在形成穿过第一吸收层的任何划线之前,在第一吸收层的上方形成第一正面接触层;形成穿过第一吸收层的划线;以及施加延伸穿过划线并且将第一正面接触层连接至第二太阳能电池的第二背面接触层的导电材料。
优选地,导电材料位于该划线的第一部分中,并且该划线具有将第一吸收层和第一正面接触层与第二太阳能电池的第二吸收层和第二正面接触层分别隔离的第二部分。
优选地,该方法还包括:在该划线的第一部分中施加导电材料之前,在划线的第二部分的上方施加掩模。
优选地,施加导电材料的步骤包括在正面接触层的第二部分的上方施加金属网格,金属网格包括延伸穿过划线的一部分。
优选地,施加导电材料的步骤包括在正面接触层的第二部分的上方提供掺杂的透明导电氧化物(TCO),掺杂的TCO包括延伸穿过划线的一部分。
优选地,该方法仅形成穿过第一吸收层的单条划线。
附图说明
当结合附图进行阅读时,从以下详细的描述可以最佳理解本发明的各方面。应该注意的是,根据工业中的标准实践,无需按比例绘制各种部件。实际上,为了清楚的讨论,各种部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1A是根据一些实施例的太阳能组件的平面图。
图1B是图1A的局部放大图。
图2是根据一些实施例的沿着图1A的剖面线2-2截取的图1A中示出的一个太阳能电池的互连结构的截面图。
图3是根据一些实施例的另一个太阳能组件的平面图。
图4是根据一些实施例的另一个太阳能组件的平面图。
图5是根据一些实施例的制造如图1、图3或图4中任一所示的太阳能电池的方法的流程图。
具体实施方式
以下公开提供了许多不同实施例或实例,用于实现主题的不同特征。下面描述了部件和布置的特定实例以简化本发明。当然,这些仅是实例并且不旨在限制本发明。例如,在以下描述中,在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例,并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件,从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外,本发明可以在各个实例中重复参考符号和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的,并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
此外,为了便于描述,在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”以及“上部”等的空间相对术语,以描述如图中所示的一个元件或部件与另一(或另一些)元件或部件的关系。除图中所示的方位之外,空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位),并且在此使用的空间相对描述符可以同样地进行相应地解释。
太阳能组件的开路电压(Voc)取决于该太阳能组件内串联连接的太阳能电池的数量。一些太阳能组件包括串联连接的100个至150个太阳能电池。薄膜太阳能组件能够提供高组件Voc,诸如面积约1m2的太阳能组件的Voc电压为60V至120V,短路电流(Jsc)为3安培至4安培。但是,处理太阳能组件(例如,反相器)的电流的一些器件对其能接受的电流的电压设置了限制。例如,一些反相器能够接受由10个太阳能组件产生的3安培至4安培的电流。如果能够使用具有较低Voc的太阳能电池,则较少数量的反相器能够处理较多数量的太阳能电池产生的功率。
并且,互连结构的面积对发电没有帮助。在一些具有100个至150个太阳能电池的薄膜太阳能组件中,100个至150个互连结构的总长度是4mm至10mm。因此,太阳能电池之间的串联互连件导致收集区减小3%至5%。
本发明描述了一种太阳能电池设计,该设计将太阳能电池总面积的很大一部分分配用于收集,而将太阳能电池总面积的一小部分分配用于太阳能组件中的太阳能电池之间的互连,从而提高了收集效率。太阳能电池设计能够容纳各种太阳能电池的形状、尺寸和高宽比,并且不受现有太阳能电池的宽度限制的限制。可大致减少太阳能组件中太阳能电池的数量(例如,减至每个太阳能组件有10个至20个太阳能电池的范围内)。如在此所述的具有约1m2面积的太阳能组件能够提供10V至50V的Voc。
在一些实施例中,在正面接触层之后形成将第一太阳能电池的正面接触层和邻近的第二太阳能电池的背面接触层连接在一起的P2划线。在一些实施例中,P2划线的一部分使第一太阳能电池的吸收层、缓冲层和正面接触层与第二太阳能电池的相应的吸收层、缓冲层和正面接触层隔离。不需要将邻近的太阳能电池的相应的正面接触层、缓冲层和吸收层隔离的单独P3划线。由于消除了P3划线以及P2划线和P3划线(在具有三条划线的现有太阳能电池中)之间的距离,所以减小了互连结构的长度。互连结构的长度的减小可进一步降低边缘重组效应,从而实现较高的太阳能电池Voc和Jsc。
图1A是根据一些实施例的太阳能组件110的平面图。太阳能组件110具有多个太阳能电池100。每个太阳能电池100均包括收集区102和互连结构104。互连结构104提供两个邻近的太阳能电池100之间的串联连接。在一些实施例中,太阳能组件110具有约1m2的总面积(包括10个至100个太阳能电池100),并且组件Voc介于每个组件6V至每个组件60V之间。例如,图1A的太阳能组件110具有20个太阳能电池100。
在一些实施例中,太阳能组件110内的太阳能电池100在二维阵列中串联连接。例如,在图1A中,箭头示出电荷载流子在组件之间按照蛇形图案的流动方向。电流向下流过太阳能电池100的一列111,通过互连结构105到达列112,然后向上流过太阳能电池100的一列112。在每列111、112的末端,细长的互连结构105在两个邻近的列中的邻近的太阳能电池100之间在水平方向上传输电流。如在此所述的太阳能组件110不限于蛇形布置,并且太阳能电池100可以以其他布置(例如,螺旋配置(未示出))串联连接。
图2是根据一些实施例的太阳能电池100的截面图。太阳能电池100包括太阳能组件衬底110、衬底上的背面接触层120、背面接触层120上方的吸收层130、吸收层130上方的缓冲层140以及位于缓冲层140上方的包括透明导电材料(诸如,透明导电氧化物或TCO)的正面接触层150。
衬底110可以包括诸如玻璃的任何合适的太阳能板衬底材料。在一些实施例中,衬底110包括诸如钠钙玻璃的玻璃衬底、或柔性的金属箔或聚合物(例如,聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯萘(PEN)高分子碳氢化合物、纤维素聚合物、聚碳酸酯、聚醚或其他)。其他实施例还包括其他衬底材料。
后接触层120包括诸如金属的任何合适的背面接触层材料。在一些实施例中,背面接触层120可以包括钼(Mo)、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)或铜(Cu)。其他实施例还包括其他背面接触层材料。在一些实施例中,背面接触层120具有介于约50nm至约2μm范围内的厚度。在一些实施例中,通过溅射形成背面接触层。
吸收层130包括诸如p型半导体的任何合适的吸收材料。在一些实施例中,吸收层130可以包括黄铜矿基材料,例如,黄铜矿基材料包括Cu(In,Ga)Se2(CIGS)、碲化镉(CdTe)、CuInSe2(CIS)、CuGaSe2(CGS)、Cu(InGa)(Se,S)2(CIGSS)、CZTS或非晶硅。其他实施例还包括其他吸收材料。在一些实施例中,吸收层130的厚度介于约0.3μm至约8μm之间。可以使用各种不同的工艺施加吸收层130。例如,可以通过溅射施加CIGS前体。在其他实施例中,通过蒸发施加一种或多种CIGS前体。
在一些实施例中,如图2所示,缓冲层140包括诸如n型半导体的任何合适的缓冲材料。在一些实施例中,缓冲层140可以包括CdS、ZnS、硒化锌(ZnSe)、硫化铟(III)(In2S3)、硒化铟(In2Se3)或Zn1-xMgxO(例如,ZnO)。其他实施例还包括其他缓冲材料。在一些实施例中,缓冲层140的厚度介于约1nm至约500nm之间。
缓冲层140提供钝化功能并且形成pn结的一部分。在其他实施例中,吸收层130具有表面缺陷很少的高质量表面,从而不包括单独的缓冲层140以钝化使吸收层130。
在一些实施例中,正面接触层150包括经过退火的透明导电氧化物(TCO)材料。在一些实施例中,TCO层150是高掺杂的。例如,TCO层150的电荷载流子密度可以介于约1×1017cm-3至约1×1018cm-3之间。用于经过退火的TCO层的TCO材料可以包括诸如金属氧化物和金属氧化物前体的任何合适的正面接触层材料。在一些实施例中,TCO材料可以包括氧化锌(ZnO)、氧化镉(CdO)、氧化铟(In2O3)、二氧化锡(SnO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、氧化铟镓(GaInO3)、CdSb2O3或氧化铟(ITO)。TCO材料也可以掺杂有合适的掺杂剂。在一些实施例中,ZnO可以掺杂有铝(Al)、镓(Ga)、硼(B)、铟(In)、钇(Y)、钪(Sc)、氟(F)、钒(V)、硅(Si)、锗(Ge)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、镁(Mg)、砷(As)和氢(H)中的任何一种。在其他实施例中,SnO2可以掺杂有锑(Sb)、F、As、铌(Nb)或钽(Ta)。在其他实施例中,In2O3可以掺杂有锡(Sn)、Mo、Ta、钨(W)、Zr、F、Ge、Nb、Hf或Mg。在其他实施例中,CdO可以掺杂有In或Sn。在其他实施例中,GaInO3可以掺杂有Sn或Ge。在其他实施例中,CdSb2O3可以掺杂有Y。在其他实施例,ITO可以掺杂有Sn。其他实施例还包括其他TCO材料和相应的掺杂剂。在一些实施例中,正面接触层150的厚度介于约5nm至约3μm之间。在一些实施例中,通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)形成正面接触层150。在其他实施例中,通过溅射形成正面接触层150。
期望可具有高的太阳能收集效率。太阳能电池正面接触层150由TCO材料制成,该TCO材料透光并且导电。选择低电阻和高透光率的TCO材料。降低TCO层的电阻可以降低互连结构中的寄生损失。但是在电阻和透射率之间存在折中。虽然通过使用较厚或更高掺杂的TCO层可以降低串联电阻,但是这些措施中的任意一种均会降低TCO的透光率,从而减少光子收集。
如图2所示,在一些实施例中,在第一正面接触层150的一部分151的上方提供了第一导电材料160。第一导电材料160延伸穿过P2划线的一部分P2a并且连接至第二太阳能电池100-2的第二背面接触层120。因为高导电材料160降低了施加该材料的区域的透光率,所以高导电材料160具有位于收集区102的主体之上的至少一个开口。例如,如图1A所示,具有高导电材料的区域104、105占用了太阳能组件110中的每个太阳能电池100的总面积的约2%。在不影响所选择区域104和105以外的透光率(或光子收集)的情况下,高导电材料160选择性地降低互连区104和105中的串联电阻。
在一些实施例中,第一导电层160包括覆盖第一正面接触层150的一部分151的高掺杂透明导电氧化物(TCO)材料。在一些实施例中,TCO层150是高掺杂的。例如,在一些实施例中,高导电层160的电荷载流子密度可以介于约1×1017cm-3至约1×1018cm-3之间。例如,高掺杂TCO材料160可以选择性地施加于图1A中示出的区域104和105中。
在一些实施例中,第一导电层160的高掺杂TCO材料的掺杂度和掺杂区可以分布在太阳能电池的收集区102和/或互连结构104的部分内。可基于太阳能电池100的设计参数(诸如,电池宽度、TCO电阻、吸收层质量(例如,表面缺陷的数量)等来选择分布。
例如,图1B示出了图1A的局部放大图,包括两个太阳能电池100。在图1B中,在高导电材料层160中形成额外的线162。如图1A所示,这些线在电流流动的方向上延伸。线162很细并且间隔设置以便使阴影以及由于形成线162的位置处的透光率降低而导致的光子收集的减少最小化。线162可以沿着如图1B所示的太阳能电池100的整个长度延伸,或线162可以沿着太阳能电池的一部分长度延伸。在其他实施例中,省略线162。线162的宽度介于2μm至2000μm的范围内。
在一些实施例中,以连接的线所形成的网格形式来配置高导电材料160。例如,如图1B所示,高导电材料的平行线162横跨每个太阳能电池100的长度延伸,并且连接至高导电材料160在P2划线中的P2a部分。
在其他实施例中,第一导电层160包括覆盖正面接触层150的一部分151和P2划线的P2a部分的金属材料(例如,铝)。在一些实施例中,例如,将金属材料选择性地施加于图1A中示出的区域104和105中。在一些实施例中,如图1B所示的多条细平行线162中也包括金属材料。在一些实施例中,金属材料形成网格。
图2也示出了收集区102和互连结构104。没有按比例绘制附图;收集区102远长于互连结构104。收集区102包括用以捕捉光子的所有层120、130、140和150。互连结构104包括将邻近的太阳能电池100的背面接触层120分隔开并且填充有吸收材料的P1划线。P2划线将电流从太阳能电池的正面接触层150传输至左手侧的邻近的太阳能电池的背面接触层120以串联连接太阳能电池100。在一些实施例中,例如,P2划线的宽度可以介于20μm至300μm之间。
P2划线在P2划线的第一部分P2a中部分地填充有高导电材料。P2划线的第二部分P2b未填充有导电材料160。P2划线的部分P2a和P2b彼此邻近。P2划线的第二部分P2b将太阳能电池100的正面接触层150、缓冲层140和吸收层130与位于左侧的邻近的太阳能电池100-2(图2中仅部分地示出)中的各自的正面接触层150、缓冲层140和吸收层130分隔开并且绝缘。不需要包括单独的P3划线以将太阳能电池100的正面接触层150、缓冲层140和吸收层130与邻近的第二太阳能电池100-2中的类似层分隔开。在一些实施例中,P2划线的第一部分P2a介于P1划线和P2划线的第二部分P2b之间。因此,图2中示出的单条P2划线执行了在互连区中具有三条单独的划线的太阳能电池(未示出)中的P2和P3划线的功能。图2中示出的互连结构省略了P2a区和P2b区之间的间距,因此互连结构的长度(和互连区)可以小于具有三条划线P1、P2和P3的太阳能电池(未示出)的互连件。已从图2的结构消除了与P2和P3划线(未示出)之间的间距相对应的长度。这减小了非收集面积而增大了太阳能电池总面积中可用于光子收集的部分。
因此,在图2的配置中,可以将互连结构104的宽度减小了具有单独的P2和P3划线的太阳能电池(未示出)中的P2划线和P3划线之间的距离。在一些实施例中,P2划线的P2a部分的宽度与具有单独的P2和P3划线的太阳能电池(未示出)中的P2划线的宽度大致相同。在一些实施例中,P2划线的P2b部分的宽度与具有单独的P2和P3划线的太阳能电池(未示出)中的P3划线的宽度大致相同。在一些实施例中,P2划线的P2a部分和/或P2b部分的宽度可以小于具有P2和P3划线的太阳能电池(未示出)的P2或P3划线的宽度。
在一些实施例中,将高导电材料160选择性地仅施加于正面接触层150的一部分151的上方和P2划线的第一部分P2a的上方。高导电材料160可以吸收光子并且降低到达吸收层130中位于导电材料160下面的部分的光子的数量。仅通过在所选择区域(例如,如图1A所示)内施加高导电材料160,使因存在高导电材料160而导致的光子收集的降低最小化。
图5是根据一些实施例的制造图1A的太阳能电池100的方法的流程图。
在步骤200中,清洁衬底。在一些实施例中,通过使用清洁剂或化学物质以刷洗工具或超声清洁工具来清洁衬底110。
在步骤202中,然后,通过溅射、原子层沉积(ALD)、化学汽相沉积(CVD)或其他合适的技术在衬底110上形成背电极层120。
在步骤204中,接着在底电极层120中形成P1图案化的划线以露出所示衬底110的顶面。可以使用任何合适的划线方法,诸如,但不限于,使用划针的机械划线或激光划线。
在步骤206中,接着在底电极层120的顶部上形成p型掺杂的半导体光吸收层130。吸收层130材料还填充P1划线并且与衬底110的露出的顶面接触以将层130连接至衬底。由CIGS形成的吸收层130可以通过任何合适的真空或非真空工艺形成。这样的工艺包括但不限于硒化、硒化后硫化(“SAS”)、蒸发、溅射电沉积、化学汽相沉积或喷墨等。
在步骤208中,在吸收层130上形成缓冲层140。可以通过化学沉积(例如,化学浴沉积)、PVD、ALD、或其他合适的技术来沉积缓冲层140。
在步骤210中,在缓冲层140上直接形成正面接触层150。在一些实施例中,形成正面接触层150的步骤可以包括溅射一层i-ZnO或AZO。在其他实施例中,形成正面接触层150的步骤可以包括使用金属有机CVD(MOCVD)施加一层BZO。在吸收层形成步骤之后进行缓冲层沉积步骤210,这两个步骤之间没有任何P2划线步骤介入。
在步骤212中,在形成正面接触层之后,接着P2划线穿过正面接触层150、缓冲层140和吸收层130以露出底电极120在P2划线或沟道的开口内的顶面。可以使用任何合适的方法切割P2划线,包括但不限于机械(例如,刻针)或激光划线。
在步骤214中,高导电材料160选择性地沉积在P2划线的P2a部分中以及正面接触层150的一小部分的上方。例如,在一些实施例中,高导电材料160覆盖太阳能电池100的收集区102的约2%。
在一些实施例中,步骤214包括施加覆盖P2划线的第二部分P2b的掩模。例如,牺牲材料(未示出)可以施加于正面接触层的上方,并且使用激光、电子束或光刻工艺进行图案化以形成掩模。从其上将要形成高导电材料160的任何区域(即,P2a区和区域151)处去除牺牲材料。然后施加高导电材料160以填充P2划线的P2a部分并且覆盖正面接触层150中与P2a部分直接邻近的的一小部分151,但不会沉积在具有剩余掩模材料的区域内。
在其他实施例中,在网格印刷工艺中将高导电材料160印刷在正面接触层150的所选择部分和P2划线的P2a部分上,而不是掩蔽正面接触层150中的未被高导电材料160覆盖的部分。网格印刷工艺随着将太阳能板放置在印刷台上而开始。将安装在框架内的具有非常细的网孔的网屏放置在太阳能板的上方。网屏阻隔某些区域而其他区域为开孔。糊剂可以穿过这些开孔。小心地控制太阳能板和网屏之间的距离(称为离网间隙)。在将经过测量的糊剂量分布在网屏上之后,刮刀将糊剂分布在网屏的上方以均匀地填充网屏的开孔。当刮刀刮过网屏时,刮刀使糊剂穿过网屏的开孔从而到达太阳能板的表面上。
在其他实施例中,高导电材料160沉积在太阳能电池100的整个表面上方。然后,实施光刻工艺以选择性地将材料160从除了P2划线的P2a部分和正面接触层150中直接邻近划线的P2a部分的部分151以外的区域处去除。在一些实施例中,使用各向异性蚀刻(例如,反应离子蚀刻或其他干蚀刻技术)以去除P2a区和区域151以外的高导电材料。
在步骤216中,施加乙烯醋酸乙烯酯(EVA)和丁基的组合来密封太阳能电池100。在一些实施例中,EVA和丁基密封剂直接施加在顶电极层150上。EVA/丁基用作合适的光传输密封剂。
在步骤218中,施加热量和压力以将EVA/丁基膜层压至正面接触层150上。
在步骤220中,可以实施额外的后端工艺。这可以包括将顶盖玻璃层压至太阳能电池结构上以保护顶电极层150。
在步骤222中,然后可以完成合适的进一步后端工艺,其可以包括在顶电极层150之上形成正面导电网格接触件和一个或多个抗反射涂层(未示出)。网格接触件穿过并且超出任何抗反射涂层的顶面向上突出以连接至外部电路。太阳能电池制造工艺产生完工的并且完整的薄膜太阳能组件110。
图3是根据一些实施例的另一个太阳能组件310的截面图。在图1和图3中,类似的参考符号表示类似的物体。太阳能电池300可以具有各种形状。在一些实施例中,如图3所示,太阳能组件310中单独的太阳能电池300具有六边形收集区302。太阳能电池300在具有三列的蛇形布置中串联连接。由箭头表示电流流动的方向。在一些实施例中,如图3所示,每个相应列内的太阳能电池300串联连接。最终(右)列的电流平行流进位于太阳能组件310的右顶角处的太阳能电池300E中。单个太阳能电池300内的衬底110、背面接触层120、吸收层130、介电层145、正面接触层150和P1和P2划线可以与以上参考图1A中的太阳能电池100描述的相同,并且除了下文特别注明外,为了简明,不再重复它们的描述。
在一些实施例中,如图3所示,太阳能电池300的布置和形状使得太阳能组件衬底110的一个或多个部分未被太阳能电池300覆盖。剩余空间可以用作标记305,诸如,标识、商标、带颜色的图案、美术图案、文本、广告等。在一些实施例中,太阳能组件衬底110中未被太阳能电池300覆盖的部分可以包括执行其他功能的其他类型的器件(例如,发光二极管(LED)显示器)。
图4示出了太阳能电池400的另一种配置和布置。太阳能电池400具有不是多边形的收集区402。例如,太阳能电池400可以具有曲边,并且上述的互连结构104可以沿着曲边形成。太阳能组件410的总体布置具有串联连接的太阳能电池400,其中,电流流动在如图所示的蛇形布置中的太阳能电池400之间。在每列太阳能电池内,电流都从该列的一端流向该列的另一端。通过细长互连件405,在每列的端部处的水平邻近的电池之间传输电流。
在其他实施例中(未示出),每个水平行的太阳能电池中的电流串行流动,并且通过细长互连结构连接位于每行端部处的垂直邻近的太阳能电池。因此,在具有曲边的其他实施例(未示出)中,互连结构可以沿着直边形成。
上述方法可以应用于具有p-n或p-i-n结、金属-绝缘体-半导体(MIS)结构、多结结构等的太阳能电池。
在一些实施例中,根据上述具有5nm的SiO2介电层145的实例1的太阳能电池可以提高效率,例如,从约15%提高到约16%,其百分比增长了3%至5%。
上述仅为实例,在这些实例中,在形成P2划线之前形成正面接触层,并且P2划线穿过正面接触层、缓冲层和吸收层。高导电材料施加于正面接触层的一部分的上方,并且延伸穿过P2划线的一部分以将正面接触层和下一个邻近的太阳能电池的背面接触层连接在一起,从而串联连接电池。这种配置消除了其他太阳能设计中的将邻近的太阳能电池的正面接触层、缓冲层和吸收层隔离的单独的P3划线。减小了每个太阳能电池中的互连结构的长度和面积,从而留下可用于光子收集的较大面积。
在一些实施例中,一种太阳能电池包括第一背面接触层和第一背面接触层上方的第一吸收层。第一吸收层具有穿过其中的划线。第一正面接触层位于第一吸收层的上方。第一导电材料位于第一正面接触层的一部分的上方。第一导电材料延伸穿过划线并且连接至第二太阳能电池的第二背面接触层。
在一些实施例中,一种太阳能电池包括第一背面接触层。第一吸收层位于第一背面接触层的上方。第一吸收层具有延伸穿过其中的单条划线。第一正面接触层位于第一吸收层的上方。第一导电层位于第一正面接触层的一部分上。第一导电层包括延伸穿过单条划线的第一部分并且连接至第二太阳能电池的第二背面接触层的材料。
在一些实施例中,一种制造太阳能电池的方法包括在太阳能电池的第一背面接触层的上方形成第一吸收层。在形成穿过第一吸收层的任何划线之前,在第一吸收层的上方形成第一正面接触层。形成穿过第一吸收层的划线。施加导电材料以延伸穿过划线并且将第一正面接触层连接至第二太阳能电池的第二背面接触层。
上面概述了若干实施例的特征,使得本领域的普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域的普通技术人员应该理解,他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或更改用于达到与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的其他工艺和结构。本领域的普通技术人员也应该意识到,这种等同构造并不背离本发明的精神和范围,并且在不背离本发明的精神和范围的情况下,在此他们可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种太阳能电池,包括:
第一背面接触层;
第一吸收层,位于所述第一背面接触层的上方,所述第一吸收层具有穿过其中的划线;
第一正面接触层,位于所述第一吸收层的上方;以及
第一导电材料,位于所述第一正面接触层的一部分的上方,所述第一导电材料延伸穿过所述划线并且连接至第二太阳能电池的第二背面接触层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池,其中:
所述划线具有第二部分,所述第二部分将所述第一吸收层和所述第一正面接触层与所述第二太阳能电池的第二吸收层和第二正面接触层分别隔离。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池,其中,所述第一导电材料包括覆盖所述第一正面接触层的一部分的透明导电氧化物(TCO)材料。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池,其中,所述TCO材料是高掺杂的。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池,其中,所述第一导电材料包括覆盖所述正面接触层的一部分的金属材料。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池,其中:
所述太阳能电池具有收集区和互连区;以及
所述第一导电材料具有位于所述收集区的主体之上的至少一个开口。
7.一种太阳能电池,包括:
第一背面接触层;
第一吸收层,位于所述第一背面接触层的上方,所述第一吸收层具有延伸穿过其中的单条划线;
第一正面接触层,位于所述第一吸收层的上方;以及
第一导电层,位于所述第一正面接触层的一部分上,所述第一导电层包括延伸穿过所述单条划线的第一部分并且连接至第二太阳能电池的第二背面接触层的材料。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池,其中,所述单条划线具有第二部分,所述第二部分将所述第一吸收层和所述第一正面接触层与所述第二太阳能电池的第二吸收层和第二正面接触层分别隔离。
9.一种制造太阳能电池的方法,包括:
在所述太阳能电池的第一背面接触层的上方形成第一吸收层;
在形成穿过所述第一吸收层的任何划线之前,在所述第一吸收层的上方形成第一正面接触层;
形成穿过所述第一吸收层的所述划线;以及
施加延伸穿过所述划线并且将所述第一正面接触层连接至第二太阳能电池的第二背面接触层的导电材料。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,所述导电材料位于所述划线的第一部分中,并且所述划线具有将所述第一吸收层和所述第一正面接触层与所述第二太阳能电池的第二吸收层和第二正面接触层分别隔离的第二部分。
CN201410294994.2A 2014-04-18 2014-06-25 薄膜光伏太阳能电池的互连件及其制造方法 Pending CN105023966A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/256,049 US20150303326A1 (en) 2014-04-18 2014-04-18 Interconnect for a thin film photovoltaic solar cell, and method of making the same
US14/256,049 2014-04-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105023966A true CN105023966A (zh) 2015-11-04

Family

ID=54322707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410294994.2A Pending CN105023966A (zh) 2014-04-18 2014-06-25 薄膜光伏太阳能电池的互连件及其制造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20150303326A1 (zh)
CN (1) CN105023966A (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9537031B2 (en) * 2013-06-28 2017-01-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Nozzle assembly and method for fabricating a solar cell
US10541346B2 (en) * 2017-02-06 2020-01-21 International Business Machines Corporation High work function MoO2 back contacts for improved solar cell performance
CN108111784B (zh) * 2017-12-22 2020-06-26 成都先锋材料有限公司 一种生物活体影像监控系统
MX2020012143A (es) * 2018-05-18 2021-01-29 Solarwindow Tech Inc Dispositivos electronicos de pelicula delgada sin distorsiones visuales.
WO2020254865A1 (fr) * 2019-06-21 2020-12-24 Garmin Switzerland Dispositif photovoltaïque multi-cellule semi-transparent

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110180136A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 Nexpower Technology Corp Thin film solar cell structure and method of patterning electrode of the same
US20110240118A1 (en) * 2010-04-02 2011-10-06 Paul Hanlon James Beatty Method and device for scribing a thin film photovoltaic cell
US20110247687A1 (en) * 2010-04-08 2011-10-13 Minglong Zhang Thin film solar cell and method for making the same
CN102598268A (zh) * 2009-09-20 2012-07-18 太阳能光电股份公司 薄层太阳能电池的串接方法
CN103187457A (zh) * 2011-12-27 2013-07-03 无锡尚德太阳能电力有限公司 碲化镉薄膜太阳电池、电池组件及其制备方法
CN103198875A (zh) * 2012-01-10 2013-07-10 无锡尚德太阳能电力有限公司 碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法及其使用的石墨导电膏

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009005168A1 (de) * 2009-01-14 2010-07-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem Siliziumsubstrat
TW201037845A (en) * 2009-04-10 2010-10-16 Ritdisplay Corp Photovoltaic cell structure and manufacturing method
US20110284364A1 (en) * 2010-05-21 2011-11-24 Umicore Aluminum Doped Zinc Oxide Sputtering Targets
AU2013331304C1 (en) * 2012-10-16 2015-11-26 Solexel, Inc. Systems and methods for monolithically integrated bypass switches in photovoltaic solar cells and modules

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102598268A (zh) * 2009-09-20 2012-07-18 太阳能光电股份公司 薄层太阳能电池的串接方法
US20110180136A1 (en) * 2010-01-22 2011-07-28 Nexpower Technology Corp Thin film solar cell structure and method of patterning electrode of the same
US20110240118A1 (en) * 2010-04-02 2011-10-06 Paul Hanlon James Beatty Method and device for scribing a thin film photovoltaic cell
US20110247687A1 (en) * 2010-04-08 2011-10-13 Minglong Zhang Thin film solar cell and method for making the same
CN103187457A (zh) * 2011-12-27 2013-07-03 无锡尚德太阳能电力有限公司 碲化镉薄膜太阳电池、电池组件及其制备方法
CN103198875A (zh) * 2012-01-10 2013-07-10 无锡尚德太阳能电力有限公司 碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法及其使用的石墨导电膏

Also Published As

Publication number Publication date
US20150303326A1 (en) 2015-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104979408B (zh) 具有介电层的太阳能电池
US20140261657A1 (en) Thin film solar cell and method of forming same
JP2013510426A (ja) 太陽電池及びその製造方法
CN105023966A (zh) 薄膜光伏太阳能电池的互连件及其制造方法
CN104916717B (zh) 太阳能电池及其制造方法
JP6034791B2 (ja) 太陽光発電装置
CN104115283B (zh) 太阳能电池模块及其制造方法
US20150228820A1 (en) Front contact for a solar cell, and method of making same
CN104934498B (zh) 用于太阳能电池正面接触层的沉积工艺
CN104576821B (zh) 太阳能电池的背面接触设计及其制造方法
CN104659115A (zh) 太阳能电池接触件及其制造方法
JP5602234B2 (ja) 太陽光発電装置及びその製造方法
CN104425642A (zh) 具有背面反射体的光伏器件
KR101173418B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
TWI611591B (zh) 形成緩衝層之方法
JP6258884B2 (ja) 光電変換装置
KR20120085577A (ko) 태양전지 및 그의 제조방법
KR101231284B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
CN104835861A (zh) 太阳能电池前接触层及其制造方法
CN104051551B (zh) 薄膜太阳能电池及其形成方法
KR101417321B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조 방법
JP2016171186A (ja) 光電変換装置
JP6346058B2 (ja) 光電変換装置
KR101349432B1 (ko) 태양광 발전장치 및 이의 제조방법
KR101393743B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20160808

Address after: Hsinchu, Taiwan, China

Applicant after: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.

Address before: Taichung City, Taiwan, China

Applicant before: TSMC Solar Ltd.

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20151104