CN110400850A - 薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能技术领域。该制备方法可以包括：在一衬底上形成电极层，电极层包括多个电极单元，相邻两电极单元间设有间隔槽，每个电极单元均包括相互连接的透明电极和遮光电极，各透明电极和各遮光电极交替排列；在电极层上形成吸收层；在吸收层上形成缓冲层；在缓冲层上形成窗口层，窗口层设有多个透光槽和连接部，多个透光槽对应露出各透明电极，以划分出多个子电池，缓冲层上对应于一电极单元的区域通过一连接部与相邻的一电极单元的透明电极连接。本发明的薄膜太阳能电池及其制备方法可在保证光电性能的同时，实现透光。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，具体而言，涉及一种薄膜太阳能电池的制备方法及薄膜太阳能电池。
背景技术
太阳能电池，是利用半导体材料的光伏效应将太阳辐射能直接转换为电能的清洁能源装置，其中，薄膜太阳能电池因其具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、光电转换效率高等优点，因而获得了越来越多的应用。
现有薄膜太阳能电池的一般包括依次层叠设置的衬底、背电极、吸收层、缓冲层和窗口层等，背电极通常为不透光的结构，窗口层与背电极连接形成导电通路。为了获得良好的透光性能，通常需要在薄膜太阳能电池上去除一定区域，以形成供光线透光的图案。但这样会破坏薄膜太阳能电池的结构，透光区域无法用于发电，串联电阻增大，使薄膜太阳能电池的光电性能降低。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜太阳能电池的制备方法及薄膜太阳能电池，能够在保证光电性能的同时，实现透光。
根据本发明的一个方面，提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，包括：
在一衬底上形成电极层，所述电极层包括多个电极单元，相邻两所述电极单元间设有间隔槽，每个所述电极单元均包括相互连接的透明电极和遮光电极，各所述透明电极和各所述遮光电极交替排列；
在所述电极层上形成吸收层；
在所述吸收层上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成窗口层，所述窗口层设有多个透光槽和连接部，多个所述透光槽对应露出各所述透明电极，以划分出多个子电池，所述窗口层上对应于一所述电极单元的区域通过一所述连接部与相邻的一所述电极单元的所述透明电极连接。
在本发明的一种示例性实施例中，形成所述电极层包括：
形成多个间隔设置的所述遮光电极；
在相邻两所述遮光电极间形成所述透明电极及所述间隔槽。
在本发明的一种示例性实施例中，形成所述电极层包括：
形成多个间隔设置的所述透明电极；
在相邻两所述透明电极间形成所述遮光电极及所述间隔槽。
在本发明的一种示例性实施例中，形成所述窗口层包括：
在所述缓冲层上对应于所述透明电极的区域形成露出所述透明电极的凹槽；
在所述缓冲层上形成窗口导电层，所述窗口导电层延伸至所述凹槽内的区域为所述连接部；
在所述窗口导电层上对应于所述透明电极的区域形成所述透光槽，以得到所述窗口层。
在本发明的一种示例性实施例中，形成所述窗口导电层包括：
在所述缓冲层上形成第一透明导电层；
在所述第一透明导电层上形成第二透明导电层。
在本发明的一种示例性实施例中，所述制备方法还包括：
在所述窗口层上形成多个与所述透光槽相交的绝缘槽，所述绝缘槽露出所述衬底，以划分出多个子电池模组，每个所述子电池模组包括多个所述子电池。
在本发明的一种示例性实施例中，所述透光槽与所述连接部的宽度之和等于所述透明电极的宽度。
在本发明的一种示例性实施例中，所述透明电极的材料为透明导电氧化物。
根据本发明的一个方面，提供一种薄膜太阳能电池，包括：
衬底；
电极层，设于所述衬底上且包括多个电极单元，相邻两所述电极单元间设有间隔槽，每个所述电极单元均包括相互连接的透明电极和遮光电极，各所述透明电极和各所述遮光电极交替排列；
吸收层，设于所述电极层上；
缓冲层，设于所述吸收层上；
窗口层，设于所述缓冲层上，所述窗口层设有多个透光槽和连接部，多个所述透光槽对应露出各所述透明电极，以划分出多个子电池，所述窗口层上对应于一所述电极单元的区域通过一所述连接部与相邻的一所述电极单元的所述透明电极连接。
在本发明的一种示例性实施例中，所述透光槽与所述连接部的宽度之和等于所述透明电极的宽度。
在本发明的一种示例性实施例中，所述透明电极的材料为透明导电氧化物。
在本发明的一种示例性实施例中，所述窗口层包括第一透明导电层和第二透明导电层，所述第一透明导电层位于所述缓冲层和所述第二透明导电层之间。
在本发明的一种示例性实施例中，所述窗口层上设有多个与所述透光槽相交的绝缘槽，所述绝缘槽露出所述衬底，以划分出多个子电池模组，每个所述子电池模组包括多个所述子电池。
相较于现有技术，本发明的薄膜太阳能电池的制备方法及薄膜太阳能电池具备以下有益效果：
由于电极层的每个电极单元均包括透明电极和遮光电极，而窗口层上设有露出透明电极的透光槽，从而可通过透光槽和对应的透明电极实现透光。同时，由于窗口层具有连接透明电极的连接部，从而可使窗口层与电极层形成导电通路，以保证光电性能，使得透光区域也可以用于发电。由此，实现子电池互联，以保证光电性能，从而可在保证薄膜太阳能电池的光电性能的同时，实现透光。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为相关技术中一薄膜太阳能电池的示意图。
图2为本发明实施方式薄膜太阳能电池的制备方法的流程图。
图3为图2中步骤S110的流程图。
图4为图2中步骤S140的流程图。
图5为完成图3中步骤S1110后的示意图。
图6为完成图3中步骤S1120后的示意图。
图7为完成图2中步骤S120后的示意图。
图8为完成图2中步骤S130后的示意图。
图9为完成图4中步骤S1410后的示意图。
图10为完成图4中步骤S1420后的示意图。
图11为本发明实施方式薄膜太阳能电池的示意图。
图12为本发明实施方式薄膜太阳能电池的俯视图。
附图标记说明：
图1中：1a、衬底；2a、电极层；3a、吸收层；4a、缓冲层；5a窗口层。
图2-图12中：1、衬底；2、电极层；21、电极单元；211、透明电极；212、遮光电极；22、间隔槽；3、吸收层；4、缓冲层；5、窗口层；51、连接部；100、透光槽；200、凹槽；300、绝缘槽。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
如图1所示，图1为相关技术中一薄膜太阳能电池的示意图，该薄膜太阳能电池包括依次层叠设置的衬底1a、电极层2a、吸收层3a、缓冲层4a和窗口层5a，其中，电极层2a为不透光的导电材质，在这种结构下，要想实现透光，则需要在薄膜太阳能电池上去除一定区域内的材料，露出对应区域的衬底1a，以便供光线透过。但是，但这样会破坏薄膜太阳能电池的结构，透光的区域无法用于发电，串联电阻增加，使薄膜太阳能电池的光电性能降低。
本发明示例实施方式中提供了一种薄膜太阳能电池的制备方法，用于制备薄膜太阳能电池。如图2所示，本发明实施方式的制备方法可以包括：
步骤S110、在一衬底上形成电极层，所述电极层包括多个电极单元，相邻两所述电极单元间设有间隔槽，每个所述电极单元均包括相互连接的透明电极和遮光电极，各所述透明电极和各所述遮光电极交替排列。
步骤S120、在所述电极层上形成吸收层。
步骤S130、在所述吸收层上形成缓冲层。
步骤S140、在所述缓冲层上形成窗口层，所述窗口层设有多个透光槽和连接部，多个所述透光槽对应露出各所述透明电极，以划分出多个子电池，所述窗口层上对应于一所述电极单元的区域通过一所述连接部与相邻的一所述电极单元的所述透明电极连接。
本发明实施方式的制备方法，由于电极层的每个电极单元均包括透明电极和遮光电极，而窗口层上设有露出透明电极的透光槽，从而可通过透光槽和对应的透明电极实现透光。同时，由于窗口层具有连接透明电极的连接部，从而可使窗口层与电极层形成导电通路，可实现子电池互联，降低串联电阻，以保证光电性能。由此，可在保证薄膜太阳能电池的光电性能的同时，实现透光。
下面结合附图对本发明实施方式的制备方法的各步骤进行详细说明：
如图2所示，在步骤S110中，在一衬底1上形成电极层2，电极层2可以包括多个电极单元21，相邻两电极单元21间可设有间隔槽22，每个电极单元21均包括相互连接的透明电极211和遮光电极212，各透明电极211和各遮光电极212交替排列。
衬底1的材料可以是钠钙玻璃，但不以此为限，还可以是铝硼硅酸盐玻璃等。此外，衬底1还可以柔性结构，例如，其材料可以是聚酰亚胺、不锈钢等。衬底1的形状可以是矩形，当然，也可以是圆形或其它形状。
电极层2可设于衬底1上，且包括多个电极单元21和多个间隔槽22，间隔槽22可露出衬底1，从而将两个电极单元21隔断，形成多个电极单元21，其形成工艺可以是激光划线等方式。间隔槽22的宽度可为50μm，但不以此为限，也可以是大于或小于50μm，每个电极单元21均包括相互连接的透明电极211和遮光电极212，各透明电极211和各遮光电极212在衬底1上交替排列，对于任一间隔槽22而言，其一侧为一电极单元21的遮光电极212，另一侧为一相邻电极单元21的透明电极211。
每个电极单元21的透明电极211的材料可以是透明导电氧化物，如AZO(掺铝氧化锌)、ITO(氧化铟锡)等，当然，也可以是其它透明导电材料；遮光电极212的材料可以是Mo(钼)等不透光的金属材料。电极层2的厚度可以是500nm，透明电极211的宽度可以是1.5mm，当然，电极层2的厚度和透明电极211的宽度可根据薄膜太阳能电池的尺寸和性能要求调整，并不限于以上尺寸。
形成电极层2可以包括步骤S1110和步骤S1120，其中：
如图3和图5所示，在步骤S1110中，形成多个间隔设置的遮光电极212。
举例而言，可先采用PVD(物理气相沉积)工艺在衬底1上形成Mo金属层，当然，也可以通过其它方法形成Mo金属层。再对该Mo金属层采用掩膜工艺，得到上述的遮光电极212的图案，相邻两遮光电极212之间的区域露出衬底1。掩膜工艺的具体步骤可以包括使用掩膜版、刻蚀等，在此不再详述。
如图3和图6所示，在步骤S1120中，在相邻两遮光电极212间形成透明电极211及间隔槽22。
举例而言，可在相邻两遮光电极212之间形成覆盖衬底1的AZO层，然后，在每个透明电极211形成隔断相邻两电极单元21的间隔槽22，以得到电极层2。具体而言，可采用激光划线法在每个透明电极211刻划出间隔槽22，间隔槽22的宽度可以是50μm，也可以更宽或更窄，从而得到相互隔断的多个电极单元21，对于任一间隔槽22而言，其一侧为一个电极单元21的透明电极211，另一侧为一相邻电极单元21的遮光电极212。当然，也可以通过机械划线法等其它方式形成间隔槽22，只要能形成多个隔断的电极单元21即可，在此不再详述。此外，也可在遮光电极212上刻划间隔槽22，以划分出多个电极单元21。
在本发明的另一实施方式中，可先衬底1上形成AZO层，并通过掩膜工艺形成多个间隔设置的透明电极211；然后，在相邻两透明电极211之间形成覆盖衬底1的遮光电极212；最后，可在遮光电极212上刻划间隔槽22，以得到多个电极单元21，具体可参考步骤S1110和步骤S1120，在此不再详述。
如图2和图7所示，在步骤S120中，在电极层2上形成吸收层3。
可通过磁控溅射、共蒸发或印刷等方式在电极层2上形成吸收层3，在此不对形成吸收层3的工艺做特殊限定。吸收层3在对应间隔槽22的区域可延伸至间隔槽22内，且将间隔槽22填满。同时，吸收层3厚度可以是1.5μm，但不以此为限，也可以大于或小于1.5μm。此外，吸收层3的材料可以是CIS(铜铟硒)或CIGS(铜铟镓硒)类化合物中的一种，也可以是CZTS(铜锌锡硫)，还可以是其它具有通过吸收太阳光能量而形成电子-空穴对进而产生电能的化合物，在此不再一一列举。
如图2和图8所示，在步骤S130中，在吸收层3上形成缓冲层4。
可采用化学浴沉积法等方法沉积缓冲层4，其厚度可以是50nm，当然，也可以是大于或小于50nm。同时，缓冲层4的材料可以是CdS(硫化镉)或ZnS(硫化锌)，还可以是ZnSe(硒化锌)、ZnO(氧化锌)等，在此不再详述。
如图2所示，在步骤S140中，在缓冲层4上形成窗口层5，窗口层5设有多个透光槽100和连接部51，多个透光槽100对应露出各透明电极211，以划分出多个子电池，窗口层5上对应于一电极单元21的区域通过一连接部51与相邻的一电极单元21的透明电极211连接。
窗口层5可以是单层结构、双层结构或者更多层结构，其材料为透明导电材料，如IZO、AZO等。窗口层5的厚度可为1μm，也可以大于或小于1μm。同时，透光槽100的数量与透明电极211的数量相同，且各个透光槽100一一正对于透明电极211开设，并向透明电极211凹陷，且露出透明电极211上对应的区域。
连接部51的数量也为多个，且一一对应的与各个透明电极211垂直连接，缓冲层4上对应于一个电极单元21的区域通过一个连接部51与相邻的一个电极单元21的透明电极211连接，从而实现窗口层5与电极层2的导电通路。连接部51的宽度为1.5μm，当然，也可以大于或小于1.5μm，在此不做特殊限定。
透光槽100和连接部51的宽度之和可等于透明电极211的宽度，也就是说，透光槽100可沿连接部51开设，使得连接部51可作为透光槽100的一侧壁。通过透光槽100可划分出多个子电池，每个子电池均包括一个电极单元21及层叠其上的吸收层3、缓冲层4和窗口层5的对应区域。
举例而言，如图4所示，形成窗口层5可以包括步骤S1410和步骤S1420，其中：
如图9所示，在步骤S1410中，在缓冲层4上对应于透明电极211的区域形成凹槽200。
可采用激光划线法或机械划线法方法，在每个透明电极211临近相邻的间隔槽22的位置划凹槽200，刻蚀掉对应区域的吸收层3和缓冲层4，露出透明电极211，使得每个透明电极211均被一凹槽200露出。同时，凹槽200的宽度可以是1mm，也可以大于或小于1mm。
如图10所示，在步骤S1420中，在缓冲层4上形成窗口导电层，窗口导电层延伸至凹槽200内的区域为连接部51。
可通过PVD工艺或其它方式在形成有凹槽200的缓冲层4上沉积窗口导电层，同时，窗口导电层可填充各个凹槽200，从而得到各个连接部51。
举例而言，若窗口层5为双层结构，则形成窗口导电层可以包括：先在形成有凹槽200的缓冲层4上形成第一透明导电层，第一透明导电层的材料可以是ITO。然后在第一透明导电层上形成第二透明导电层，第一透明导电层的材料可以是AZO。当然，第一透明导电层和第二透明导电层的材料也可以是其它透明导电材料。需要说明的是，图10中未示出该双层结构。
如图11所示，在步骤S1430中，在窗口导电层上对应于透明电极211的区域形成透光槽100，以得到窗口层5。
可采用激光划线法或机械划线法等方法形成透光槽100，从而刻蚀掉对应区域的缓冲层4和吸收层3，以露出对应的透明电极211。透光槽100的宽度可以是1mm，当然，也可以大于或小于1mm。同时，透光槽100的宽度与相邻的连接部51的宽度之和可等于透明电极211的宽度，也就是说，凹槽200和透光槽100的宽度之和可等于透明电极211的宽度。
如图2和图12所示，在一实施方式中，本发明实施方式的制备方法还可以包括步骤S150。
在步骤S150中，在窗口层5上形成多个与透光槽100相交的绝缘槽300，绝缘槽300露出衬底1，以划分出多个子电池模组，每个子电池模组包括多个子电池。
各绝缘槽300平行且均匀分布，并均沿垂直于透光槽100的方向延伸，并可与透光槽100交叉。同时，各个绝缘槽300可露出衬底1，从而将薄膜太阳能电池分隔成多个子电池模组，每个子电池模组均包括多个子电池，且每个子电池模组均可独立发电。绝缘槽300的数量可以是四个，以分隔出五个子电池模组，当然，绝缘槽300的数量也可以是三个、六个或其它数量，在此不做特殊限定。由此，可降低电池的热斑效应。此外，薄膜太阳能电池也可以不开设绝缘槽300。此外，各个子电池模组可通过并联方式连接。
本发明实施方式还提供一种薄膜太阳能电池，如图11所示，本发明实施方式的薄膜太阳能电池可以包括衬底1、电极层2、吸收层3、缓冲层4和窗口层5。
在一实施方式中，电极层2可设于衬底1上且包括多个电极单元21，相邻两电极单元21间设有间隔槽22，每个电极单元21均包括相互连接的透明电极211和遮光电极212，各透明电极211和各遮光电极212交替排列。透明电极211的材料可以是AZO、ITO等透明导电氧化物，或者其它透明导电材料。
在一实施方式中，吸收层3可设于电极层2上。
在一实施方式中，缓冲层4可设于吸收层3上。
在一实施方式中，窗口层5可设于缓冲层4上，窗口层5设有多个透光槽100和连接部51，多个透光槽100对应露出各透明电极211，以划分出多个子电池，窗口层5上对应于一电极单元21的区域通过一连接部51与相邻的一电极单元21的透明电极211连接。
窗口层5可以是双层结构，包括第一透明导电层和第二透明导电层，第一透明导电层位于缓冲层4和第二透明导电层之间。当然，窗口层5也可以是单层结构、三层或更多层结构。
如图12所示，在一实施方式中，窗口层5上可开设有多个与透光槽100相交的绝缘槽300，绝缘槽300露出衬底1，以划分出多个独立的子电池模组，每个子电池模组包括多个子电池。
本发明实施方式的薄膜太阳能电池的各部分的具体结构已在上述制备方法的实施方式中进行了详细说明，具体可参考上述制备方法的实施方式，在此不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (13)
1.一种薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
在一衬底上形成电极层，所述电极层包括多个电极单元，相邻两所述电极单元间设有间隔槽，每个所述电极单元均包括相互连接的透明电极和遮光电极，各所述透明电极和各所述遮光电极交替排列；
在所述电极层上形成吸收层；
在所述吸收层上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成窗口层，所述窗口层设有多个透光槽和连接部，多个所述透光槽对应露出各所述透明电极，以划分出多个子电池，所述窗口层上对应于一所述电极单元的区域通过一所述连接部与相邻的一所述电极单元的所述透明电极连接。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述电极层包括：
形成多个间隔设置的所述遮光电极；
在相邻两所述遮光电极间形成所述透明电极及所述间隔槽。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述电极层包括：
形成多个间隔设置的所述透明电极；
在相邻两所述透明电极间形成所述遮光电极及所述间隔槽。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述窗口层包括：
在所述缓冲层上对应于所述透明电极的区域形成露出所述透明电极的凹槽；
在所述缓冲层上形成窗口导电层，所述窗口导电层延伸至所述凹槽内的区域为所述连接部；
在所述窗口导电层上对应于所述透明电极的区域形成所述透光槽，以得到所述窗口层。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，形成所述窗口导电层包括：
在所述缓冲层上形成第一透明导电层；
在所述第一透明导电层上形成第二透明导电层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
在所述窗口层上形成多个与所述透光槽相交的绝缘槽，所述绝缘槽露出所述衬底，以划分出多个子电池模组，每个所述子电池模组包括多个所述子电池。
7.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述透光槽与所述连接部的宽度之和等于所述透明电极的宽度。
8.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述透明电极的材料为透明导电氧化物。
9.一种薄膜太阳能电池，其特征在于，包括：
衬底；
电极层，设于所述衬底上且包括多个电极单元，相邻两所述电极单元间设有间隔槽，每个所述电极单元均包括相互连接的透明电极和遮光电极，各所述透明电极和各所述遮光电极交替排列；
吸收层，设于所述电极层上；
缓冲层，设于所述吸收层上；
窗口层，设于所述缓冲层上，所述窗口层设有多个透光槽和连接部，多个所述透光槽对应露出各所述透明电极，以划分出多个子电池，所述窗口层上对应于一所述电极单元的区域通过一所述连接部与相邻的一所述电极单元的所述透明电极连接。
10.根据权利要求9所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述透光槽与所述连接部的宽度之和等于所述透明电极的宽度。
11.根据权利要求9所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述透明电极的材料为透明导电氧化物。
12.根据权利要求9所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述窗口层包括第一透明导电层和第二透明导电层，所述第一透明导电层位于所述缓冲层和所述第二透明导电层之间。
13.根据权利要求9-12任一项所述的薄膜太阳能电池，其特征在于，所述窗口层上设有多个与所述透光槽相交的绝缘槽，所述绝缘槽露出所述衬底，以划分出多个子电池模组，每个所述子电池模组包括多个所述子电池。
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