CN113921630A - 一种器件结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种器件结构及其制备方法，该结构包括：衬底；位于衬底上的太阳能电池层；太阳能电池层具有刻划区；位于刻划区的刻划沟槽；位于太阳能电池层远离衬底的一侧的绝缘层；绝缘层位于刻划区；位于绝缘层远离衬底的一侧的金属栅线；位于太阳能电池层远离衬底的一侧的点状栅线；点状栅线位于非刻划区；点状栅线与金属栅线连接。即通过设置在刻划区的金属栅线和设置在非刻划区的点状栅线，取代了原有的全部在非刻划区设置的金属栅线，由于点状栅线面积较小，在实现能够提高载流子收集能力的同时，对光线的遮挡较少，提高了对光线的利用率，提高了器件的性能。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能薄膜领域，特别涉及一种器件结构及其制备方法。
背景技术
太阳能薄膜电池又称为太阳能芯片或光电池，是一种利用太阳光直接发电的光电器件，薄膜太阳能电池的基本结构通常是由光电转换功能层及位于光电转换功能层两侧的电极组成，一般地，参见图1所示，太阳能薄膜电池可以包括多个电池单元，多个电池单元形成在同一衬底100上，对下电极材料层20进行刻划，以形成第一沟槽P1，第一沟槽P1将下电极材料层20分为电池单元的下部电极，实现下电极材料层20的分割；在下电极材料层20上以及第一沟槽P1中形成光电转换功能层30；对光电转换功能层30进行刻划，以形成第二沟槽P2，第二沟槽P2将光电转换功能层30分为多个电池单元的功能层；在光电转换功能层30上以及第二沟槽P2中形成上电极材料层40；对上电极材料层40进行刻划，以形成第三沟槽P3，第三沟槽P3将上电极材料层40分为多个电池单元的上部电极，上部电极的至少一部分透过第二沟槽P2与相邻的电池单元中的下部电极连接，以实现多个电池单元的串并联。
为了有效地收集载流子，可以在电池表面制备金属栅线，以提高载流子收集能力，然而金属栅线不透明，在电池表面会遮挡光线，导致光利用率较低，影响器件性能。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种器件结构及其制备方法，可以提高太阳能薄膜电池的光利用率，提高性能。
为实现上述目的，本申请有如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种器件结构，包括：
衬底；
位于所述衬底上的太阳能电池层；所述太阳能电池层具有刻划区；位于所述刻划区的刻划沟槽；
位于所述太阳能电池层远离所述衬底的一侧的绝缘层；所述绝缘层位于所述刻划区；
位于所述绝缘层远离所述衬底的一侧的金属栅线；
位于所述太阳能电池层远离所述衬底的一侧的点状栅线；所述点状栅线位于非刻划区；
所述点状栅线与所述金属栅线连接。
可选地，所述太阳能电池层包括下电极材料层、光电转换功能层和上电极材料层；所述光电转换功能层用于产生和传输光生载流子；
所述光电转换功能层位于所述下电极材料层和所述上电极材料层之间；
所述下电极材料层位于所述光电转换功能层靠近所述衬底的一侧；
所述上电极材料层位于所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧。
可选地，所述上电极材料层包括透明导电层；所述点状栅线与所述透明导电层连接。
可选地，所述光电转换功能层包括：
依次层叠的电子传输层、光吸收层和空穴传输层；
所述光吸收层用于产生光生载流子；所述光生载流子中的电子通过所述电子传输层传输到一侧电极，所述光生载流子中的空穴通过所述空穴传输层传输至另一侧电极。
可选地，所述金属栅线和所述点状栅线的材料为以下材料的一种或多种：金、银、铜、铝、镍。
第二方面，本申请实施例提供了一种器件结构的制备方法，包括：
提供衬底；
形成位于所述衬底上的太阳能电池层；所述太阳能电池层具有刻划区；
刻划形成位于所述刻划区的刻划沟槽；
形成位于所述太阳能电池层远离所述衬底的一侧的绝缘层；所述绝缘层位于所述刻划区；
形成位于所述绝缘层远离所述衬底的一侧的金属栅线；
形成位于所述太阳能电池层远离所述衬底的一侧的点状栅线；所述点状栅线位于非刻划区；所述点状栅线与所述金属栅线连接。
可选地，所述形成位于所述衬底上的太阳能电池层，包括：
在所述衬底上形成下电极材料层；
在所述下电极材料层远离所述衬底的一侧形成光电转换功能层；所述光电转换功能层用于产生和传输光生载流子；
在所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧形成上电极材料层。
可选地，所述在所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧形成上电极材料层，包括：
在所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧形成透明导电层；
所述点状栅线与所述透明导电层连接。
可选地，所述在所述下电极材料层远离所述衬底的一侧形成光电转换功能层，包括：
形成依次层叠的电子传输层、光吸收层和空穴传输层；
所述光吸收层用于产生光生载流子；所述光生载流子中的电子通过所述电子传输层传输到一侧电极，所述光生载流子中的空穴通过所述空穴传输层传输至另一侧电极。
可选地，所述金属栅线和所述点状栅线的材料为以下材料的一种或多种：金、银、铜、铝、镍。
本申请实施例提供了一种器件结构及其制备方法，该结构包括：衬底；位于衬底上的太阳能电池层；太阳能电池层具有刻划区；位于刻划区的刻划沟槽；位于太阳能电池层远离衬底的一侧的绝缘层；绝缘层位于刻划区；位于绝缘层远离衬底的一侧的金属栅线；位于太阳能电池层远离衬底的一侧的点状栅线；点状栅线位于非刻划区；点状栅线与金属栅线连接。即通过设置在刻划区的金属栅线和设置在非刻划区的点状栅线，取代了原有的全部在非刻划区设置的金属栅线，由于点状栅线面积较小，在实现能够提高载流子收集能力的同时，对光线的遮挡较少，提高了对光线的利用率，提高了器件的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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它的附图。
图1示出了一种太阳能薄膜电池器件结构的剖面图；
图2示出了一种现阶段的采用常规栅线技术制备的器件的栅线和刻划区的位置关系的俯视图；
图3示出了本申请实施例提供的一种器件结构的剖面图；
图4示出了本申请实施例提供的一种器件结构的覆盖刻划区的绝缘层的俯视图；
图5示出了本申请实施例提供的一种器件结构的金属栅线和点状栅线的俯视图；
图6示出了本申请实施例提供的一种器件结构的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
正如背景技术中的描述，太阳能薄膜电池又称为太阳能芯片或光电池，是一种利用太阳光直接发电的光电器件，薄膜太阳能电池的基本结构通常是由光电转换功能层及位于光电转换功能层两侧的电极组成，一般地，参见图1所示，太阳能薄膜电池可以包括多个电池单元，多个电池单元形成在同一衬底100上，对下电极材料层20进行刻划，以形成第一沟槽P1，第一沟槽P1将下电极材料层20分为电池单元的下部电极，实现下电极材料层20的分割；在下电极材料层20上以及第一沟槽P1中形成光电转换功能层30；对光电转换功能层30进行刻划，以形成第二沟槽P2，第二沟槽P2将光电转换功能层30分为多个电池单元的功能层；在光电转换功能层30上以及第二沟槽P2中形成上电极材料层40；对上电极材料层40进行刻划，以形成第三沟槽P3，第三沟槽P3将上电极材料层40分为多个电池单元的上部电极，上部电极的至少一部分透过第二沟槽P2与相邻的电池单元中的下部电极连接，以实现多个电池单元的串并联。
为了有效地收集载流子，可以在电池表面制备金属栅线，以提高载流子收集能力，然而金属栅线不透明，在电池表面会遮挡光线，导致光利用率较低，影响器件性能。
基于以上技术问题，本申请提供了一种器件结构及其制备方法，该结构包括：衬底；位于衬底上的太阳能电池层；太阳能电池层具有刻划区；位于刻划区的刻划沟槽；位于太阳能电池层远离衬底的一侧的绝缘层；绝缘层位于刻划区；位于绝缘层远离衬底的一侧的金属栅线；位于太阳能电池层远离衬底的一侧的点状栅线；点状栅线位于非刻划区；点状栅线与金属栅线连接。即通过设置在刻划区的金属栅线和设置在非刻划区的点状栅线，取代了原有的全部在非刻划区设置的金属栅线，由于点状栅线面积较小，在实现能够提高载流子收集能力的同时，对光线的遮挡较少，提高了对光线的利用率，提高了器件的性能。
为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。
示例性结构
参见图2所示，为一种现阶段的采用常规栅线技术制备的器件的栅线和刻划区的位置关系的俯视图，在现阶段，为了有效地收集载流子，可以在太阳能薄膜电池1表面制备金属栅线3，以提高载流子收集能力，同时可以最大程度降低太阳能薄膜电池1中透明导电层（图2中未示出）的厚度，提高光线透过率。而由于现阶段的金属栅线3形成在非划刻区的太阳能薄膜电池1上，金属栅线3不透明，在非划刻区的太阳能薄膜电池1表面会遮挡光线，导致太阳能薄膜电池1对光线的利用率较低，通常由于金属栅线3遮挡而导致的光线利用率的下降将达到约百分之二到百分之三，从而会影响器件性能，导致器件性能的下降。
基于此，参见图3所示，为本申请实施例提供的一种器件结构的剖面示意图，包括：
衬底100，衬底100为其上的器件结构提供支撑。衬底100可以为玻璃基底或柔性基底。衬底100的材料可以包括各种柔性的材料，例如，聚合物树脂，诸如聚醚砜(PES)、聚丙烯酸酯(PAR)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚芳酯、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)或醋酸丙酸纤维素(CAP)等。
位于衬底100上的太阳能电池层101；太阳能电池层101具有刻划区102；位于刻划区102的刻划沟槽P1、P2和P3。
具体可选地，太阳能电池层101可以包括下电极材料层20、光电转换功能层30和上电极材料层40，光电转换功能层30用于产生和传输光生载流子，以在光照下产生电流，可选地，光电转换功能层30可以包括依次层叠的电子传输层、光吸收层和空穴传输层，光吸收层用于产生光生载流子，光生载流子中的电子通过电子传输层传输到一侧电极，光生载流子中的空穴通过空穴传输层传输至另一侧电极。需要说明的是，本申请实施例中电子传输层可以位于光吸收层之下，也可以位于光吸收层之上，即太阳能电池器件可以包括依次层叠的下电极材料层20、电子传输层、光吸收层、空穴传输层和上电极材料层40，也可以包括依次层叠的下电极材料层20、空穴传输层、光吸收层、电子传输层和上电极材料层40。
光吸收层可以为有机光吸收层、钙钛矿层、铜铟镓硒层或碲化镉层等，其中有机光吸收层包括至少一种电子给体和至少一种电子受体材料的两元或多元共混薄膜，电子给体材料可以为聚合物PTB7-Th、PBDB-T、PM6、D18及衍物中的至少一种，电子受体材料可为PCBM、ITIC、Y6材料及衍生物中的至少一种，光吸收层为钙钛矿层时，材料可以包括甲胺铅碘、甲脒铅碘、铯铅碘以及多种复合阳离子和复合阴离子的三维、二维钙钛矿中的一种或多种。
电子传输层例如可以为氧化锌（ZnO）或氧化钛（TiO2）等；空穴传输层例如可以为PEDOT:PSS、spiro-OMeTAD、氧化钼（MoO3）或氧化镍（NiOx）等。
电子传输层、光吸收层、空穴传输层和上电极材料层40均可以通过沉积的方式形成，例如可以利用蒸镀的方式形成，当然一些电子传输层、光吸收层、空穴传输层也可以利用刮涂或旋涂的方式形成。可选地，上电极材料层包括透明导电层，透明导电层的材料可以包括氧化铟锡、铝掺杂氧化锌或氟掺杂氧化锡等。
由于太阳能电池层101可以包括多个电池单元，多个电池单元形成在同一衬底100上，对下电极材料层20进行刻划，以形成第一沟槽P1，第一沟槽P1将下电极材料层20分为电池单元的下部电极，实现下电极材料层20的分割；在下电极材料层20上以及第一沟槽P1中形成光电转换功能层30；对光电转换功能层30进行刻划，以形成第二沟槽P2，第二沟槽P2将光电转换功能层30分为多个电池单元的功能层；在光电转换功能层30上以及第二沟槽P2中形成上电极材料层40；对上电极材料层40进行刻划，以形成第三沟槽P3，第三沟槽P3将上电极材料层40分为多个电池单元的上部电极，上部电极的至少一部分透过第二沟槽P2与相邻的电池单元中的下部电极连接，以实现多个电池单元的串并联。
即太阳能电池层101具有第一沟槽P1、第二沟槽P2和第三沟槽P3的区域即为刻划区102，由于刻划区102有刻划沟槽的存在，无法对光电转换形成贡献，称为刻划死区。
位于太阳能电池层101远离衬底100的一侧的绝缘层103，绝缘层103位于刻划区102。位于绝缘层103远离衬底100的一侧的金属栅线104。点状栅线106与金属栅线104连接。
在本申请实施例中，由于刻划区102具有刻划沟槽，无法对光电转换形成贡献，因此可以在刻划区102形成金属栅线104，从而避免金属栅线104对太阳能电池层101非刻划区105的遮挡，提高了光线的利用率，促进光电转换的效率，提高了器件的性能。
具体的，可以在刻划区102的范围内，在太阳能电池层101远离衬底100的一侧通过镀膜方式在掩膜版的遮掩下形成绝缘层103，参见图4所示，为覆盖刻划区102的绝缘层103的俯视图，其中，绝缘层的材料可以为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅等绝缘材料。
然后，可以继续在掩膜版的遮掩下在绝缘层103远离衬底100的一侧形成金属栅线104，金属栅线104可以为粗栅，从而将栅线的主体部分设置在刻划区102的范围内，减少在非刻划区105的栅线遮挡。
位于太阳能电池层101远离衬底100的一侧的点状栅线106，点状栅线106位于非刻划区105。参见图5所示，为金属栅线104和点状栅线106的俯视图，金属栅线104还可以在衬底100上互连。
由于点状栅线106形成的栅线为点状，面积较小，栅线的主体部分金属栅线104形成在非刻划区105，则此时在非刻划区105的点状栅线106的面积较小，则遮挡的光线较少，从而提高了光线的利用率，促进光电转换的效率，提高了器件的性能。点状栅线106与金属栅线104连接，同样可以实现传统的均在非刻划区105的金属栅线的提高载流子收集能力的作用。
可选地，所述金属栅线和所述点状栅线的材料为以下材料的一种或多种：金、银、铜、铝、镍。
本申请提供了一种器件结构，该结构包括：衬底；位于衬底上的太阳能电池层；太阳能电池层具有刻划区；位于刻划区的刻划沟槽；位于太阳能电池层远离衬底的一侧的绝缘层；绝缘层位于刻划区；位于绝缘层远离衬底的一侧的金属栅线；位于太阳能电池层远离衬底的一侧的点状栅线；点状栅线位于非刻划区；点状栅线与金属栅线连接。即通过设置在刻划区的金属栅线和设置在非刻划区的点状栅线，取代了原有的全部在非刻划区设置的金属栅线，由于点状栅线面积较小，在实现能够提高载流子收集能力的同时，对光线的遮挡较少，提高了对光线的利用率，提高了器件的性能。
示例性方法
参见图6所示，为一种器件结构的制备方法的流程图，包括：
S601：提供衬底；
S602：形成位于所述衬底上的太阳能电池层；所述太阳能电池层具有刻划区；
S603：刻划形成位于所述刻划区的刻划沟槽；
S604：形成位于所述太阳能电池层远离所述衬底的一侧的绝缘层；所述绝缘层位于所述刻划区；
S605：形成位于所述绝缘层远离所述衬底的一侧的金属栅线；
S606：形成位于所述太阳能电池层远离所述衬底的一侧的点状栅线；所述点状栅线位于非刻划区；所述点状栅线与所述金属栅线连接。
可选地，所述形成位于所述衬底上的太阳能电池层，包括：
在所述衬底上形成下电极材料层；
在所述下电极材料层远离所述衬底的一侧形成光电转换功能层；所述光电转换功能层用于产生和传输光生载流子；
在所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧形成上电极材料层。
可选地，所述在所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧形成上电极材料层，包括：
在所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧形成透明导电层；
所述点状栅线与所述透明导电层连接。
可选地，所述在所述下电极材料层远离所述衬底的一侧形成光电转换功能层，包括：
形成依次层叠的电子传输层、光吸收层和空穴传输层；
所述光吸收层用于产生光生载流子；所述光生载流子中的电子通过所述电子传输层传输到一侧电极，所述光生载流子中的空穴通过所述空穴传输层传输至另一侧电极。
可选地，所述金属栅线和所述点状栅线的材料为以下材料的一种或多种：金、银、铜、铝、镍。
本申请提供了一种器件结构的制备方法，利用该方法形成的结构包括：衬底；位于衬底上的太阳能电池层；太阳能电池层具有刻划区；位于刻划区的刻划沟槽；位于太阳能电池层远离衬底的一侧的绝缘层；绝缘层位于刻划区；位于绝缘层远离衬底的一侧的金属栅线；位于太阳能电池层远离衬底的一侧的点状栅线；点状栅线位于非刻划区；点状栅线与金属栅线连接。即通过设置在刻划区的金属栅线和设置在非刻划区的点状栅线，取代了原有的全部在非刻划区设置的金属栅线，由于点状栅线面积较小，在实现能够提高载流子收集能力的同时，对光线的遮挡较少，提高了对光线的利用率，提高了器件的性能。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于结构实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种器件结构，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底上的太阳能电池层；所述太阳能电池层具有刻划区；位于所述刻划区的刻划沟槽；
位于所述太阳能电池层远离所述衬底的一侧的绝缘层；所述绝缘层位于所述刻划区；
位于所述绝缘层远离所述衬底的一侧的金属栅线；
位于所述太阳能电池层远离所述衬底的一侧的点状栅线；所述点状栅线位于非刻划区；
所述点状栅线与所述金属栅线连接。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述太阳能电池层包括下电极材料层、光电转换功能层和上电极材料层；所述光电转换功能层用于产生和传输光生载流子；
所述光电转换功能层位于所述下电极材料层和所述上电极材料层之间；
所述下电极材料层位于所述光电转换功能层靠近所述衬底的一侧；
所述上电极材料层位于所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述上电极材料层包括透明导电层；所述点状栅线与所述透明导电层连接。
4.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述光电转换功能层包括：
依次层叠的电子传输层、光吸收层和空穴传输层；
所述光吸收层用于产生光生载流子；所述光生载流子中的电子通过所述电子传输层传输到一侧电极，所述光生载流子中的空穴通过所述空穴传输层传输至另一侧电极。
5.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述金属栅线和所述点状栅线的材料为以下材料的一种或多种：金、银、铜、铝、镍。
6.一种器件结构的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
形成位于所述衬底上的太阳能电池层；所述太阳能电池层具有刻划区；
刻划形成位于所述刻划区的刻划沟槽；
形成位于所述太阳能电池层远离所述衬底的一侧的绝缘层；所述绝缘层位于所述刻划区；
形成位于所述绝缘层远离所述衬底的一侧的金属栅线；
形成位于所述太阳能电池层远离所述衬底的一侧的点状栅线；所述点状栅线位于非刻划区；所述点状栅线与所述金属栅线连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述形成位于所述衬底上的太阳能电池层，包括：
在所述衬底上形成下电极材料层；
在所述下电极材料层远离所述衬底的一侧形成光电转换功能层；所述光电转换功能层用于产生和传输光生载流子；
在所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧形成上电极材料层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧形成上电极材料层，包括：
在所述光电转换功能层远离所述衬底的一侧形成透明导电层；
所述点状栅线与所述透明导电层连接。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述下电极材料层远离所述衬底的一侧形成光电转换功能层，包括：
形成依次层叠的电子传输层、光吸收层和空穴传输层；
所述光吸收层用于产生光生载流子；所述光生载流子中的电子通过所述电子传输层传输到一侧电极，所述光生载流子中的空穴通过所述空穴传输层传输至另一侧电极。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述金属栅线和所述点状栅线的材料为以下材料的一种或多种：金、银、铜、铝、镍。
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