JP2020508559A - 薄膜太陽電池 - Google Patents

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Abstract

基板と、前記基板上に設けられた複数の電池セルとを有し、各電池セルが、順に設けられた裏面電極層と、光吸収層と、緩衝層と、上面電極層とを有する薄膜太陽電池である。任意の隣り合う２つの電池セルの裏面電極層の間に、前記裏面電極層を貫通する第１の溝が設けられ、前記第１の溝内に絶縁部が充填される。各電池セルに、前記光吸収層及び前記緩衝層を貫通する第２の溝が設けられ、当該電池セルの上面電極層は、当該電池セルの前記第２の溝内まで延伸し、前記隣り合う２つの電池セルにおける他方の電池セルの裏面電極層に接触する。前記隣り合う２つの電池セルの間に第３の溝が設けられ、前記第３の溝は前記隣り合う２つの電池セルの上面電極層を絶縁区画する。

Description

本願は２０１８年２月１日に中国特許庁に提出された、出願番号を２０１８１０１０２０７６．３とし、名称を「薄膜太陽電池モジュール」とする中国特許出願の優先権を主張し、当該中国特許出願のすべての内容を参照により援用する。
本願は、太陽電池技術分野に関し、特に薄膜太陽電池に関するものである。
薄膜太陽電池は「ソーラーチップ」又は「光電池」とも言い、太陽光を利用して直接発電する光電半導体素子である。
薄膜太陽電池の製造過程におけるステップの１つは、少なくとも３回のレーザ／機械的スクライブ加工（スクライブの順序に基づき、Ｐ１スクライブ、Ｐ２スクライブ、Ｐ３スクライブと命名する）を用いて薄膜太陽電池全体を複数の電池セルに分け、前記複数の電池セル間の直列接続又は並列接続を実現するというステップである。
本願の一部の実施例では、
基板と、前記基板上に設けられた複数の電池セルとを有し、前記複数の電池セルにおける各前記電池セルが、順に設けられた裏面電極層と光吸収層と緩衝層と上面電極層とを有する薄膜太陽電池において、前記複数の電池セルにおける任意の隣り合う２つの電池セルの裏面電極層の間に、前記裏面電極層を貫通する第１の溝が設けられ、前記第１の溝内に、隣り合う電池セルの裏面電極層の間が絶縁区画されるように絶縁部が充填され、前記複数の電池セルにおける各前記電池セルに、前記光吸収層及び前記緩衝層を貫通する第２の溝が設けられ、前記隣り合う２つの電池セルにおける１つの電池セルの前記上面電極層は、当該電池セルの前記緩衝層を覆って当該電池セルの前記第２の溝内まで延伸し、前記隣り合う２つの電池セルにおける他方の電池セルの裏面電極層に接触することで、前記隣り合う２つの電池セルを直列接続し、前記隣り合う２つの前記電池セルの間に第３の溝が設けられ、前記第３の溝は前記隣り合う２つの前記電池セルの上面電極層を絶縁区画する、薄膜太陽電池を提供する。
本願の一部の実施例では、基板に裏面電極層を形成するステップと、第１のスクライブ加工によって前記裏面電極層上に第１の溝を形成するステップと、前記第１の溝内に位置する絶縁部を形成するステップと、前記絶縁部が形成された前記裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブ加工を施し前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成するステップと、前記緩衝層の表面に上面電極層を形成して、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させることで、前記隣り合う２つの電池セルにおけるいずれか１つの電池セルの前記上面電極層を、前記隣り合う２つの電池セルにおける他方の隣り合う前記電池セルの裏面電極層に接触させるステップと、前記上面電極層と、緩衝層と、光吸収層に第３のスクライブ加工を施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層を貫通する第３の溝を形成するステップとを有する、薄膜太陽電池の製造方法をさらに提供する。
ここで説明する図面は、本願をさらに理解するために用いられるものであって、本願の一部を構成する。本願の概念的実施例及びその説明は本願を解釈するために用いられ、本願を不適切に限定するものではない。
本願に記載の薄膜太陽電池の構造模式図である。 本願に記載の薄膜太陽電池の製造工程の模式図である。
以下では、本願の実施の形態における技術案について明確、且つ十全に説明する。ここで説明する実施の形態は本願の実施の形態の一部に過ぎず、すべての実施の形態ではないということは言うまでもない。本願における実施の形態に基づき当業者が創造力を働かせずに得られる他の実施の形態は、みな本願の請求範囲に含まれる。
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３スクライブ加工は複数の直列接続／並列接続された電池セルを形成できるが、薄膜太陽電池上に光電変換ができない領域（Ｐ１〜Ｐ３スクライブラインの位置と隣り合うスクライブラインとの間の区画された領域）、即ち薄膜太陽電池におけるいわゆる「不感帯」が生じてしまう。
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３スクライブ工程は、レーザ又は機械的スクライブによって実現されるものであって、従来のスクライブ加工技術のレベルとコストコントロールといった条件の制限を受ける。Ｐ１〜Ｐ３スクライブラインの幅と精度は著しく改善することが困難であり、不感帯の面積を効果的に削減できないことが最終的に薄膜太陽電池の光変換効率に影響を及ぼす。
図１を参照すると、本願の一部の実施例では薄膜太陽電池を提供する。前記薄膜太陽電池は、基板１０と、前記基板１０上に設けられた複数の電池セルとを有する。複数の電池セルにおける各前記電池セルは、順に設けられた裏面電極層２０と光吸収層３０と緩衝層４０と上面電極層５０とを有する。隣り合う２つの前記電池セルの裏面電極層２０の間に、前記裏面電極層２０を貫通する第１の溝６０が設けられる。前記第１の溝６０内に、隣り合う２つの電池セルの裏面電極層２０の間が絶縁区画されるように絶縁部７０が充填される。各前記電池セルに、前記光吸収層３０及び前記緩衝層４０を貫通する第２の溝８０が設けられる。前記上面電極層５０は、前記緩衝層４０を覆って前記第２の溝８０まで延伸し、隣り合う他方の前記電池セルの裏面電極層２０に接触することで、当該隣り合う他方の電池セルと直列接続される。隣り合う２つの電池セルの間に第３の溝９０が設けられ、前記第３の溝９０は前記隣り合う２つの電池セルの上面電極層５０を絶縁区画する。
前記薄膜太陽電池の利点は、第１の溝内に絶縁部を設け、即ち、複数の電池セルにおける裏面電極層を、絶縁部を介して区画されるように設けることで、絶縁部の表面の一部の上方に第２の溝を設けることと、前記絶縁部を前記第２の溝を介して露出させることを可能としたことである。第２の溝の位置と溝の位置の間隔が縮小するため不感帯の面積が大幅に低減し、これにより前記薄膜太陽電池モジュールの変換効率が大幅に向上する。
本願の一部の実施例では、薄膜太陽電池における第１のスクライブライン（即ち、Ｐ１スクライブ）の位置に絶縁部が設けられる。即ち、複数の電池セルにおける裏面電極層を、絶縁部を介して区画されるように設けることで、絶縁部の表面の一部に第２のスクライブ（即ちＰ２スクライブ）を施せるようにしてあり、ひいては不感帯の面積を低減することができる。
当該薄膜太陽電池に対応する製造方法では、第１のスクライブ加工によって第１の溝を形成でき、マスクによって第１の溝内に絶縁部を形成することで、前記絶縁部の表面の一部に第２のスクライブ加工を施せるようにしている。第１のスクライブラインの位置と第２のスクライブラインの位置の間隔が縮小するため、不感帯の面積が大幅に低減される。当該方法には工程が簡便であり効率が高く制御性があるという利点もある。
図１に示すように、以下では薄膜太陽電池における隣り合う第１の電池セル１００及び第２の電池セル２００を例とし、前記薄膜太陽電池の構造について説明する。
前記第１の電池セル１００と第２の電池セル２００は隣り合っており、且つ構造も同じである。即ち、第１の電池セル１００と第２の電池セル２００は実際には構造が一致する重複した電池セルであって、隣り合う２つの電池セル内の各素子の関係をより分かりやすく説明するために特別に異なる名づけをしたにすぎない。前記第１の電池セル１００は、順に設けられた第１の裏面電極層２１と第１の光吸収層３１と第１の緩衝層４１と第１の上面電極層５１とを有する。前記第２の電池セル２００は、順に設けられた第２の裏面電極層２２と第２の光吸収層３２と第２の緩衝層４２と第２の上面電極層５２とを有する。前記第１の電池セル１００及び前記第２の電池セル２００は、前記基板１０を共有する。第１の裏面電極層２１と第２の裏面電極層２２は絶縁部７０によって互いに隔てられる。図２を参照されたい。前記第１の光吸収層３１及び第１の緩衝層４１は、前記第１の光吸収層３１及び第１の緩衝層４１の厚さ方向に沿い第１の光吸収層３１及び第１の緩衝層４１を貫通する第２の溝８０を備える。前記第１の上面電極層５１は前記第１の緩衝層４１を覆って当該第２の溝８０内まで延伸し、第２の裏面電極層２２の一部を覆うことで、第２の裏面電極層２２と電気的に接続する。即ち、第２の溝８０の底部において第２の裏面電極層２２の一部を露出し、前記第２の溝８０底部に延伸する第１の上面電極層５１は、前記第２の裏面電極層２２の一部を覆って接触し、第１の電池セル１００と第２の電池セル２００を電気的に接続して直列接続を実現する。
本願の一部の実施例では、前記第１の上面電極層５１が第２の溝８０内の部分まで延伸して前記絶縁部７０を覆っている一方で、本願の別の実施例では、前記第１の上面電極層５１が第２の溝８０内の部分まで延伸するが前記絶縁部７０を覆わない。即ち、本願の一部の実施例において、前記第２の溝８０は第１のスクライブ（Ｐ１スクライブ）で形成される第１の溝６０と重なってもよく、重ならなくてもよい。
本願の一部の実施例では、前記第２の溝８０の底部が、隣り合う他方の電池セルの裏面電極層と前記絶縁部７０の境界に位置し、前記第２の溝８０内に位置する上面電極層が絶縁部の一部及び隣り合う他方の電池セルの裏面電極層の一部を覆う。図１を参照されたい。言い換えれば、前記第１の上面電極層５１が前記第１の緩衝層４１を覆って前記第２の溝８０まで延伸し、第２の裏面電極層２２の一部及び絶縁部７０の一部を覆う。この時、前記第１の上面電極層５１を前記第２の溝８０に延伸させた部分における、前記絶縁部７０と重なる領域の幅をｄ１で表す。前記絶縁部の幅はｍで表す。本願の一部の実施例において、ｍ及びｄ１は、ｍ＞ｄ１＞０という条件を満たす。ｍ＞ｄ１と限定する必要があるのは、前記第１の上面電極層５１が前記第２の溝８０まで延伸した部分が第１の裏面電極層２１と接触して短絡するのを避けるためである。一部の実施例において、ｍ及びｄ１はｍ−ｄ１≧３０μｍという条件を満たし、このような短絡をより確実に避けられるようにしている。
前記絶縁部７０は、第１の裏面電極層２１と第２の裏面電極層２２を隔てて絶縁することで、第１の電池セル１００と第２の電池セル２００の間の相対的な独立性を実現する。本願の一部の実施例において、前記絶縁部７０の幅ｍは３０μｍ≦ｍ≦６０μｍという条件を満たし、絶縁効果をより良好に実現している。本願の一部の実施例において、前記絶縁部７０の幅ｍは、約３０μｍ以上、約６０μｍ以下という条件を満たす。
本願の一部の実施例において、前記絶縁部７０はマスク蒸着方式を用いて前記第１の溝６０に充填される。
本願の一部の実施例において、前記絶縁部７０の材料は、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちの少なくとも１つを含む。例えば、前記絶縁部７０の材料はＳｉ３Ｎ４である。本願の別の実施例において、前記絶縁部７０の材料は、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちの少なくとも複数である。例えば、前記絶縁部７０の材料はＳｉ３Ｎ４とＳｉＯ２との複合膜層である。
前記第２の溝８０の幅は任意である。本願の一部の実施例では、第２の溝８０の幅を５０μｍ〜８０μｍとすることで、より良好に電極と接続して不感帯を縮小することを可能にしている。本願の一部の実施例において、第２の溝８０の幅は約５０μｍ〜約８０μｍである。
本願の一部の実施例において、前記第１の電池セル１００と前記第２の電池セル２００は第３の溝９０によって区画される。前記第３の溝９０は第１の上面電極層５１と第２の上面電極層５２とを仕切り、第１の緩衝層４１と第２の緩衝層４２とを仕切り、第１の光吸収層３１と第２の光吸収層３２とを仕切る。
本願の一部の実施例において、第３の溝９０の幅は５０μｍ〜８０μｍ、又は約５０μｍ〜約８０μｍである。
前記第３の溝９０は前記絶縁部と連携し、前記第１の電池セル１００と前記第２の電池セルの間の「相対的な独立」を実現する。「相対的な独立」と述べたのは、前記第２の溝８０における第１の上面電極層５１によって前記第１の電池セル１００と第２の電池セル２００の間の直列接続を実現できるためである。
前記基板１０の材料については限定せず、ガラスやステンレス、可撓性材料とすることができる。前記基板１０の厚さについても限定しない。前記基板１０は太陽電池を搭載するという役割を果たす。
前記背面電極層２０の材料は、金属Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ又は透明導電層とすることができる。透明導電層は、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ホウ素をドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムをドープした酸化スズ（ＩＴＯ）のうちの１つ又は複数を含む。前記裏面電極層２０の厚さについては限定しないが、本願の一部の実施例において、前記裏面電極層２０の厚さは２００ｎｍ〜８００ｎｍである。本願の一部の実施例において、絶縁部７０の厚さは前記裏面電極層２０の厚さと同一である。本願の別の実施例では、短絡の形成を効果的に防止するために、絶縁部７０の厚さは裏面電極層２０の厚さを上回ってもよいとしている。
前記光吸収層３０の材料は、銅インジウムガリウムセレン、銅インジウムセレン、銅インジウム硫黄のうちの１つである。前記光吸収層３０の厚さについては限定しないが、本願の一部の実施例において、前記光吸収層３０の厚さは０．５μｍ〜３μｍである。
前記緩衝層４０の材料は、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化インジウムのうちの１つである。前記緩衝層４０の厚さについては限定しないが、本願の一部の実施例において、前記緩衝層４０の厚さは３０ｎｍ〜１００ｎｍである。
前記上面電極層５０の材料は、透明導電層ＡＺＯ、ＢＺＯ、ＩＴＯのうちの１つである。前記上面電極層５０の厚さについては限定しないが、本願の一部の実施例において、前記上面電極層５０の厚さは１００ｎｍ〜１μｍである。
本願の一部の実施例では、層と層の間を密接に結合させて光吸収と変換に有利に働くようにするために、電極層、光吸収層、緩衝層、上面電極層のうちの任意の二層の間に酸化亜鉛層、酸化亜鉛マグネシウム層など他の機能層が追加される。
図２を参照されたい。本願の実施例は薄膜太陽電池の製造方法をさらに提供する。当該方法は以下のステップを含む。
ａ）基板１０を提供し、前記基板１０上に裏面電極層２０を形成し、また前記裏面電極層２０に第１のスクライブを施して前記裏面電極層２０を貫通する第１の溝６０を複数形成する。
ｂ）前記第１の溝６０内に絶縁部７０を形成する。
ｃ）絶縁部７０が形成された裏面電極層２０の表面に光吸収層３０及び緩衝層４０を順に形成して、前記光吸収層３０及び緩衝層４０に第２のスクライブを施し、前記光吸収層３０及び緩衝層４０を貫通する第２の溝８０を形成する。
ｄ）緩衝層４０の表面に上面電極層５０を形成し、前記上面電極層５０を第２の溝８０まで延伸させて、前記上面電極層５０と緩衝層４０と光吸収層３０とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層５０と緩衝層４０と光吸収層３０とを貫通する第３の溝９０を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。
ステップａ）において、前記裏面電極層２０を形成する方法は化学気相成長法、マグネトロンスパッタ法、原子層蒸着法などをとることができる。前記裏面電極層２０は第１のスクライブを経た後、第１の裏面電極層２１及び第２の裏面電極層２２などに類似する互いに隔てられた「サブ裏面電極層」を複数形成することができる。当該「サブ裏面電極層」は、即ち、図１に例示した第１の裏面電極層２１及び第２の裏面電極層２２である。このほか、ステップｃ）及びｄ）における第２のスクライブ及び第３のスクライブは、即ち、光吸収層３０と緩衝層４０と上面電極層５０とをスクライブして、相対的に独立し且つ直列接続された電池セルを形成するという手順である。図１に示す第１の電池セル１００及び第２の電池セル２００は、隣り合う２つの電池セル内の各素子間の関係をより分かりやすく説明するために特別に異なる名づけをしたにすぎず、実際には、第１の電池セル１００と第２の電池セル２００、及びその中の対応する素子の構造は同一である。
以下、前記光吸収層３０の説明に関しては前記第１の光吸収層３１及び第２の光吸収層３２の説明を参照されたい。前記緩衝層４０の説明に関しては前記第１の緩衝層４１及び第２の緩衝層４２の説明を参照されたい。前記上面電極層５０の説明に関しては前記第１の上面電極層５１及び第２の上面電極層５２の説明を参照されたい。よって、ここでは改めて説明しない。
ステップｂ）ではマスク（図示しない）を提供し、前記マスクによって前記第１の溝６０内に絶縁部７０を形成する。絶縁部７０を形成する方法は、マグネトロンスパッタ法、スピンコート法、スプレー法、化学気相成長法のうちのいずれか１つをとることができる。なお、スピンコート法及びスプレー法の過程は、絶縁材料をエタノール、水などの溶剤に混合して混合物を得、その後当該混合物をスピンコート又はスプレー加工し、乾燥させて絶縁部７０を得るというものである。一部の実施例では、マグネトロンスパッタ法を用いて前記絶縁部７０を形成する。
ステップｃ）では、前記光吸収層３０及び緩衝層４０に第２のスクライブを施し前記第２の溝８０を形成する。当該第２のスクライブで形成された第２の溝８０は、第１のスクライブで形成された第１の溝６０の一部と重なってもよく、第１の溝６０と互いに隔てられる状態、即ち重ならなくてもよい。本願の一部の実施例では、前記第２の溝８０は第１の溝６０と一部重なっており、即ち第２の溝８０を介して前記絶縁部７０の表面の一部が露出されている。
前記絶縁部７０の幅はｍで表示され、前記絶縁部７０が前記第２の溝８０を介して一部露出する領域の幅はｄ１で表示される。本願の一部の実施例において、前記絶縁部７０の幅ｍはｄ１より大きい。例を挙げればｍ−ｄ１≧３０μｍである。
ステップａ）、ステップｃ）、ステップｄ）において、第１のスクライブ、第２のスクライブ、第３のスクライブは機械的スクライブ又はレーザスクライブで実現される。本願の一部の実施例において、前記第１のスクライブの方法をレーザスクライブとし、第２のスクライブ及び第３のスクライブを機械的スクライブとしている。それにより形成された第１の溝６０、前記第２の溝８０、第３の溝９０の開口の幅については限定しないが、本願の一部の実施例では、前記第２の溝８０及び第３の溝９０の幅を６０μｍ〜８０μｍとすることができる。例を挙げれば、前記第２の溝８０と第３の溝９０の間の間隔は≧３０μｍである。
前記薄膜太陽電池及びその製造方法は以下の利点を備える。
第１のスクライブで形成される第１の溝６０内に絶縁部７０を設け、即ち、複数の電池セルにおける裏面電極層を、絶縁部７０を介して区画されるように設けることで、絶縁部７０の表面の一部の上方に第２のスクライブを施せるようにしている。第２のスクライブにより第２の溝８０が形成されることで、前記絶縁部を前記第２の溝８０を介して一部露出させることが可能になる。第２のスクライブの位置と第１のスクライブの位置の間隔が縮小するため不感帯の面積が大幅に低減し、これにより前記薄膜太陽電池モジュールの変換効率が大幅に向上する。
当該製造方法では、マスクによって第１の溝６０内に絶縁部７０を形成し、前記絶縁部７０の表面の一部に第２のスクライブを施すことができる。当該方法には工程が簡便であり効率が高く制御性があるという利点がある。
以下では、下記の実施例により前記薄膜太陽電池及びその製造方法についてさらに説明する。
実施例１
本実施例１は薄膜太陽電池を提供する。当該薄膜太陽電池の製造方法は以下の通りである。
ａ）基板を提供し、基板上にマグネトロンスパッタ法で裏面電極層を形成する。その後、前記裏面電極層に第１のスクライブを施し、前記裏面電極層を貫通する第１の溝を複数形成する。
一部の実施例において、前記基板の材料はガラス、前記裏面電極層は金属Ｍｏ層である。マグネトロンスパッタ法におけるパラメータに関しては、アルゴンガスをガス源とし、金属Ｍｏをターゲットとし、真空度を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした。前記第１のスクライブはレーザスクライブ、前記第１の溝の幅は約６０μｍである。
ｂ）マスクを提供し、マグネトロンスパッタ法によって前記第１の溝内にＳｉ３Ｎ４を材料とする絶縁部を形成する。
ｃ）絶縁部が形成された裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブを施し、前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成する。ここで前記第２のスクライブは機械的スクライブであり、前記第２の溝の幅は約５０μｍである。前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１は約３０μｍである。前記光吸収層は厚さが約３μｍのセレン化銅インジウムガリウムである。前記緩衝層は厚さが約８０ｎｍの硫化カドミウムである。
ｄ）緩衝層の表面に上面電極層を形成し、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させて、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とを貫通する第３の溝を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。ここで前記第３のスクライブは機械的スクライブであり、第３の溝と第２の溝の間の間隔（図１における、第２の溝８０の右縁と第３の溝９０の左縁の間の距離）は４０μｍであり、前記上面電極層は厚さが約８００ｎｍのＡＺＯ透明導電膜であり、前記第３の溝の幅は約６０μｍである。
得られた薄膜太陽電池における第１の溝から第３の溝までの間の幅（図１における、第１の溝６０の左縁から第３の溝９０の右縁までの幅。以下同じ）は約１８０μｍである。
実施例２
本実施例２は薄膜太陽電池を提供する。当該薄膜太陽電池の製造方法は以下の通りである。
ａ）基板を提供し、基板上にマグネトロンスパッタ法で裏面電極層を形成する。その後、前記裏面電極層に第１のスクライブを施し、前記裏面電極層を貫通する第１の溝を複数形成する。
ここで前記基板の材料はガラス、前記裏面電極層は金属Ｍｏ層である。マグネトロンスパッタ法におけるパラメータに関しては、アルゴンガスをガス源とし、金属Ｍｏをターゲットとし、真空度を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした。前記第１のスクライブはレーザスクライブ、前記第１の溝の幅は約５０μｍである。
ｂ）マスクを提供し、マグネトロンスパッタ法によって前記第１の溝内にＳｉ３Ｎ４を材料とする絶縁部を形成する。
ｃ）絶縁部が形成された裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブを施し、前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成する。ここで前記第２のスクライブは機械的スクライブであり、前記第２の溝の幅は約７０μｍである。前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１は約１５μｍである。前記光吸収層は厚さが約３μｍのセレン化銅インジウムガリウムである。前記緩衝層は厚さが約８０ｎｍの硫化カドミウムである。
ｄ）緩衝層の表面に上面電極層を形成し、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させて、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とを貫通する第３の溝を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。ここで前記第３のスクライブは機械的スクライブであり、第３の溝と第２の溝の間の間隔は４０μｍであり、前記上面電極層は厚さが約３０μｍのＡＺＯ透明導電膜であり、前記第３の溝の幅は約７０μｍである。
実施例２の薄膜太陽電池の製造方法は実施例１のものと基本的に同一である。相違点は、前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１、及び第１の溝、第２の溝、第３の溝の幅である。
得られた薄膜太陽電池における第１の溝から第３の溝までの間の幅は約２１５μｍである。
実施例３
本実施例３は薄膜太陽電池を提供する。当該薄膜太陽電池の製造方法は以下の通りである。
ａ）基板を提供し、基板上にマグネトロンスパッタ法で裏面電極層を形成する。その後、前記裏面電極層に第１のスクライブを施し、前記裏面電極層を貫通する第１の溝を複数形成する。
ここで前記基板の材料はガラス、前記裏面電極層は金属Ｍｏ層である。マグネトロンスパッタ法におけるパラメータに関しては、アルゴンガスをガス源とし、金属Ｍｏをターゲットとし、真空度を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした。前記第１のスクライブはレーザスクライブ、前記第１の溝の幅は約４０μｍである。
ｂ）マスクを提供し、マグネトロンスパッタ法によって前記第１の溝内にＳｉ３Ｎ４を材料とする絶縁部を形成する。
ｃ）絶縁部が形成された裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブを施し、前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成する。ここで前記第２のスクライブは機械的スクライブであり、前記第２の溝の幅は約８０μｍである。前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１は約５μｍである。前記光吸収層は厚さが約３μｍのセレン化銅インジウムガリウムである。前記緩衝層は厚さが約８０ｎｍの硫化カドミウムである。
ｄ）緩衝層の表面に上面電極層を形成し、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させて、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とを貫通する第３の溝を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。ここで前記第３のスクライブは機械的スクライブであり、第３の溝と第２の溝の間の間隔は４０μｍであり、前記上面電極層は厚さが約３０μｍのＡＺＯ透明導電膜であり、前記第３の溝の幅は約８０μｍである。
実施例３の薄膜太陽電池の製造方法は実施例１のものと基本的に同一である。相違点は、前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１、及び第１の溝、第２の溝、第３の溝の幅である。
得られた薄膜太陽電池における第１の溝から第３の溝までの間の幅は約２３５μｍである。
実施例４
本実施例４は薄膜太陽電池を提供する。当該薄膜太陽電池の製造方法は以下の通りである。
ａ）基板を提供し、基板上にマグネトロンスパッタ法で裏面電極層を形成する。その後、前記裏面電極層に第１のスクライブを施し、前記裏面電極層を貫通する第１の溝を複数形成する。
ここで前記基板の材料はガラス、前記裏面電極層は金属Ｍｏ層である。マグネトロンスパッタ法におけるパラメータに関しては、アルゴンガスをガス源とし、金属Ｍｏをターゲットとし、真空度を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした。前記第１のスクライブはレーザスクライブ、前記第１の溝の幅は約４０μｍである。
ｂ）マスクを提供し、マグネトロンスパッタ法によって前記第１の溝内にＳｉ３Ｎ４を材料とする絶縁部を形成する。
ｃ）絶縁部が形成された裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブを施し、前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成する。ここで前記第２のスクライブは機械的スクライブであり、前記第２の溝の幅は約６０μｍである。前記絶縁部は前記第２の溝を介して露出しない（即ち、前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１は０である）。前記第２の溝と第１の溝の間隔は１０μｍである。前記光吸収層は厚さが約３μｍのセレン化銅インジウムガリウムである。前記緩衝層は厚さが約８０ｎｍの硫化カドミウムである。
ｄ）緩衝層の表面に上面電極層を形成し、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させて、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とを貫通する第３の溝を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。ここで前記第３のスクライブは機械的スクライブであり、第３の溝と第２の溝の間の間隔は４０μｍであり、前記上面電極層は厚さが約３０μｍのＡＺＯ透明導電膜であり、前記第３の溝の幅は約６０μｍである。
実施例４の薄膜太陽電池の製造方法は実施例１のものと基本的に同一である。相違点は、前記第１のスクライブの位置が第２のスクライブの位置と隔てられるということ、即ちステップｃ）における第２のスクライブの後、前記絶縁部が前記第２の溝を介して露出しないという点と、第１の溝の幅である。
得られた薄膜太陽電池における第１の溝から第３の溝までの間の幅は約２１０μｍである。
本願の薄膜太陽電池の卓越した性能をより分かりやすく説明するために、対比例をさらに提供する。
対比例
本対比例は薄膜太陽電池を提供する。当該薄膜太陽電池の製造方法は以下の通りである。
ａ）基板を提供し、基板上にマグネトロンスパッタ法で裏面電極層を形成する。その後、前記裏面電極層に第１のスクライブを施し、前記裏面電極層を貫通する第１の溝を複数形成する。
ここで前記基板の材料はガラス、前記裏面電極層は金属Ｍｏ層である。マグネトロンスパッタ法におけるパラメータに関しては、アルゴンガスをガス源とし、金属Ｍｏをターゲットとし、真空度を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした。前記第１のスクライブはレーザスクライブ、前記第１の溝の幅は約６０μｍである。
ｂ）第１の溝が形成された裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブを施し、前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成する。ここで前記第２のスクライブは機械的スクライブであり、前記第２の溝の幅は約６０μｍである。第２の溝と第１の溝の間の間隔は４０μｍである。前記光吸収層は厚さが約３μｍのセレン化銅インジウムガリウムである。前記緩衝層は厚さが約８０ｎｍの硫化カドミウムである。
ｃ）緩衝層の表面に上面電極層を形成し、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させて、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とを貫通する第３の溝を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。ここで前記第３のスクライブは機械的スクライブであり、前記上面電極層は厚さが約８００ｎｍのＡＺＯ透明導電膜であり、前記第３の溝の幅は約６０μｍであり、第３の溝と第２の溝の間の間隔は４０μｍである。
本対比例の薄膜太陽電池の製造方法は実施例４のものと基本的に同一である。相違点は、第１の溝内に絶縁部を形成するステップがなく、前記裏面電極層上に光吸収層が直接形成されるということ、即ち第１の溝内に充填されるのは光吸収層であるという点である。
得られた薄膜太陽電池における第１の溝から第３の溝までの間の幅（これが不感帯の幅を示す）は約２６０μｍである。したがって、実施例１との比較において対比例の不感帯部分の面積は大きい。上記実施例１〜実施例４から見て取れるように、それらの薄膜太陽電池は不感帯面積を大幅に低減することができるため、応用の際に光電変換効率を大幅に向上させることができる。
上述した３つの溝の幅は、実施する加工技術に応じて調整することができ、上述のサイズには限定されない。また、上述の実施例の各技術特徴は任意の組み合わせをなすことができる。説明を簡単にするために、上述の実施例における各技術特徴の可能な組み合わせをすべて説明しないが、これらの技術特徴の組み合わせに矛盾がない限りは本発明に記載の範囲であると判断されるべきである。
上記の実施例は本願のいくつかの実施の形態を示しただけにすぎず、その説明はやや具体的で詳細なものであるが、これにより本願の請求範囲が限定されると理解することはできない。当業者は、本願の思想を逸脱しないことを前提として若干の変更と改善をなすことができ、それらはみな本願の請求範囲に含まれる。したがって、本願の請求範囲は添付の請求項に準ずるものとする。
本願は２０１８年２月１日に中国特許庁に提出された、出願番号を２０１８１０１０２０７６．３とし、名称を「薄膜太陽電池モジュール」とする中国特許出願の優先権を主張し、当該中国特許出願のすべての内容を参照により援用する。
本願は、太陽電池技術分野に関し、特に薄膜太陽電池に関するものである。
薄膜太陽電池は「ソーラーチップ」又は「光電池」とも言い、太陽光を利用して直接発電する光電半導体素子である。
薄膜太陽電池の製造過程におけるステップの１つは、少なくとも３回のレーザ／機械的スクライブ加工（スクライブの順序に基づき、Ｐ１スクライブ、Ｐ２スクライブ、Ｐ３スクライブと命名する）を用いて薄膜太陽電池全体を複数の電池セルに分け、前記複数の電池セル間の直列接続又は並列接続を実現するというステップである。
本願の一部の実施例では、
基板と、前記基板上に設けられた複数の電池セルとを有し、前記複数の電池セルにおける各前記電池セルが、順に設けられた裏面電極層と光吸収層と緩衝層と上面電極層とを有する薄膜太陽電池において、前記複数の電池セルにおける任意の隣り合う２つの電池セルの裏面電極層の間に、前記裏面電極層を貫通する第１の溝が設けられ、前記第１の溝内に、隣り合う電池セルの裏面電極層の間が絶縁区画されるように絶縁部が充填され、前記複数の電池セルにおける各前記電池セルに、前記光吸収層及び前記緩衝層を貫通する第２の溝が設けられ、前記隣り合う２つの電池セルにおける１つの電池セルの前記上面電極層は、当該電池セルの前記緩衝層を覆って当該電池セルの前記第２の溝内まで延伸し、前記隣り合う２つの電池セルにおける他方の電池セルの裏面電極層に接触することで、前記隣り合う２つの電池セルを直列接続し、前記隣り合う２つの前記電池セルの間に第３の溝が設けられ、前記第３の溝は前記隣り合う２つの前記電池セルの上面電極層を絶縁区画する、薄膜太陽電池を提供する。
本願の一部の実施例では、基板に裏面電極層を形成するステップと、第１のスクライブ加工によって前記裏面電極層上に第１の溝を形成するステップと、前記第１の溝内に位置する絶縁部を形成するステップと、前記絶縁部が形成された前記裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブ加工を施し前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成するステップと、前記緩衝層の表面に上面電極層を形成して、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させることで、前記隣り合う２つの電池セルにおけるいずれか１つの電池セルの前記上面電極層を、前記隣り合う２つの電池セルにおける他方の隣り合う前記電池セルの裏面電極層に接触させるステップと、前記上面電極層と、緩衝層と、光吸収層に第３のスクライブ加工を施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層を貫通する第３の溝を形成するステップとを有する、薄膜太陽電池の製造方法をさらに提供する。
ここで説明する図面は、本願をさらに理解するために用いられるものであって、本願の一部を構成する。本願の概念的実施例及びその説明は本願を解釈するために用いられ、本願を不適切に限定するものではない。
本願に記載の薄膜太陽電池の構造模式図である。 本願に記載の薄膜太陽電池の製造工程の模式図である。
以下では、本願の実施の形態における技術案について明確、且つ十全に説明する。ここで説明する実施の形態は本願の実施の形態の一部に過ぎず、すべての実施の形態ではないということは言うまでもない。本願における実施の形態に基づき当業者が創造力を働かせずに得られる他の実施の形態は、みな本願の請求範囲に含まれる。
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３スクライブ加工は複数の直列接続／並列接続された電池セルを形成できるが、薄膜太陽電池上に光電変換ができない領域（Ｐ１〜Ｐ３スクライブラインの位置と隣り合うスクライブラインとの間の区画された領域）、即ち薄膜太陽電池におけるいわゆる「不感帯」が生じてしまう。
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３スクライブ工程は、レーザ又は機械的スクライブによって実現されるものであって、従来のスクライブ加工技術のレベルとコストコントロールといった条件の制限を受ける。Ｐ１〜Ｐ３スクライブラインの幅と精度は著しく改善することが困難であり、不感帯の面積を効果的に削減できないことが最終的に薄膜太陽電池の光変換効率に影響を及ぼす。
図１を参照すると、本願の一部の実施例では薄膜太陽電池を提供する。前記薄膜太陽電池は、基板１０と、前記基板１０上に設けられた複数の電池セルとを有する。複数の電池セルにおける各前記電池セルは、順に設けられた裏面電極層２０と光吸収層３０と緩衝層４０と上面電極層５０とを有する。隣り合う２つの前記電池セルの裏面電極層２０の間に、前記裏面電極層２０を貫通する第１の溝６０が設けられる。前記第１の溝６０内に、隣り合う２つの電池セルの裏面電極層２０の間が絶縁区画されるように絶縁部７０が充填される。各前記電池セルに、前記光吸収層３０及び前記緩衝層４０を貫通する第２の溝８０が設けられる。前記上面電極層５０は、前記緩衝層４０を覆って前記第２の溝８０まで延伸し、隣り合う他方の前記電池セルの裏面電極層２０に接触することで、当該隣り合う他方の電池セルと直列接続される。隣り合う２つの電池セルの間に第３の溝９０が設けられ、前記第３の溝９０は前記隣り合う２つの電池セルの上面電極層５０を絶縁区画する。
前記薄膜太陽電池の利点は、第１の溝内に絶縁部を設け、即ち、複数の電池セルにおける裏面電極層を、絶縁部を介して区画されるように設けることで、絶縁部の表面の一部の上方に第２の溝を設けることと、前記絶縁部を前記第２の溝を介して露出させることを可能としたことである。第２の溝の位置と第1の溝の位置の間隔が縮小するため不感帯の面積が大幅に低減し、これにより前記薄膜太陽電池モジュールの変換効率が大幅に向上する。
本願の一部の実施例では、薄膜太陽電池における第１のスクライブライン（即ち、Ｐ１スクライブ）の位置に絶縁部が設けられる。即ち、複数の電池セルにおける裏面電極層を、絶縁部を介して区画されるように設けることで、絶縁部の表面の一部に第２のスクライブ（即ちＰ２スクライブ）を施せるようにしてあり、ひいては不感帯の面積を低減することができる。
当該薄膜太陽電池に対応する製造方法では、第１のスクライブ加工によって第１の溝を形成でき、マスクによって第１の溝内に絶縁部を形成することで、前記絶縁部の表面の一部に第２のスクライブ加工を施せるようにしている。第１のスクライブラインの位置と第２のスクライブラインの位置の間隔が縮小するため、不感帯の面積が大幅に低減される。当該方法には工程が簡便であり効率が高く制御性があるという利点もある。
図１に示すように、以下では薄膜太陽電池における隣り合う第１の電池セル１００及び第２の電池セル２００を例とし、前記薄膜太陽電池の構造について説明する。
前記第１の電池セル１００と第２の電池セル２００は隣り合っており、且つ構造も同じである。即ち、第１の電池セル１００と第２の電池セル２００は実際には構造が一致する重複した電池セルであって、隣り合う２つの電池セル内の各素子の関係をより分かりやすく説明するために特別に異なる名づけをしたにすぎない。前記第１の電池セル１００は、順に設けられた第１の裏面電極層２１と第１の光吸収層３１と第１の緩衝層４１と第１の上面電極層５１とを有する。前記第２の電池セル２００は、順に設けられた第２の裏面電極層２２と第２の光吸収層３２と第２の緩衝層４２と第２の上面電極層５２とを有する。前記第１の電池セル１００及び前記第２の電池セル２００は、前記基板１０を共有する。第１の裏面電極層２１と第２の裏面電極層２２は絶縁部７０によって互いに隔てられる。図２を参照されたい。前記第１の光吸収層３１及び第１の緩衝層４１は、前記第１の光吸収層３１及び第１の緩衝層４１の厚さ方向に沿い第１の光吸収層３１及び第１の緩衝層４１を貫通する第２の溝８０を備える。前記第１の上面電極層５１は前記第１の緩衝層４１を覆って当該第２の溝８０内まで延伸し、第２の裏面電極層２２の一部を覆うことで、第２の裏面電極層２２と電気的に接続する。即ち、第２の溝８０の底部において第２の裏面電極層２２の一部を露出し、前記第２の溝８０底部に延伸する第１の上面電極層５１は、前記第２の裏面電極層２２の一部を覆って接触し、第１の電池セル１００と第２の電池セル２００を電気的に接続して直列接続を実現する。
本願の一部の実施例では、前記第１の上面電極層５１が第２の溝８０内の部分まで延伸して前記絶縁部７０を覆っている一方で、本願の別の実施例では、前記第１の上面電極層５１が第２の溝８０内の部分まで延伸するが前記絶縁部７０を覆わない。即ち、本願の一部の実施例において、前記第２の溝８０は第１のスクライブ（Ｐ１スクライブ）で形成される第１の溝６０と重なってもよく、重ならなくてもよい。
本願の一部の実施例では、前記第２の溝８０の底部が、隣り合う他方の電池セルの裏面電極層と前記絶縁部７０の境界に位置し、前記第２の溝８０内に位置する上面電極層が絶縁部の一部及び隣り合う他方の電池セルの裏面電極層の一部を覆う。図１を参照されたい。言い換えれば、前記第１の上面電極層５１が前記第１の緩衝層４１を覆って前記第２の溝８０まで延伸し、第２の裏面電極層２２の一部及び絶縁部７０の一部を覆う。この時、前記第１の上面電極層５１を前記第２の溝８０に延伸させた部分における、前記絶縁部７０と重なる領域の幅をｄ１で表す。前記絶縁部の幅はｍで表す。本願の一部の実施例において、ｍ及びｄ１は、ｍ＞ｄ１＞０という条件を満たす。ｍ＞ｄ１と限定する必要があるのは、前記第１の上面電極層５１が前記第２の溝８０まで延伸した部分が第１の裏面電極層２１と接触して短絡するのを避けるためである。一部の実施例において、ｍ及びｄ１はｍ−ｄ１≧３０μｍという条件を満たし、このような短絡をより確実に避けられるようにしている。
前記絶縁部７０は、第１の裏面電極層２１と第２の裏面電極層２２を隔てて絶縁することで、第１の電池セル１００と第２の電池セル２００の間の相対的な独立性を実現する。本願の一部の実施例において、前記絶縁部７０の幅ｍは３０μｍ≦ｍ≦６０μｍという条件を満たし、絶縁効果をより良好に実現している。本願の一部の実施例において、前記絶縁部７０の幅ｍは、約３０μｍ以上、約６０μｍ以下という条件を満たす。
本願の一部の実施例において、前記絶縁部７０はマスク蒸着方式を用いて前記第１の溝６０に充填される。
本願の一部の実施例において、前記絶縁部７０の材料は、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちの少なくとも１つを含む。例えば、前記絶縁部７０の材料はＳｉ３Ｎ４である。本願の別の実施例において、前記絶縁部７０の材料は、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちの少なくとも複数である。例えば、前記絶縁部７０の材料はＳｉ３Ｎ４とＳｉＯ２との複合膜層である。
前記第２の溝８０の幅は任意である。本願の一部の実施例では、第２の溝８０の幅を５０μｍ〜８０μｍとすることで、より良好に電極と接続して不感帯を縮小することを可能にしている。本願の一部の実施例において、第２の溝８０の幅は約５０μｍ〜約８０μｍである。
本願の一部の実施例において、前記第１の電池セル１００と前記第２の電池セル２００は第３の溝９０によって区画される。前記第３の溝９０は第１の上面電極層５１と第２の上面電極層５２とを仕切り、第１の緩衝層４１と第２の緩衝層４２とを仕切り、第１の光吸収層３１と第２の光吸収層３２とを仕切る。
本願の一部の実施例において、第３の溝９０の幅は５０μｍ〜８０μｍ、又は約５０μｍ〜約８０μｍである。
前記第３の溝９０は前記絶縁部と連携し、前記第１の電池セル１００と前記第２の電池セルの間の「相対的な独立」を実現する。「相対的な独立」と述べたのは、前記第２の溝８０における第１の上面電極層５１によって前記第１の電池セル１００と第２の電池セル２００の間の直列接続を実現できるためである。
前記基板１０の材料については限定せず、ガラスやステンレス、可撓性材料とすることができる。前記基板１０の厚さについても限定しない。前記基板１０は太陽電池を搭載するという役割を果たす。
前記背面電極層２０の材料は、金属Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ又は透明導電層とすることができる。透明導電層は、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ホウ素をドープした酸化亜鉛（ＢＺＯ）、インジウムをドープした酸化スズ（ＩＴＯ）のうちの１つ又は複数を含む。前記裏面電極層２０の厚さについては限定しないが、本願の一部の実施例において、前記裏面電極層２０の厚さは２００ｎｍ〜８００ｎｍである。本願の一部の実施例において、絶縁部７０の厚さは前記裏面電極層２０の厚さと同一である。本願の別の実施例では、短絡の形成を効果的に防止するために、絶縁部７０の厚さは裏面電極層２０の厚さを上回ってもよいとしている。
前記光吸収層３０の材料は、銅インジウムガリウムセレン、銅インジウムセレン、銅インジウム硫黄のうちの１つである。前記光吸収層３０の厚さについては限定しないが、本願の一部の実施例において、前記光吸収層３０の厚さは０．５μｍ〜３μｍである。
前記緩衝層４０の材料は、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化インジウムのうちの１つである。前記緩衝層４０の厚さについては限定しないが、本願の一部の実施例において、前記緩衝層４０の厚さは３０ｎｍ〜１００ｎｍである。
前記上面電極層５０の材料は、透明導電層ＡＺＯ、ＢＺＯ、ＩＴＯのうちの１つである。前記上面電極層５０の厚さについては限定しないが、本願の一部の実施例において、前記上面電極層５０の厚さは１００ｎｍ〜１μｍである。
本願の一部の実施例では、層と層の間を密接に結合させて光吸収と変換に有利に働くようにするために、電極層、光吸収層、緩衝層、上面電極層のうちの任意の二層の間に酸化亜鉛層、酸化亜鉛マグネシウム層など他の機能層が追加される。
図２を参照されたい。本願の実施例は薄膜太陽電池の製造方法をさらに提供する。当該方法は以下のステップを含む。
ａ）基板１０を提供し、前記基板１０上に裏面電極層２０を形成し、また前記裏面電極層２０に第１のスクライブを施して前記裏面電極層２０を貫通する第１の溝６０を複数形成する。
ｂ）前記第１の溝６０内に絶縁部７０を形成する。
ｃ）絶縁部７０が形成された裏面電極層２０の表面に光吸収層３０及び緩衝層４０を順に形成して、前記光吸収層３０及び緩衝層４０に第２のスクライブを施し、前記光吸収層３０及び緩衝層４０を貫通する第２の溝８０を形成する。
ｄ）緩衝層４０の表面に上面電極層５０を形成し、前記上面電極層５０を第２の溝８０まで延伸させて、前記上面電極層５０と緩衝層４０と光吸収層３０とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層５０と緩衝層４０と光吸収層３０とを貫通する第３の溝９０を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。
ステップａ）において、前記裏面電極層２０を形成する方法は化学気相成長法、マグネトロンスパッタ法、原子層蒸着法などをとることができる。前記裏面電極層２０は第１のスクライブを経た後、第１の裏面電極層２１及び第２の裏面電極層２２などに類似する互いに隔てられた「サブ裏面電極層」を複数形成することができる。当該「サブ裏面電極層」は、即ち、図１に例示した第１の裏面電極層２１及び第２の裏面電極層２２である。このほか、ステップｃ）及びｄ）における第２のスクライブ及び第３のスクライブは、即ち、光吸収層３０と緩衝層４０と上面電極層５０とをスクライブして、相対的に独立し且つ直列接続された電池セルを形成するという手順である。図１に示す第１の電池セル１００及び第２の電池セル２００は、隣り合う２つの電池セル内の各素子間の関係をより分かりやすく説明するために特別に異なる名づけをしたにすぎず、実際には、第１の電池セル１００と第２の電池セル２００、及びその中の対応する素子の構造は同一である。
以下、前記光吸収層３０の説明に関しては前記第１の光吸収層３１及び第２の光吸収層３２の説明を参照されたい。前記緩衝層４０の説明に関しては前記第１の緩衝層４１及び第２の緩衝層４２の説明を参照されたい。前記上面電極層５０の説明に関しては前記第１の上面電極層５１及び第２の上面電極層５２の説明を参照されたい。よって、ここでは改めて説明しない。
ステップｂ）ではマスク（図示しない）を提供し、前記マスクによって前記第１の溝６０内に絶縁部７０を形成する。絶縁部７０を形成する方法は、マグネトロンスパッタ法、スピンコート法、スプレー法、化学気相成長法のうちのいずれか１つをとることができる。なお、スピンコート法及びスプレー法の過程は、絶縁材料をエタノール、水などの溶剤に混合して混合物を得、その後当該混合物をスピンコート又はスプレー加工し、乾燥させて絶縁部７０を得るというものである。一部の実施例では、マグネトロンスパッタ法を用いて前記絶縁部７０を形成する。
ステップｃ）では、前記光吸収層３０及び緩衝層４０に第２のスクライブを施し前記第２の溝８０を形成する。当該第２のスクライブで形成された第２の溝８０は、第１のスクライブで形成された第１の溝６０の一部と重なってもよく、第１の溝６０と互いに隔てられる状態、即ち重ならなくてもよい。本願の一部の実施例では、前記第２の溝８０は第１の溝６０と一部重なっており、即ち第２の溝８０を介して前記絶縁部７０の表面の一部が露出されている。
前記絶縁部７０の幅はｍで表示され、前記絶縁部７０が前記第２の溝８０を介して一部露出する領域の幅はｄ１で表示される。本願の一部の実施例において、前記絶縁部７０の幅ｍはｄ１より大きい。例を挙げればｍ−ｄ１≧３０μｍである。
ステップａ）、ステップｃ）、ステップｄ）において、第１のスクライブ、第２のスクライブ、第３のスクライブは機械的スクライブ又はレーザスクライブで実現される。本願の一部の実施例において、前記第１のスクライブの方法をレーザスクライブとし、第２のスクライブ及び第３のスクライブを機械的スクライブとしている。それにより形成された第１の溝６０、前記第２の溝８０、第３の溝９０の開口の幅については限定しないが、本願の一部の実施例では、前記第２の溝８０及び第３の溝９０の幅を６０μｍ〜８０μｍとすることができる。例を挙げれば、前記第２の溝８０と第３の溝９０の間の間隔は≧３０μｍである。
前記薄膜太陽電池及びその製造方法は以下の利点を備える。
第１のスクライブで形成される第１の溝６０内に絶縁部７０を設け、即ち、複数の電池セルにおける裏面電極層を、絶縁部７０を介して区画されるように設けることで、絶縁部７０の表面の一部の上方に第２のスクライブを施せるようにしている。第２のスクライブにより第２の溝８０が形成されることで、前記絶縁部を前記第２の溝８０を介して一部露出させることが可能になる。第２のスクライブの位置と第１のスクライブの位置の間隔が縮小するため不感帯の面積が大幅に低減し、これにより前記薄膜太陽電池モジュールの変換効率が大幅に向上する。
当該製造方法では、マスクによって第１の溝６０内に絶縁部７０を形成し、前記絶縁部７０の表面の一部に第２のスクライブを施すことができる。当該方法には工程が簡便であり効率が高く制御性があるという利点がある。
以下では、下記の実施例により前記薄膜太陽電池及びその製造方法についてさらに説明する。
実施例１
本実施例１は薄膜太陽電池を提供する。当該薄膜太陽電池の製造方法は以下の通りである。
ａ）基板を提供し、基板上にマグネトロンスパッタ法で裏面電極層を形成する。その後、前記裏面電極層に第１のスクライブを施し、前記裏面電極層を貫通する第１の溝を複数形成する。
一部の実施例において、前記基板の材料はガラス、前記裏面電極層は金属Ｍｏ層である。マグネトロンスパッタ法におけるパラメータに関しては、アルゴンガスをガス源とし、金属Ｍｏをターゲットとし、真空度を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした。前記第１のスクライブはレーザスクライブ、前記第１の溝の幅は約６０μｍである。
ｂ）マスクを提供し、マグネトロンスパッタ法によって前記第１の溝内にＳｉ３Ｎ４を材料とする絶縁部を形成する。
ｃ）絶縁部が形成された裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブを施し、前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成する。ここで前記第２のスクライブは機械的スクライブであり、前記第２の溝の幅は約５０μｍである。前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１は約３０μｍである。前記光吸収層は厚さが約３μｍのセレン化銅インジウムガリウムである。前記緩衝層は厚さが約８０ｎｍの硫化カドミウムである。
ｄ）緩衝層の表面に上面電極層を形成し、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させて、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とを貫通する第３の溝を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。ここで前記第３のスクライブは機械的スクライブであり、第３の溝と第２の溝の間の間隔（図１における、第２の溝８０の右縁と第３の溝９０の左縁の間の距離）は４０μｍであり、前記上面電極層は厚さが約８００ｎｍのＡＺＯ透明導電膜であり、前記第３の溝の幅は約６０μｍである。
得られた薄膜太陽電池における第１の溝から第３の溝までの間の幅（図１における、第１の溝６０の左縁から第３の溝９０の右縁までの幅。以下同じ）は約１８０μｍである。
実施例２
本実施例２は薄膜太陽電池を提供する。当該薄膜太陽電池の製造方法は以下の通りである。
ａ）基板を提供し、基板上にマグネトロンスパッタ法で裏面電極層を形成する。その後、前記裏面電極層に第１のスクライブを施し、前記裏面電極層を貫通する第１の溝を複数形成する。
ここで前記基板の材料はガラス、前記裏面電極層は金属Ｍｏ層である。マグネトロンスパッタ法におけるパラメータに関しては、アルゴンガスをガス源とし、金属Ｍｏをターゲットとし、真空度を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした。前記第１のスクライブはレーザスクライブ、前記第１の溝の幅は約５０μｍである。
ｂ）マスクを提供し、マグネトロンスパッタ法によって前記第１の溝内にＳｉ３Ｎ４を材料とする絶縁部を形成する。
ｃ）絶縁部が形成された裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブを施し、前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成する。ここで前記第２のスクライブは機械的スクライブであり、前記第２の溝の幅は約７０μｍである。前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１は約１５μｍである。前記光吸収層は厚さが約３μｍのセレン化銅インジウムガリウムである。前記緩衝層は厚さが約８０ｎｍの硫化カドミウムである。
ｄ）緩衝層の表面に上面電極層を形成し、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させて、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とを貫通する第３の溝を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。ここで前記第３のスクライブは機械的スクライブであり、第３の溝と第２の溝の間の間隔は４０μｍであり、前記上面電極層は厚さが約３０μｍのＡＺＯ透明導電膜であり、前記第３の溝の幅は約７０μｍである。
実施例２の薄膜太陽電池の製造方法は実施例１のものと基本的に同一である。相違点は、前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１、及び第１の溝、第２の溝、第３の溝の幅である。
得られた薄膜太陽電池における第１の溝から第３の溝までの間の幅は約２１５μｍである。
実施例３
本実施例３は薄膜太陽電池を提供する。当該薄膜太陽電池の製造方法は以下の通りである。
ａ）基板を提供し、基板上にマグネトロンスパッタ法で裏面電極層を形成する。その後、前記裏面電極層に第１のスクライブを施し、前記裏面電極層を貫通する第１の溝を複数形成する。
ここで前記基板の材料はガラス、前記裏面電極層は金属Ｍｏ層である。マグネトロンスパッタ法におけるパラメータに関しては、アルゴンガスをガス源とし、金属Ｍｏをターゲットとし、真空度を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした。前記第１のスクライブはレーザスクライブ、前記第１の溝の幅は約４０μｍである。
ｂ）マスクを提供し、マグネトロンスパッタ法によって前記第１の溝内にＳｉ３Ｎ４を材料とする絶縁部を形成する。
ｃ）絶縁部が形成された裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブを施し、前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成する。ここで前記第２のスクライブは機械的スクライブであり、前記第２の溝の幅は約８０μｍである。前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１は約５μｍである。前記光吸収層は厚さが約３μｍのセレン化銅インジウムガリウムである。前記緩衝層は厚さが約８０ｎｍの硫化カドミウムである。
ｄ）緩衝層の表面に上面電極層を形成し、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させて、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とを貫通する第３の溝を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。ここで前記第３のスクライブは機械的スクライブであり、第３の溝と第２の溝の間の間隔は４０μｍであり、前記上面電極層は厚さが約３０μｍのＡＺＯ透明導電膜であり、前記第３の溝の幅は約８０μｍである。
実施例３の薄膜太陽電池の製造方法は実施例１のものと基本的に同一である。相違点は、前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１、及び第１の溝、第２の溝、第３の溝の幅である。
得られた薄膜太陽電池における第１の溝から第３の溝までの間の幅は約２３５μｍである。
実施例４
本実施例４は薄膜太陽電池を提供する。当該薄膜太陽電池の製造方法は以下の通りである。
ａ）基板を提供し、基板上にマグネトロンスパッタ法で裏面電極層を形成する。その後、前記裏面電極層に第１のスクライブを施し、前記裏面電極層を貫通する第１の溝を複数形成する。
ここで前記基板の材料はガラス、前記裏面電極層は金属Ｍｏ層である。マグネトロンスパッタ法におけるパラメータに関しては、アルゴンガスをガス源とし、金属Ｍｏをターゲットとし、真空度を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした。前記第１のスクライブはレーザスクライブ、前記第１の溝の幅は約４０μｍである。
ｂ）マスクを提供し、マグネトロンスパッタ法によって前記第１の溝内にＳｉ３Ｎ４を材料とする絶縁部を形成する。
ｃ）絶縁部が形成された裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブを施し、前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成する。ここで前記第２のスクライブは機械的スクライブであり、前記第２の溝の幅は約６０μｍである。前記絶縁部は前記第２の溝を介して露出しない（即ち、前記絶縁部が前記第２の溝を介して一部露出する領域の幅ｄ１は０である）。前記第２の溝と第１の溝の間隔は１０μｍである。前記光吸収層は厚さが約３μｍのセレン化銅インジウムガリウムである。前記緩衝層は厚さが約８０ｎｍの硫化カドミウムである。
ｄ）緩衝層の表面に上面電極層を形成し、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させて、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とを貫通する第３の溝を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。ここで前記第３のスクライブは機械的スクライブであり、第３の溝と第２の溝の間の間隔は４０μｍであり、前記上面電極層は厚さが約３０μｍのＡＺＯ透明導電膜であり、前記第３の溝の幅は約６０μｍである。
実施例４の薄膜太陽電池の製造方法は実施例１のものと基本的に同一である。相違点は、前記第１のスクライブの位置が第２のスクライブの位置と隔てられるということ、即ちステップｃ）における第２のスクライブの後、前記絶縁部が前記第２の溝を介して露出しないという点と、第１の溝の幅である。
得られた薄膜太陽電池における第１の溝から第３の溝までの間の幅は約２１０μｍである。
本願の薄膜太陽電池の卓越した性能をより分かりやすく説明するために、対比例をさらに提供する。
対比例
本対比例は薄膜太陽電池を提供する。当該薄膜太陽電池の製造方法は以下の通りである。
ａ）基板を提供し、基板上にマグネトロンスパッタ法で裏面電極層を形成する。その後、前記裏面電極層に第１のスクライブを施し、前記裏面電極層を貫通する第１の溝を複数形成する。
ここで前記基板の材料はガラス、前記裏面電極層は金属Ｍｏ層である。マグネトロンスパッタ法におけるパラメータに関しては、アルゴンガスをガス源とし、金属Ｍｏをターゲットとし、真空度を０．１Ｐａ〜０．７Ｐａとした。前記第１のスクライブはレーザスクライブ、前記第１の溝の幅は約６０μｍである。
ｂ）第１の溝が形成された裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブを施し、前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成する。ここで前記第２のスクライブは機械的スクライブであり、前記第２の溝の幅は約６０μｍである。第２の溝と第１の溝の間の間隔は４０μｍである。前記光吸収層は厚さが約３μｍのセレン化銅インジウムガリウムである。前記緩衝層は厚さが約８０ｎｍの硫化カドミウムである。
ｃ）緩衝層の表面に上面電極層を形成し、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させて、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とに第３のスクライブを施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層とを貫通する第３の溝を形成して、複数の直列接続された電気セルを得る。ここで前記第３のスクライブは機械的スクライブであり、前記上面電極層は厚さが約８００ｎｍのＡＺＯ透明導電膜であり、前記第３の溝の幅は約６０μｍであり、第３の溝と第２の溝の間の間隔は４０μｍである。
本対比例の薄膜太陽電池の製造方法は実施例４のものと基本的に同一である。相違点は、第１の溝内に絶縁部を形成するステップがなく、前記裏面電極層上に光吸収層が直接形成されるということ、即ち第１の溝内に充填されるのは光吸収層であるという点である。
得られた薄膜太陽電池における第１の溝から第３の溝までの間の幅（これが不感帯の幅を示す）は約２６０μｍである。したがって、実施例１との比較において対比例の不感帯部分の面積は大きい。上記実施例１〜実施例４から見て取れるように、それらの薄膜太陽電池は不感帯面積を大幅に低減することができるため、応用の際に光電変換効率を大幅に向上させることができる。
上述した３つの溝の幅は、実施する加工技術に応じて調整することができ、上述のサイズには限定されない。また、上述の実施例の各技術特徴は任意の組み合わせをなすことができる。説明を簡単にするために、上述の実施例における各技術特徴の可能な組み合わせをすべて説明しないが、これらの技術特徴の組み合わせに矛盾がない限りは本発明に記載の範囲であると判断されるべきである。
上記の実施例は本願のいくつかの実施の形態を示しただけにすぎず、その説明はやや具体的で詳細なものであるが、これにより本願の請求範囲が限定されると理解することはできない。当業者は、本願の思想を逸脱しないことを前提として若干の変更と改善をなすことができ、それらはみな本願の請求範囲に含まれる。したがって、本願の請求範囲は添付の請求項に準ずるものとする。

Claims (15)

  1. 基板と、前記基板上に設けられた複数の電池セルとを有し、前記複数の電池セルにおける各電池セルが、順に設けられた裏面電極層と光吸収層と緩衝層と上面電極層とを有する薄膜太陽電池において、
    前記複数の電池セルにおける任意の隣り合う２つの電池セルの裏面電極層の間に、前記裏面電極層を貫通する第１の溝が設けられ、前記第１の溝内に、前記隣り合う２つの電池セルの裏面電極層の間が絶縁区画されるように絶縁部が充填され、
    前記複数の電池セルにおける各電池セルに、前記光吸収層及び前記緩衝層を貫通する第２の溝が設けられ、前記隣り合う２つの電池セルにおけるいずれか１つの電池セルの前記上面電極層は、当該電池セルの前記緩衝層を覆って当該電池セルの前記第２の溝内まで延伸し、前記隣り合う２つの電池セルにおける他方の電池セルの裏面電極層に接触することで、前記隣り合う２つの電池セルを直列接続し、
    前記隣り合う２つの電池セルの間に第３の溝が設けられ、前記第３の溝は前記隣り合う２つの電池セルの上面電極層を絶縁区画する、薄膜太陽電池。
  2. 前記第３の溝が、前記隣り合う２つの前記電池セルの上面電極層と、緩衝層と、光吸収層とを貫通して区画する、請求項１に記載の薄膜太陽電池。
  3. 前記絶縁部がマスク蒸着方式を用いて前記第１の溝に充填される、請求項１に記載の薄膜太陽電池。
  4. 前記絶縁部の材料が、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちの少なくとも１つ又は複数である、請求項１又は３に記載の薄膜太陽電池。
  5. 前記隣り合う２つの電池セルが第１の電池セルと第２の電池セルとを有し、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルの間の第１の溝内に第１の絶縁部が充填され、
    前記第１の電池セルに、前記第１の電池セルの光吸収層及び前記緩衝層を貫通する第２の溝が設けられ、前記第１の絶縁部の一部及び前記第２の電池セルの裏面電極層の一部が、前記第１の電池セルの第２の溝の底部から露出し、
    前記第１の電池セルの第２の溝内に位置する上面電極層が、前記第１の絶縁部の一部及び前記第２の電池セルの裏面電極層の一部を覆う、請求項１に記載の薄膜太陽電池。
  6. 前記第１の電池セルの上面電極層が前記第１の電池セルの第２の溝まで延伸した部分が前記第１の絶縁部と重なる領域の幅がｄ１であると定義し、前記第１の絶縁部の幅がｍであり、ｍ及びｄ１がｍ＞ｄ１＞０という条件を満たす、請求項５に記載の薄膜太陽電池。
  7. 前記薄膜太陽電池が少なくとも１つの酸化亜鉛層をさらに含み、前記酸化亜鉛層が前記裏面電極層と光吸収層の間、又は光吸収層と緩衝層の間、又は緩衝層と上面電極層の間に設けられる、請求項１に記載の薄膜太陽電池。
  8. 前記第２の溝及び第３の溝の幅がいずれも５０μｍ〜８０μｍであるか、又は、
    前記第２の溝及び第３の溝の幅がいずれも約５０μｍ〜約８０μｍである、請求項１に記載の薄膜太陽電池。
  9. 前記絶縁部の厚さが前記裏面電極層の厚さ以上である、請求項１に記載の薄膜太陽電池。
  10. 前記光吸収層の材料が銅インジウムガリウムセレン、銅インジウムセレン、銅インジウムガリウム硫黄のうちのいずれか１つである、請求項１に記載の薄膜太陽電池。
  11. 基板に裏面電極層を形成するステップと、
    第１のスクライブ加工によって前記裏面電極層上に第１の溝を形成するステップと、
    前記第１の溝内に位置する絶縁部を形成するステップと、
    前記絶縁部が形成された前記裏面電極層の表面に光吸収層及び緩衝層を順に形成して、前記光吸収層及び緩衝層に第２のスクライブ加工を施し前記光吸収層及び緩衝層を貫通する第２の溝を形成するステップと、
    前記緩衝層の表面に上面電極層を形成して、前記上面電極層を第２の溝まで延伸させることで、前記隣り合う２つの電池セルにおけるいずれか１つの電池セルの前記上面電極層を、前記隣り合う２つの電池セルにおける他方の隣り合う前記電池セルの裏面電極層に接触させるステップと、
    前記上面電極層と緩衝層と光吸収層に第３のスクライブ加工を施し、前記上面電極層と緩衝層と光吸収層を貫通する第３の溝を形成するステップとを有する、薄膜太陽電池の製造方法。
  12. 前記第２のスクライブ加工で形成される第２の溝が、前記第１のスクライブ加工で形成される第１の溝と部分的に重なる、請求項１１に記載の製造方法。
  13. 前記第１のスクライブ加工はレーザスクライブであって、第２のスクライブ加工及び第３のスクライブ加工はいずれも機械的スクライブである、請求項１１に記載の製造方法。
  14. マグネトロンスパッタ法、スピンコート法、スプレー法又は化学気相成長法のうちのいずれか１つにより前記絶縁部を形成する、請求項１１に記載の製造方法。
  15. マスク蒸着方式を用いて前記第１の溝内に前記絶縁部を形成する、請求項１１に記載の製造方法。
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