TW201322464A - 太陽能電池模組及其製造方法 - Google Patents

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Ming-Hung Lin
Yao-Tsang Tsai
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Abstract

一種太陽能電池模組包含一基板、複數個條狀金屬電極層、複數個條狀光電轉換層、複數個條狀透光電極層及複數個電極線。該等條狀金屬電極層沿第一方向間隔形成於該基板上。該等條狀光電轉換層沿第一方向分別形成於相對應之條狀金屬電極層及該基板上。該等條狀透光電極層沿第一方向分別形成於相對應之條狀金屬電極層及條狀光電轉換層上，該等條狀金屬電極層與該等條狀透光電極層沿第二方向互相串聯。該等電極線沿第二方向間隔形成於每一條狀透光電極層上或每一條狀光電轉換層與每一條狀透光電極層之間。

Description

太陽能電池模組及其製造方法
本發明關於一種太陽能電池模組及其製造方法，尤指一種利用電極線以收集電流之薄膜太陽能電池模組及其製造方法。
請參閱第1圖，其為先前技術之一太陽能電池模組10之部分示意圖。傳統的太陽能電池模組10包含有一基板12，複數個導電層14，複數個光電轉換層16，以及複數個電極層18。傳統太陽能電池模組10的製造方法係先將導電層14形成於基板12，接著移除部分導電層14以露出部分基板12；再來將光電轉換層16形成於基板12與導電層14上，並接著移除部分光電轉換層16以露出部分導電層14；最後將電極層18形成於導電層14與光電轉換層16上，並接著移除部分電極層18以及部分光電轉換層16以露出部分導電層14，藉此，傳統的太陽能電池模組10係可利用每一電極層18與相對應導電層14接觸以形成電性連接，也就是說，太陽能電池模組10可視為由複數個太陽能電池11互相串聯所組成，藉以產生較大的電壓。
然而藉由雷射與機械劃線所刻畫出的面積為無效區，亦即太陽能模組10具有愈多的刻畫區將會減少光能的吸收量與電能的產出量，故此設計會限制太陽能電池模組10的光電轉換效率。雖然可利用增加每一太陽能電池11的寬度以減少刻畫區之面積的方式來解決上述問題，但是這種方式會額外造成電極層18之電阻值上升，進而導致太陽能電池模組10之整體光電轉換效率下降的問題。此時，若是進一步地採用增加電極層18之厚度的方式來降低其整體電阻值，則又會降低電極層18之穿透率，從而影響到太陽能電池模組10之整體光電轉換效率。因此，如何設計出一具有較佳光電轉換效率之太陽能電池模組即為現今太陽能產業所需努力之重要課題。
因此，本發明之目的之一在於提供一種利用電極線以收集電流之太陽能電池模組及其製造方法，藉以解決上述之問題。
本發明係揭露一種太陽能電池模組，包含一基板、複數個條狀金屬電極層、複數個條狀光電轉換層、複數個條狀透光電極層，以及複數個電極線。該複數個條狀金屬電極層沿一第一方向間隔形成於該基板上。該複數個條狀光電轉換層沿該第一方向分別形成於相對應之條狀金屬電極層以及該基板上。該複數個條狀透光電極層沿該第一方向分別形成於相對應之條狀金屬電極層以及相對應之條狀光電轉換層上。該複數個條狀金屬電極層與該複數個條狀透光電極層沿一第二方向互相串聯。該複數個電極線沿該第二方向間隔形成於每一條狀透光電極層上或每一條狀光電轉換層與每一條狀透光電極層之間。
本發明另揭露一種用來製造太陽能電池模組的方法，包含形成一金屬電極層於一基板上、沿一第一方向移除部分金屬電極層以形成間隔排列之複數個條狀金屬電極層於該基板上、形成一光電轉換層在每一條狀金屬電極層以及該基板上、沿該第一方向移除部分光電轉換層以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層，藉以露出每一條狀金屬電極層之一部分、形成一透光電極層於每一條狀光電轉換層以及每一條狀金屬電極層上、沿一第二方向形成間隔排列之複數個電極線在該透光電極層上，以及沿該第一方向移除部分電極線、部分透光電極層以及每一條狀光電轉換層之一部分以形成間隔排列之複數個條狀透光電極層且露出每一條狀金屬電極層之一部分，以使該複數個條狀金屬電極層與該複數個條狀透光電極層沿該第二方向互相串聯。
本發明另揭露一種用來製造太陽能電池模組的方法，包含形成一金屬電極層於一基板上、沿一第一方向移除部分金屬電極層以形成間隔排列之複數個條狀金屬電極層於該基板上、形成一光電轉換層在每一條狀金屬電極層以及該基板上、沿該第一方向移除部分光電轉換層以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層以露出每一條狀金屬電極層之一部分、沿一第二方向形成間隔排列之複數個電極線在每一條狀光電轉換層上、形成一透光電極層於每一條狀光電轉換層以及每一電極線上，以及沿該第一方向移除部分透光電極層、部分電極線以及每一條狀光電轉換層之一部分以形成間隔排列之複數個條狀透光電極層且露出每一條狀金屬電極層之一部分，以使該複數個條狀金屬電極層與該複數個條狀透光電極層沿該第二方向互相串聯。
綜上所述，在增加每一太陽能電池的寬度以減少光電轉換層之移除面積的配置下，本發明係利用電極線以作為可收集電流之輔助電極的設計，以解決先前技術因透光電極層之電阻值會隨之上升所導致的太陽能電池模組之整體光電轉換效率下降的問題。另外，由於可不需額外增加透光電極層之厚度以降低透光電極層之電阻值，因此，本發明亦可避免先前技術因透光電極層之穿透率下降而影響到太陽能電池模組之整體光電轉換效率的情況發生。
除此之外，本發明可更進一步地採用電極線之線寬小於每一條狀金屬電極層上之相對應條狀透光電極層與相鄰條狀金屬電極層之間距與適當地控制電極線之條數的方式，藉以使光電轉換層在利用增加太陽能電池寬度之方式所節省下來的移除面積會大於光電轉換層因電極線之遮蔽所縮減的光電轉換面積，如此一來，本發明係可有效地增加光電轉換層之有效發電面積，從而提昇太陽能電池模組之光電轉換效率。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的實施方式及所附圖式得到進一步的瞭解。
請參閱第2圖，其為根據本發明一實施例之一太陽能電池模組100之部分示意圖。太陽能電池模組100包含有一基板102、複數個條狀金屬電極層104，以及複數個條狀光電轉換層106。複數個條狀金屬電極層104係間隔排列於基板102上，且各條狀金屬電極層104沿一第二方向D2係不接觸相鄰之條狀金屬電極層104。條狀光電轉換層106係沿一第一方向D1形成於每一條狀金屬電極層104上，同樣地，每一條狀光電轉換層106沿第二方向D2係不接觸相鄰之條狀光電轉換層106，其中第二方向D2係實質上垂直於第一方向D1。
太陽能電池模組100另包含有複數個條狀透光電極層108以及複數個電極線109，條狀透光電極層108係沿第一方向D1形成於每一條狀金屬電極層104之上方，而電極線109則是沿第二方向D2間隔形成於每一條狀透光電極層108上，其中在此實施例中，每一電極線109之線寬係較佳地小於條狀金屬電極層上之相對應條狀透光電極層108與相鄰條狀金屬電極層104之間距，相鄰電極線109之間距係可小於或等於13mm。藉此，太陽能電池模組100即可視為由複數個太陽能電池101互相串聯所組成，其中各太陽能電池101之條狀光電轉換層106係用來接收光能以轉換成電力，且條狀金屬電極層104以及條狀透光電極層108係分別用來作為太陽能電池101之正、負極以輸出電力，故複數個條狀金屬電極層104與複數個條狀透光電極層108係沿第二方向D2依序電連接(意即複數個太陽能電池101沿第二方向D2互相串聯)，而形成於條狀透光電極層108上之電極線109則是可作為輔助電極而產生收集電流的效果。如此一來，本發明可依需求調整太陽能電池模組100之輸出電壓，並透過電極線109之配置以產生較大的電流。此外，太陽能電池模組100另可包含有一緩衝層110，其係設置於每一條狀光電轉換層106以及每一條狀透光電極層108之間。
一般來說，基板102係可由鈉鈣玻璃(soda-lime glass)所組成，條狀金屬電極層104係可由鉬、鉭、鈦、釩或鋯之其中之一所組成，條狀光電轉換層106係可為一黃銅礦結構，例如銅銦硒(CIS)、銅銦硫(CIS)、銅銦鎵硒(CIGS)或銅銦鎵硒硫(CIGSS)等，條狀透光電極層108係可為由氧化鋁鋅(AZO)或銦錫氧化物(ITO)所組成之一導電層，緩衝層110係可由硫化鋅、硫化鎘或硫化銦化合物以及本質氧化鋅(intrinsic ZnO)所組成，電極線109係可為一導電銀膠或一導電鋁膠，亦即太陽能電池模組100可為一薄膜太陽能電池模組。基板102、條狀金屬電極層104、條狀光電轉換層106、條狀透光電極層108、緩衝層110以及電極線109之組成材質可不限於上述實施例所述，端視設計需求而定。
請參閱第2圖與第3圖至第11圖，第3圖為用來製造第2圖之太陽能電池模組100之方法的流程圖，第4圖至第11圖分別為第2圖之太陽能電池模組100於各製程階段沿第二方向D2之部分示意圖。該方法包含有下列步驟。
步驟300：清洗基板102；步驟302：形成一金屬電極層103於基板102上；步驟304：沿第一方向D1移除部分金屬電極層103以形成間隔排列之複數個條狀金屬電極層104於基板102上；步驟306：形成一光電轉換層105在每一條狀金屬電極層104以及基板102上；步驟308：形成緩衝層110於光電轉換層105上；步驟310：沿第一方向D1移除部分光電轉換層105以及部分緩衝層110以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層106，藉以露出每一條狀金屬電極層104之一部分；步驟312：形成一透光電極層107於緩衝層110以及每一條狀金屬電極層104上；步驟314：沿第二方向D2形成間隔排列之複數個電極線109在透光電極層107上；步驟316：沿第一方向D1移除部分電極線109、部分透光電極層107、部分緩衝層110以及每一條狀光電轉換層106之一部分以形成間隔排列之複數個條狀透光電極層108且露出每一條狀金屬電極層104之一部分，以使複數個條狀金屬電極層104與複數個條狀透光電極層108沿第二方向D2互相串聯；步驟318：結束。
於此針對上述步驟分別進行詳細說明。首先，在步驟300中，可先將如第4圖所示之基板102清洗乾淨，以確保後續製程雜質不會參雜於沉積材料與基板102之間。此時可選擇性地於基板102上形成由氧化鋁(Al2O3)或二氧化矽(SiO2)組成之阻擋層，其係具有可阻擋基板102內之不純物擴散至光電轉換層105內而影響光電轉換層1055之結晶成長的功能，且另可選擇性地將氟化鈉(NaF)以蒸鍍方式形成於基板102上，其係用來幫助光電轉換薄膜於基板102上進行結晶。
接下來，如第5圖所示，可使用一濺鍍機將金屬電極層103形成於基板102上(步驟302)，再藉由雷射切割技術或其他移除技術沿第一方向D1移除部分金屬電極層103(步驟304)，藉以裸露部分基板102且形成間隔排列之複數個條狀金屬電極層104(如第6圖所示)。之後，如第7圖所示，可使用薄膜沉積技術依序將光電轉換層105形成於複數個條狀金屬電極層104與裸露之部分基板102上(步驟306)，以及緩衝層110形成於光電轉換層105上(步驟308)，並接著如第8圖所示，再藉由一刮刀或其他移除方式沿第一方向D1移除部分光電轉換層105與部分緩衝層110(步驟310)，以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層106，藉以露出每一條狀金屬電極層104之一部分。一般而言，薄膜沉積技術係可藉由四元共蒸鍍法(co-evaporation)、真空濺鍍法(sputter)或硒化法(selenization)來製作光電轉換層105以及藉由化學混浴沉積法(Chemical Bath Deposition,CBD)來製作緩衝層110，以達到較佳的光電轉換效率。
接下來，如第9圖、第10圖以及第11圖所示，可於複數個條狀金屬電極層104以及緩衝層110上形成有透光電極層107(步驟312)，並在步驟314中，沿第二方向D2形成間隔排列之複數個電極線109在透光電極層107上，其中電極線109之形成係較佳地使用印刷製程，但不受此限。最後，再藉由一刮刀或其他移除方式沿第一方向D1移除部分電極線109、部分透光電極層107、部分緩衝層110以及每一條狀光電轉換層106之一部分，以形成間隔排列之複數個條狀透光電極層108，且露出每一條狀金屬電極層104之一部分(步驟316)，以使複數個條狀金屬電極層104與複數個條狀透光電極層108沿第二方向D2互相串聯。藉此，太陽能電池模組100可視為複數個太陽能電池101互相串聯而組成，從而產生較大的電流。
如此一來，在增加每一太陽能電池101的寬度以減少條狀光電轉換層106之移除面積的配置下，本發明可利用在條狀透光電極層108上形成電極線109以作為用來收集電流之輔助電極的設計，以解決因條狀透光電極層108之電阻值會隨之上升所導致的太陽能電池模組100之整體光電轉換效率下降的問題。除此之外，由於可不需額外增加條狀透光電極層108之厚度，因此，本發明亦可避免因條狀透光電極層108之穿透率下降而影響到太陽能電池模組100之整體光電轉換效率的情況發生。
除了可解決上述問題之外，本發明係可進一步地提昇太陽能電池模組100之整體光電轉換效率。舉例來說，請參閱第11圖，假設太陽能電池模組100係由一百零八個太陽能電池101所串聯而成、太陽能電池模組100之長度L為121cm。另外，一般而言，太陽能電池101之寬度W係介於4mm至6.5mm之範圍內，而每一條狀金屬電極層104上之相對應條狀透光電極層108與相鄰條狀金屬電極層104之間距I1通常約等於0.5mm，而由上述可知，在此實施例中，每一電極線109之線寬係較佳地小於每一條狀金屬電極層104上之相對應條狀透光電極層108與相鄰條狀金屬電極層104之間距I1，且相鄰電極線109之間距I2係例如為11mm，因此再進一步地假設太陽能電池101之寬度W等於5.5mm、每一條狀金屬電極層104上之相對應條狀透光電極層108與相鄰條狀金屬電極層104之間距I1等於0.5mm、電極線109之線寬等於50μm，以及相鄰電極線109之間距I2等於11mm(意即在每一條狀透光電極層108上會形成有一百一十條電極線109)。
在上述數值設定下，若是為了減少條狀光電轉換層106所需移除之面積而將太陽能電池101之寬度W增加至11mm，則太陽能電池模組100就會縮減為僅由五十四個太陽能電池101所串聯而成，此時，條狀光電轉換層106因增加太陽能電池101之寬度W所節省下來的移除面積係等於54(個)*0.5mm*121cm，而條狀光電轉換層106因被複數個電極線109所遮蔽以致無法產生光電轉換的面積約等於54(個)*50μm*11mm*110(條)，由兩者比較結果可知，在上述數值的設定下，條狀光電轉換層106因增加太陽能電池101之寬度W所節省下來的移除面積約為條狀光電轉換層106因被電極線109所遮蔽而無法產生光電轉換之面積的十倍。
根據上述計算結果可推知，在電極線109之線寬小於每一條狀金屬電極層104上之相對應條狀透光電極層108與相鄰條狀金屬電極層104之間距I1與適當地控制電極線109之形成條數的前提下，即使本發明所採用之在條狀透光電極層108上形成電極線109的方式會縮減條狀光電轉換層106之光電轉換面積，但是條狀光電轉換層106透過此設計以增加太陽能電池101之寬度W之方式所節省下來的移除面積仍可大於條狀光電轉換層106因電極線109之遮蔽所縮減的光電轉換面積，如此一來，本發明係可有效地增加光電轉換層之有效發電面積，從而提昇太陽能電池模組之光電轉換效率。
需注意的是，緩衝層110之材質與製程順序可不限於上述實施例，意即其為一選擇性之製程，端視設計需求而定。此外，步驟312與步驟314之執行順序係可根據實際製程需求而互相調換，也就是說，在另一實施例中，其亦可在沿第二方向D2形成間隔排列之複數個電極線109在緩衝層110上之後，再接著執行形成透光電極層107於緩衝層110以及每一條狀金屬電極層104上之步驟，換言之，電極線109係改形成於緩衝層110以及條狀透光電極層108之間以取代如第11圖所示之配置。
相較於先前技術，在增加每一太陽能電池的寬度以減少光電轉換層所需移除之面積的配置下，本發明係利用電極線以作為可收集電流之輔助電極的設計，以解決先前技術因透光電極層之電阻值會隨之上升所導致的太陽能電池模組之整體光電轉換效率下降的問題。另外，由於可不需額外增加透光電極層之厚度以降低透光電極層之電阻值，因此，本發明亦可避免先前技術因透光電極層之穿透率下降而影響到太陽能電池模組之整體光電轉換效率的情況發生。
除此之外，本發明可更進一步地採用電極線之線寬小於每一條狀金屬電極層上之相對應條狀透光電極層與相鄰條狀金屬電極層之間距與適當地控制電極線之條數的方式，藉以使光電轉換層在利用增加太陽能電池寬度之方式所節省下來的移除面積會大於光電轉換層因電極線之遮蔽所縮減的光電轉換面積，如此一來，本發明係可有效地增加光電轉換層之有效發電面積，從而提昇太陽能電池模組之光電轉換效率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、100．．．太陽能電池模組
11、101．．．太陽能電池
12、102．．．基板
14．．．導電層
16、105．．．光電轉換層
18．．．電極層
103．．．金屬電極層
104．．．條狀金屬電極層
106．．．條狀光電轉換層
107．．．透光電極層
108．．．條狀透光電極層
109．．．電極線
110．．．緩衝層
D1．．．第一方向
D2．．．第二方向
L．．．長度
W．．．寬度
I1、I2．．．間距
步驟　300、302、304、306、308、310、312、314、316、318
第1圖為先前技術之太陽能電池模組之部分示意圖。
第2圖為根據本發明一實施例之太陽能電池模組之部分示意圖。
第3圖為用來製造第2圖之太陽能電池模組之方法的流程圖。
第4圖至第11圖分別為第2圖之太陽能電池模組於各製程階段沿第二方向之部分示意圖。
100．．．太陽能電池模組
101．．．太陽能電池
102．．．基板
104．．．條狀金屬電極層
106．．．條狀光電轉換層
108．．．條狀透光電極層
109．．．電極線
110．．．緩衝層
D1．．．第一方向
D2．．．第二方向
L．．．長度
W．．．寬度
I1、I2．．．間距

Claims (19)

  1. 一種太陽能電池模組，包含：一基板；複數個條狀金屬電極層，沿一第一方向間隔形成於該基板上；複數個條狀光電轉換層，沿該第一方向分別形成於相對應之條狀金屬電極層以及該基板上；複數個條狀透光電極層，沿該第一方向分別形成於相對應之條狀金屬電極層以及相對應之條狀光電轉換層上，其中該複數個條狀金屬電極層與該複數個條狀透光電極層沿一第二方向互相串聯；以及複數個電極線，沿該第二方向間隔形成於每一條狀透光電極層上或每一條狀光電轉換層與每一條狀透光電極層之間。
  2. 如請求項1所述之太陽能電池模組，其中每一電極線之線寬係小於每一條狀金屬電極層上之相對應條狀透光電極層與相鄰條狀金屬電極層之間距。
  3. 如請求項2所述之太陽能電池模組，其中每一電極線之線寬係小於500μm。
  4. 如請求項1所述之太陽能電池模組，其中相鄰電極線之間距係小於或等於13mm。
  5. 如請求項1所述之太陽能電池模組，其另包含：一緩衝層，形成於每一條狀光電轉換層上。
  6. 如請求項1所述之太陽能電池模組，其中該複數個條狀金屬電極層係由鉬、鉭、鈦、釩或鋯之其中之一所組成。
  7. 如請求項1所述之太陽能電池模組，其中該複數個條狀光電轉換層係為一黃銅礦結構。
  8. 如請求項1所述之太陽能電池模組，其中該複數個條狀透光電極層係為由氧化鋁鋅或銦錫氧化物組成之一透光導電層。
  9. 如請求項1所述之太陽能電池模組，其中該第一方向係實質上垂直於該第二方向。
  10. 一種用來製造太陽能電池模組的方法，其包含有：形成一金屬電極層於一基板上；沿一第一方向移除部分金屬電極層以形成間隔排列之複數個條狀金屬電極層於該基板上；形成一光電轉換層在每一條狀金屬電極層以及該基板上；沿該第一方向移除部分光電轉換層以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層，藉以露出每一條狀金屬電極層之一部分；形成一透光電極層於每一條狀光電轉換層以及每一條狀金屬電極層上；沿一第二方向形成間隔排列之複數個電極線在該透光電極層上；以及沿該第一方向移除部分電極線、部分透光電極層以及每一條狀光電轉換層之一部分以形成間隔排列之複數個條狀透光電極層且露出每一條狀金屬電極層之一部分，以使該複數個條狀金屬電極層與該複數個條狀透光電極層沿該第二方向互相串聯。
  11. 如請求項10所述之方法，其另包含有：形成一緩衝層於該光電轉換層上。
  12. 如請求項10所述之方法，其中沿該第一方向移除部分金屬電極層以形成間隔排列之該複數個條狀金屬電極層於該基板上之步驟包含：利用雷射切割技術沿該第一方向移除部分金屬電極層，以形成間隔排列之該複數個條狀金屬電極層於該基板上。
  13. 如請求項10所述之方法，其中沿該第一方向移除部分光電轉換層以形成間隔排列之該複數個條狀光電轉換層之步驟包含：使用一刮刀沿該第一方向刮除部分光電轉換層以形成間隔排列之該複數個條狀光電轉換層。
  14. 如請求項10所述之方法，其中沿該第一方向移除部分電極線、部分透光電極層以及每一條狀光電轉換層之該部分的步驟包含：使用一刮刀沿該第一方向刮除部分電極線、部分透光電極層以及以及每一條狀光電轉換層之該部分。
  15. 一種用來製造太陽能電池模組的方法，其包含有：形成一金屬電極層於一基板上；沿一第一方向移除部分金屬電極層以形成間隔排列之複數個條狀金屬電極層於該基板上；形成一光電轉換層在每一條狀金屬電極層以及該基板上；沿該第一方向移除部分光電轉換層以形成間隔排列之複數個條狀光電轉換層，藉以露出每一條狀金屬電極層之一部分；沿一第二方向形成間隔排列之複數個電極線在每一條狀光電轉換層上；形成一透光電極層於每一條狀光電轉換層以及每一電極線上；以及沿該第一方向移除部分透光電極層、部分電極線以及每一條狀光電轉換層之一部分以形成間隔排列之複數個條狀透光電極層且露出每一條狀金屬電極層之一部分，以使該複數個條狀金屬電極層與該複數個條狀透光電極層沿該第二方向互相串聯。
  16. 如請求項15所述之方法，其另包含有：形成一緩衝層於該光電轉換層上。
  17. 如請求項15所述之方法，其中沿該第一方向移除部分金屬電極層以形成間隔排列之該複數個條狀金屬電極層於該基板上之步驟包含：利用雷射切割技術沿該第一方向移除部分金屬電極層，以形成間隔排列之該複數個條狀金屬電極層於該基板上。
  18. 如請求項15所述之方法，其中沿該第一方向移除部分光電轉換層以形成間隔排列之該複數個條狀光電轉換層之步驟包含：使用一刮刀沿該第一方向刮除部分光電轉換層以形成間隔排列之該複數個條狀光電轉換層。
  19. 如請求項15所述之方法，其中沿該第一方向移除部分透光電極層、部分電極線以及每一條狀光電轉換層之該部分的步驟包含：使用一刮刀沿該第一方向刮除部分電極線、部分透光電極層以及以及每一條狀光電轉換層之該部分。
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