TWI373849B - Stacked-layered thin film solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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1373849 101· 5· 1 8 2〇12年5月〆日修正替換頁

.九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種薄膜疊層太陽能電池及其製作方法，特別是有關於其中的 絕緣結構者。 【先前技術】 清參見第一A圖，為薄膜疊層太陽能電池的先前技術，薄膜疊層太陽能電池 1主要是由基板14、第一電極層11、半導體層13、和第二電極層12等數層堆疊而 成。在薄膜疊層太陽能電池丨之製程中，先在基板14上沈積第一電極層丨丨，並以 雷射切割(laserscribing)第一電極層11，形成複數單一區塊112與第一線槽⑴；其 次在第一電極層11上沈積半導體層13，並以雷射切割半導體層13，每一半導體 層切割線槽131距第一電極層U切割線槽約100微米；之後在半導體層13上沈積 第二t極層12，並以雷射切割第二電極層12與半導體層13，在此所形成的切割 線槽121與半導體層切割線槽131距離約1〇〇微米。藉由上述膜層沈積與各層的雷 射切割，便形成了複數單一區塊112串聯而成之薄膜疊層太陽能電池卜 因，使得光電轉換效率有其極限值，因此在製程過程當中 _ Ph的材料中間，增加_介質層，藉以m㈣_思 藉以當光穿锈Μ晅矗思+抵At η ’常會在能階低與能

由於薄膜疊層太陽能電池因電子電洞的再結合或是因光的損失等等的原 5 光電轉換層能避免上述問題’請參考第20=月。:修正_ 專利第6,632,993號、美國專利第6J? … 圖，，、》由於美國 緣效果，多增加製程上的手續與成本，對於方式達到絕 此如何避免介質層之短路現象並同時減低生產成本即成為現況;的^^因 【發明内容】 =絲前技術之缺失’本發概供—_膜疊層太陽 一區塊電性_成，各單,包括依序堆疊形 ^個: =、第—線&相互間具有偏位，其特徵在於在介質層與第二線槽的^接产 =:部’以阻斷電流自第一光吸收層或第二光吸收層經由 ： 至介質層進而造成短路問題。 辱、 因此’本發明之主要目的在於提供一種薄臈疊層太陽能電池，可阻 第二線槽導通至介龍，制極㈣絕緣功效。 μ 本發明進—步提出—種細疊層太陽能電池的製造方法，包括： ⑴提供依序堆疊形成的基板、第—電極層、第—光吸收層、.介質層、第二 光吸收層； a — (2) 依序在第-電極層形鋪數個第—線槽，在第二光魏層至第_光吸收 層間形成有複數個第二線槽，在第二電極層至第—光吸收層間形成有複 數個第三賴-賴n槽鮮三賴相互間具有偏位； (3) 經由第二線槽蝕刻介質層以形成複數個凹陷部在介質層乃與第二線槽的 交接處；以及 (4) 在第二光吸收層上形成第二電極層β 本發明之再一目的在於提供一種薄膜疊層太陽能電池的製作方法，藉由在介 1373849 年月日修正替換頁 2012年5月日修正替換頁 質層與第二線槽的交減形射凹陷V’砰无箭技^巾_絕緣線槽之方 式’達到減低製作成本之功效。 【實施方式】 由於本發_揭露-種驗疊層太陽能電池及其製作方法，其巾所利用之太 陽能光電轉換原理，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中 之5兒明’不再作完整描述^同時，以下文巾所龍之圖式，係表達與本發明特 徵有關之結構枝，並未林需要錄實際尺寸完整賴，盘先敛明。 _ &請參考第2圖’係根據本發明提出之第—較佳實施例，為—種薄膜疊層太陽 成電池2 ’由複數個單-區塊2〇〇(unitcell)電性連接而成，各單—區塊2⑽包括 依序堆疊形成的基板20(substrate)、第一電極層21(first dectr〇de !㈣第一光 吸收層 23(first photoconductive layer)、介質層 25(interlayer)、第二光吸收層 24 (second photoconductive layer)與第二電極層 22(難^ 上述之單-區塊200的電性連接方式可以是串聯，或是並聯，或是串聯與並 聯之組合。 上述之基板20的材料可以是透明基材。 φ 上述之第一電極層21的材料可以是透明導電氧化物(TCO: Transparent

Conductive〇xide) ’例如氧化銦錫(IT〇)、氧化銘辞(AZ〇)、氧化嫁辞(gz〇)或氧 化銦鋅(IZQ)料。此外’帛—電極層21形成於基板2()的对可以是賤鑛 \sputtenng)、常壓化學氣相沈積(mcvd)或低壓化學氣相沈積(LpcvD)等等，而 第電極層21可為是單層結構或多層結構。其中，第一電極層21可以包含有 • 一金屬層，其材料可以是銀(Ag)、銘(A1)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、錄(Ni)及金(Au)等所 構成的群組。 上述之第一光吸收層23的材料可以是單晶矽、多晶矽、非晶矽、微晶矽、 錯(Ge)、石夕化鍺(SiGe)或是石夕化碳(SiQ等等，而第一光吸收層23可以沈積之方 式形成於第一電極層21。 7 1373849 2012年5月Θ日修正替換頁 牵· I曰修正替換頁 好上述之介質層25的材料可以是二氧化鈦(ή〇2)、二氧化錫、氧化娜(IT〇)、 魏鋅(ΖηΟ)、氧化鋁鋅、氧化鎵鋅(GZ〇)或氧化銦鋅(ιζ〇)等等。介質層 25形成於第-紋收層23的方式相為沈積。 上述之第二光吸收層24的材料可以是單晶石夕多晶石夕、非晶石夕、微晶石夕、 鍺㈣、石夕化鍺(SiGe)及石夕化碳(Sic)等等。第二光吸收層％形成於介質層乃的 方式可以為沈積。 上述之第二電極層22的觀可以是透明導電氧化物(卿^^寧恤 ^duetive㈣e) ’例如統娜、氧化辑(娜)、氧化_或氧化銦辞等等。 電極層22可以為單層結構，也可以是多層結構。第二電極層u形成於第 二光吸收層24財式可以是離或是物理氣減積等等。 上述之第一電極層22可以包含有一金屬層，其材料可以是銀(々)、雖1) ' 日（Cr)，(Tl)、錄⑽或金(Au)等等。第二電極層22也可以進一步包含有一透 ^電氧化物，其材·選自於由氧化銦錫、氧化_、氧化騎或氧化銦鋅 在上述之_疊層太陽能電池2當中，依序在第—電極層Μ形成有複紹 -線槽2Π)’在第二光吸收層24至第—光吸收層抑形成有複數個第二劇 一，在第二電極層22至第一光吸收層23間形成有複數個第三線槽223，w 線槽21〇、第二線槽22〇與第三線槽223相互間具有偏位。 為了增加電池的絕雜，絲麟彡以切鱗路賴之方 ^斗然如此會増加製程上财續，躲產能歓_絲說可缺料= 田 本發明為解決此—問題，於形成第二線槽22()後，藉由不同的姓刻2 式’在介質層25與第二線槽22G的交接處形成有凹陷部255， ' 2二層23或第二光吸收層24經由第二線槽22〇導通至介質層25 ^發& 4 255在形成第二線槽22〇之後完成之，以鞋刻方式形成，在製程上 ΐΐΖΓ射步驟，錢緣效果減前技術之嶋線槽佳，可啊達到減少· 作成本與強化絕緣效果的目的。 H^ 1373849 2012年5月P日修正替換頁 年月日修正替換頁 上述之凹陷部255可以姓刻方式 ^侧之方式。其中氣體 触刻之氣體可以是鹽酸、草酸、硫酸、醋酸、氫氟酸或是硝酸等。其中凹陷部 设的平均寬度可以介於(Π微米至2〇微米之間，而最大寬度以介於i微米至 10微米之間為最佳。 本發明進-步提出第二較佳實施例’為_種_疊層太陽能電池2的製造 方法，其製作方法包括： ⑴提供依序堆疊形成的基板20、帛—電極層21、第一光吸收層、23介質層 25、第二光吸收層24 ; # (2)依序在第—電極層21形成複數個第-線槽210,在第二光吸收層24至第 -光吸收層23間形成有複數個第二線槽22〇,在第二電極層22至第一光 吸收層23間形成有複數個第三線槽223，而第一線槽21〇、第二線槽22〇 與第三線槽223相互間具有偏位； (3) 經由第二線槽22〇蚀刻介質層25以形成複數個凹陷部汾在介質層乃 與第二線槽220的交接處；以及 (4) 在第二光吸收層24上形成第二電極層22。 本發明藉由凹陷部255，阻斷電流自第一光吸收層23或第二光吸收層24經 #由第二線槽22叫通至介質層25。且凹陷部255以蚀刻方式形成，在製程上不 僅減少-道雷射步驟，且絕緣效果較先前技術之斷路線槽佳可同時達到減少 製作成本與強化絕緣效果的目的。 v —上述之凹陷部255的姓刻方式也可以為液體钱刻，其中液體侧之液體可 以是鹽酸、草酸、硫酸、醋酸、氫敗酸或硝酸等等。其中，凹陷部255的 .寬度可以介於0.1微米至2〇微米之間，最大寬度介於i微米至1〇微米之間 •佳。至於其餘之結構雖如較佳實關中所述。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之權利範圍；同時 9 1373849 年月日修正替換頁 2012年5月曰修正替換頁 以上的描述，對於相關技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離 本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中 【圖式簡單說明】 第1A圖為一示意圖，係一薄膜疊層太陽能電池之先前技術。 第1B圖為一示意圖，係一薄膜疊層太陽能電池之先前技術。 第1C圖為-示意圖，係-薄膜疊層太陽能電池之先前技術。 -較佳實施例’為一種薄祺疊

第2圖為一示意圖，係根據本發明提出之第 層太陽能電池。 【主要元件符號說明】 薄膜疊層太陽能電池2 單一區塊 200 基板 20 第一電極層 21 第一光吸收層 23 介質層 25 第二光吸收層 24 第二電極層 22 第一線槽 210 第二線槽 220 第三線槽 223 凹陷部 255

Claims (1)

1373849 101, 5. 1 8 十、申請專利範圍： 年月曰修正替換頁 2012年5月〆曰修正替換頁 1. •種薄膜疊層太陽能電池(Stacked-Layered Thin Film Solar Cell)，由複數個單 一區塊（unitcell)電性連接而成，各單一區塊包括依序堆疊形成的基板 (substrate)、第一電極層(first electrode layer)、第一光吸收層（flrst photoconductive layer)、介質層(interlayer)、第二光吸收層（second photoconductive layer)與第二電極層(second electrode layer)，且依序在第—電 極層形成有複數個第一線槽，在第二光吸收層至第一光吸收層間形成有複數 個第一線槽’在第二電極層至第一光吸收層間形成有複數個第三線槽，而第 一線槽、第二線槽與第三線槽相互間具有偏位，其特徵在於： 該介質層與該第二線槽的交接處形成有凹陷部，藉以阻斷第一光吸收層或 第二光吸收層所產生之電流經第二線槽導通至介質層。 2.依據申請專利範圍第1項之薄膜疊層太陽能電池，其中該凹陷部係以钱刻的 方式形成。 3.依據申請專利範圍第2項之薄膜疊層太陽能電池，其中該蝕刻方式為氣體蝕 刻0 4.依據申請專利範圍第3項之薄膜疊層太陽能電池，其中該氣體蝕刻之氣體係 選自於由鹽酸、草酸、硫酸、醋酸、氫氟酸、硝酸等氣體所構成之群組。 _ 5‘依據申請專利細第2項之薄膜疊層太陽能電池，其中該触刻方式為液體蝕 刻。 6. 依據申請專利範圍第5項之薄膜疊層太陽能電池，其中該液體触刻之液體係 選自於由鹽酸、草酸、硫酸、醋酸、氫氟酸、硝酸等液體所構成之群組。 7. 依據申請專利範圍第1項之薄膜疊層太陽能電池’其中該凹陷部的平均寬度 . 係介於0·1微米至20微米之間。 8. 依射請專利範圍第1項之薄臈疊層太陽能電池，其中該凹陷部的最大寬度 係介於1微米至10微米之間。 9. 依據申請專利範圍第1項之薄膜疊層太陽能電池，其中該基板的材料係為透 明基材。 11 1373849 说·•军•月El修正替換頁 , ^ -_ 2012年5月γ日修正替換頁 0.依據申&專利第1項之薄膜疊層太陽能電池，其巾該第-電極層的材料 係為透明導電氧化物(TCO: Transparent Conductive Oxide)，其材料係選自於 由氧化麵錫(ITO)、氧化铭鋅(Μ〇)、氧化鎵鋅(Gz〇)及氧化銦鋅(ιζο)等所構 成的群組’該第二電極層包含有一金屬層，其材料係選自於由銀(Ag)、铭 (A1)、絡(Cr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)及金(Au)等所構成的群組。 11.依據申請專纖圍第丨項之賴疊層太陽能電池，其帽第二電極層進一步 包含有一透明導電氧化物，其材料係選自於由氡化銦錫(ITO)、氧化鋁鋅 (AZ0)、氧化鎵鋅(GZO)及氧化銦辞(IZO)等所構成的群組。 12.依據申請專利範圍第1項之薄膜疊層太陽能電池，其中該第二電極層的材料 係為透明導電氧化物(TCO: Transparent Conductive Oxide)，其材料係選自於· 由氧化銦錫(ITO)、氧化銘鋅(AZO)、氧化鎵鋅(GZO)及氧化銦辞(IZO)等所構 成的群組；該第一電極層包含有一金屬層，其材料係選自於由銀(Ag)、鋁 (A1)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、錄⑽及金(Au)等所構成的群組。 13.依據申請專利範圍第！項之薄膜疊層太陽能電池，其中該第一電極層形成於 該基板的方式係選自於由濺鍍(sputtering)、常壓化學氣相沈積(ApcvD)及低 壓化學氣相沈積(LPCVD)等所構成的群組。 14. 依據申請專利範圍第1項之薄膜疊層太陽能電池，其中該第一電極層可為單 層結構或多層結構。 15. 依射請專利範g第1項之薄膜疊層太陽能電池，其巾該第一光吸收層形成 於該第一電極層的方式為沈積。 16·依據申請專利範圍第1項之薄膜疊層太陽能電池，其中該第一光吸收層的材 料係選自於由單晶矽、多晶矽、非晶矽、微晶矽、鍺(Ge)、矽化鍺(SiGe)、 矽化碳(SiC)等所構成之群組。 17.依據申請專利範圍第1項之薄膜疊層太陽能電池’其中該介質層的材料係選 自於由二氧化鈦(Ti〇2)、氧化銦錫(IT0)、氧化鋅(Zn〇)、氧化鋁鋅(AZ〇)'氧 化鎵鋅(GZO)及氧化銦鋅(IZ0)等所構成之群組。 12 1373849 1 s 年月日修 1〇 I- ----- 2〇12年5月#日修正替換頁 .依據申請專利_第1項之薄膜^中該第二光吸收層的材 料係選自於由單晶石夕、多晶石夕、非晶石夕、微晶石夕、錯(Ge)、石夕化錯⑸罐 石夕化碳(SiC)等所構成之群組。 19·依據申請專利_第丨項之薄膜疊層太陽能電池，其中該介f層形成於該第 一光吸收層的方式為沈積。 2〇.依據申請專利範圍第！項之薄膜疊層太陽能電池，其中該第二光吸收層形成 於該介質層的方式為沈積。 21.依據申請專利範圍第i項之薄膜疊層太陽能電池，其中該第二電極層可為單 層結構或多層結構。 籲22,依據申請專利範圍第i項之薄膜疊層太陽能電池，其中該第二電極層形成於 I第一光吸收層的方式係選自於由賤鍵(sputtering)及物理氣相沈積(pvD)等 所構成的群組。 23. 依據申請專利範圍第！項之薄膜疊層太陽能電池，其中該等單一區塊的電性 連接方式可以為宰聯、並聯、或串聯與並聯之組合。 24. —種薄膜疊層太陽能電池的製造方法，包括： 光吸收層 ic供依序堆疊形成的基板、第—電極層、第—光吸收層、介質層、第二 f 依序在第-電極層形成複數轉―線槽，在第二光吸收層至第一光吸收 層間形成有複數個第二線槽，在第二電極層至第—光吸收層間形成有複數 個第三線槽，而第—線槽、第二線槽與第三線槽相互間具有偏位； 經由第二線脑刻該介質層以形成複數個凹陷部在該介f層與該第二線 槽的交接處；以及 在第二光吸收層上形成第二電極層。 25. 依據申凊專利細第24項之薄膜疊層太陽能電池的製造方法，其中該形成 複數個凹陷部的蝕刻方式為氣體蝕刻。 26. 依據申請專利範圍第μ項之薄膜疊層太陽能電池的製造方法，其中該氣體 13 1373849 5修正替換頁 ---------- 2〇12年5月〆 頁 侧之氣體係選自於由贿、草酸、硫酸、醋酸、氫氟酸 日修疋_ _ 成之群組。 瞍等氣體所構 27. 依據f請專概圍帛24項之_疊層太陽能電池的製造方法， 複數個凹陷部的蝕刻方式為液體蝕刻。 中該形成 28. 依據_請專概_ 27項之薄難層太陽能電池的製造麵，… 钱刻之液體係選自於由鹽酸、草酸、硫酸、醋酸 '氫氟酸、硝酸等 29. 依據申請專利範圍帛24項之薄膜疊層太陽能電池的製造方法其中該凹♦ 邛的平均寬度係介於介於0.1微米至20微米之間。 曰 30. 依據申請專利範圍帛24項之薄膜疊層太陽能電池的製造方法其中該凹^ 部的最大寬度係介於1微米至1〇微米之間。 63