TWI422048B - 包括間隔斜坡之光伏電池及其製造方法 - Google Patents

包括間隔斜坡之光伏電池及其製造方法 Download PDF

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Description

包括間隔斜坡之光伏電池及其製造方法
本發明實施例大體而言係有關於光伏電池及製造光伏電池的方法。特定實施例係有關於光伏電池及製造具有實質上最小無效區的光伏電池的方法。
第1圖示出一典型的太陽能電池製造製程。始於100，利用一玻璃板或基材114開始製造太陽能電池。玻璃板的範例厚度是約3毫米。在技藝中，通常將此玻璃基材稱為玻璃覆板(superstrate)，因為陽光會穿透此支撐玻璃。在太陽能電池製造期間，於步驟102示出，在該玻璃基材114上沉積一層連續的、均勻的透明導電氧化物(TCO)層116。該TCO層116的厚度通常是數百奈米。該TCO層116最終形成該太陽能電池的前電極。適合該TCO層116的材料包含，但不限於，摻雜鋁的氧化鋅(AZO)、氮化銦錫(ITO)、氧化銦鉬(IMO)、氧化銦鋅(IZO)及氧化鉭。可用任何適合製程來沉積該TCO層116，例如化學氣相沉積(CVD)。
在步驟104，在沉積該TCO層116之後，一雷射切割(laser scribing)製程，通常稱為P1，貫穿該TCO層116的整體厚度刻劃條帶118。該等刻劃線通常相隔5-10毫米。在該刻劃製程P1後，在該TCO層116上沉積p和n 型矽層120，如步驟106所示。該矽層120的總厚度通常在2-3微米左右，並且此層一般係利用化學氣相沉積或其他適合方法沉積。
參見步驟108，該矽沉積步驟後接著是一第二雷射切割步驟，常稱為P2，該P2步驟切割條帶122完全貫穿該矽層120。如步驟110所示，在該矽層120上沉積形成該背電極的金屬層124。可用任何適當沉積製程來沉積該金屬層124，例如物理氣相沉積(PVD)。現在參見步驟112，用一第三切割製程，稱為P3，來刻劃條帶126貫穿該金屬層124和該矽層120。然後通常以一背表面玻璃積層(未示出)密封該平板。P1和P3條帶之間的區域，並且包含該等條帶，造成一無效區128，降低該電池的整體效能。該無效區通常是在約100微米至約500微米範圍內，取決於該切割製程所使用的雷射和光學元件的準確度。
因此，需要提供方法以改善光伏電池的效能。
本發明之一實施例係有關於一種製造一光伏電池的方法，包含提供一覆板，具有一前側和一背側，該背側上擁有複數個間隔斜坡，該等間隔斜坡包含斜坡表面和實質上與該覆板背側垂直的垂直面；在該覆板背側上沉積一透明導電氧化物層，使得實質上無透明導電氧化物塗 覆在該等間隔斜坡的垂直面上；在該透明導電氧化物層上沉積一矽層，使得沉積在該等間隔斜坡的垂直面上之矽層不接觸位於該等間隔斜坡之斜坡表面上的透明導電氧化物層；在該矽層上沉積一金屬層，產生複數個從該等斜坡表面延伸通過該金屬層的尖峰；以及除去延伸通過該金屬層的尖峰之至少一部份，以完成延伸在該覆板上之實質上平坦的表面，以產生一光伏電池。
在一實施例中，一種方法更包含施加一聚合物積層至該平坦的金屬層上，而後施加一玻璃層。
在一實施例中，該等間隔斜坡係經隔開，而使每一個間隔斜坡之間有一平坦覆板區域。在一實施例中，該透明導電氧化物層係利用物理氣相沉積法沉積。在一實施例中，該透明導電氧化物層係以一角度沉積，使得該等間隔斜坡的垂直面受該等斜坡表面遮蔽。
根據一實施例，該矽層係利用化學氣相沉積法沉積。在一實施例中，該金屬層內的該等尖峰係利用包含拋光、研磨和切割之一或多種製程平坦化。
在一實施例中，一方法更包含在沉積該透明導電氧化物層後利用雷射剝蝕法清潔該等間隔斜坡的垂直面，該雷射剝蝕法以一掠射角而實質上僅觸及該等垂直表面的方式執行。根據一實施例，該覆板係玻璃或塑膠，並且該等間隔斜坡係利用凹版印刷(intaglio)、輪轉凹版印刷(rotogravure)、蝕刻、鏤蝕法(engraving)、凸版印刷和微影技術的一或多種形成在該覆板上。
本發明之另一態樣係有關於一種光伏電池，包含一覆板，該覆板具有一前側及一背側，該背側擁有複數個間隔斜坡，該等間隔斜坡包含斜坡表面和實質上與該覆板背側垂直的垂直面；一透明導電氧化物層，位於該覆板背側；一非晶矽層，覆於該透明導電氧化物層上方；以及一金屬層，覆於該矽層上方，該金屬層具有面向該矽層的前側以及一背側。在一實施例中，該等間隔斜坡從該覆板延伸通過該等層的至少一部分，並且該金屬層係經平滑化，產生一實質上平坦的背表面並暴露出部分矽層。
在一實施例中，矽層並不延伸至該等間隔斜坡的垂直側上。在一實施例中，該光伏電池更包含一聚合物積層在該金屬層上，以及玻璃在該聚合物積層上。在一實施例中，該等間隔斜坡之間的距離係在約5毫米至約10毫米範圍內。根據一實施例，該等間隔斜坡從該覆板背側往外延伸至約5微米高。
在一實施例中，該覆板係約3毫米厚。該覆板可包含玻璃或塑膠，根據一或多個實施例。在一實施例中，該光伏電池具有小於約100微米的無效區。
前面相當廣泛地略述了本發明之某些特徵結構以及技術優勢。熟知技藝者應理解可輕易利用所揭示的特定實施例來做為調整或設計落在本發明範圍內的其他結構或製程的基礎。熟知技藝者也應了解此種等效結構並不背離附屬申請專利範圍所提出之本發明的精神及範圍。
在描述本發明之若干範例實施例之前，應了解本發明並不受限於下方描述所提出之構造或製程步驟的細節。本發明能夠具有其他實施例並且能夠以多種方式實施或執行。
本發明之一或多個實施例係針對光伏電池以及製造光伏電池的方法。參考第2圖，提供一覆板200，具有一前側202及一背側204。在該覆板200背側204上提供一連串間隔斜坡206。該等間隔斜坡206包含斜坡表面208及實質上與該覆板200背側204垂直的垂直面210。該等斜坡206延伸通過施加在該覆板200背側204上的任何材料層。該等間隔斜坡206從該基材200背側204表面往外延伸至低於約10微米的高度。在詳細態樣中，該等間隔斜坡206從該覆板200之背側204延伸至約5微米的高度。
可藉由任何適合技術形成該等間隔斜坡206。適合技術之無限制性範例包含凹版印刷、輪轉凹版印刷、蝕刻、鏤蝕法、凸版印刷和微影技術。第2圖示出一輪轉凹版印刷式製程，其中該覆板200，由右至左212移動，通過一平坦滾輪214及一圖案化滾輪216之間。該平坦滾輪214係經示為以反時針方向218旋轉，而該圖案化滾輪216則以順時針方向220旋轉，使該覆板200以預期 方向212移動。雖然第2圖所示製程使該覆板由右至左移動，但不應將其視為對於覆板移動方向的限制。在一或多個實施例中，該等間隔斜坡可在該覆板形成期間在該玻璃或塑膠板材處於軟化狀態時形成在該覆板內，例如，在板材形成操作期間形成該玻璃或塑膠板時，比如從一爐管或退火窯取出該板材時。或者，可加熱一平坦玻璃或塑膠板以至少軟化表面，而使該等間隔斜坡可形成在該板材上。可了解就某些材料和製程(例如蝕刻)而言，並不需要加熱以形成該等斜坡。
可根據預期形成的太陽能電池之尺寸改變該等間隔斜坡206之間的間距222。該間距222通常係小於約20毫米。本發明之詳細態樣具有低於約10毫米之介於該等間隔斜坡206之間的間距222。更詳細態樣具有約5和約10毫米之間的間距222。其他詳細態樣在該等間隔斜坡206之間無間距222。當該等斜坡206之間有間距時，該間距222可以是位於該覆板200上實質上平坦的區域224。
該覆板200可以是任何適合材料，例如，玻璃或塑膠，並且可以是目標應用預期的任何厚度。本發明之詳細態樣包含低於約5毫米厚的覆板。根據其他詳細態樣，該覆板係約3毫米厚。
第3圖示出根據本發明之一或多個實施例製備一光伏電池的步驟。一覆板300係經製備為擁有具備垂直面304的間隔斜坡302，如前所述般。在該覆板300背側上沉 積一透明導電氧化物(TCO)層310。熟知技藝者通曉適合的TCO。透明導電氧化物的非限制性範例包含摻雜鋁的氧化鋅(AZO)、氮化銦錫(ITO)、氧化銦鉬(IMO)、氧化銦鋅(IZO)及氧化鉭。該TCO層310係以實質上無TCO塗覆該等間隔斜坡302的垂直面304的方式沉積。該覆板300上的間隔斜坡302延伸通過該TCO層310。
可利用任何適合方式沉積該TCO層310，如熟知技藝者會知曉者。本發明之詳細態樣利用物理氣相沉積法沉積該TCO層310。在其他態樣中，該TCO層310係以朝向該等間隔斜坡302的斜坡表面306之角度沉積。藉由以一角度沉積該TCO，該等間隔斜坡302的垂直面304會被部分遮蔽，使該TCO塗覆該等垂直面304的可能性降低。
根據某些詳細態樣中，該TCO層310最多約為500奈米厚。在其他詳細態樣中，該TCO層310係約300奈米厚。
在某些詳細實施例中，在沉積該TCO層310後利用雷射剝蝕，或其他適合技術，來清潔該等間隔斜坡302的垂直面304。可藉由以一掠射角指引該雷射朝向塗覆TCO的覆板300，而使雷射實質上僅觸及該等間隔斜坡306的垂直面304來完成該雷射剝蝕清潔。
在沉積該TCO層310後，在該透明導電氧化物層310上沉積一矽層320。該矽層320係以使該矽層320不接觸位於該等斜坡表面306上的透明導電氧化物層310的 方式沉積在該等間隔斜坡302之間。例如，該矽層320實質上不延伸至該等間隔斜坡302的垂直面304之尖峰308上。該矽層320的厚度比該等各別的間隔斜坡302之高度稍小，通常是約2至3微米。第4圖示出具有該TCO層310和矽層320沉積在其上的該等間隔斜坡302之一的頂部區域放大圖。該覆板300上的間隔斜坡302延伸通過該TCO層310和該矽層320。可用任何適合方法沉積該矽層320。本發明之詳細態樣具有利用化學氣相沉積法沉積的矽層320。
沉積該矽層320之後，在該矽層320上沉積一金屬層330。該覆板300的間隔斜坡302延伸通過該TCO層310、該矽層320和該金屬層330，形成突出該金屬層330的複數個尖峰308。某些態樣的金屬層係低於約2微米厚。在其他詳細態樣中，該金屬層係低於約1微米厚。熟知技藝者知曉適於與光伏電池並用的金屬。非限制性範例包含鋁、鉬及前述金屬的組合物。
沉積該金屬層330之後，除去從該覆板300延伸通過該TCO層310、該矽層320和該金屬層330的該等尖峰308的至少一部分，如第3圖的最終步驟所示者。除去這些突出的尖峰308形成一實質上平坦的背表面340，具有暴露出的一部分矽層320。熟知技藝者知曉除去該等突出尖峰的方法和技術。適合方法包含，但不限於，拋光、研磨和切割。
第5圖示出根據所述方法的一或多個實施例製作之光 伏電池500。該光伏電池500包含一覆板510，該覆板510上具有間隔斜坡512。該光伏電池500並未依比例繪製，該等間隔斜坡512的高度被放大以利說明。一透明導電氧化物層520係沉積在該覆板510上。一矽層530係沉積在該TCO層520上，並且一金屬層540係沉積在該矽層530上。示出已平滑化之後的金屬層540的背側。可施加一聚合物積層550，而後施加一玻璃層560，或其他適合材料。
所形成的光伏電池500是複數個串聯的個別光伏電池570的集合。該等個別光伏電池570從一個間隔斜坡512的垂直面514延伸至相鄰間隔斜坡512的垂直面514。該等個別光伏電池570係用串聯方式與相鄰電池連接。也就是說，一個電池570的TCO層520連接至相鄰電池570的金屬層540。
在習知製程中，會被稱為「無效區」者形成在個別光伏電池之間的P1和P3雷射刻劃縫隙之間。這些無效區通常是在100至500微米等級。由在此所述方法及光伏電池所產生的無效區係小於約100微米。特定態樣的無效區係小於約75微米。其他特定態樣的無效區係小於約50微米。此無效區尺寸的縮小可在所形成的光伏電池中造成少很多的浪費。
本說明書通篇所提及的「一個實施例」、「特定實施例」、「一或多個實施例」、「一實施例」、「一個態樣」、「特定態樣」、「一或多個態樣」及「一態樣」表示結合該實 施例所述的特定特徵、結構、材料、或特性係包含在本發明之至少一個實施例中。因此，在本說明書通篇多處出現的例如「在一或多個實施例中」、「在特定實施例中」、「在一個實施例中」、「在一實施例中」、「根據一或多個態樣」、「在一態樣中」等句子並不必定指本發明的相同實施例或態樣。此外，該等特定特徵、結構、材料、或特性可在一或多個實施例或態樣中以任何適當方式組合。不應將上開方法的描述順序視為具限制性，並且該等方法可不依序或以有減省或添加的方式使用所述操作。
應了解上面描述旨在說明，而非限制。在閱讀上開描述後，許多其他實施例對熟知技藝者而言會是顯而易見的。因此，本發明範圍應參考附屬專利範圍，連同此申請專利範圍所賦予的完整等效物範圍做判定。
114‧‧‧基材
116、310、520‧‧‧TCO層
118、122、126‧‧‧條帶
120、320、530‧‧‧矽層
124、330、540‧‧‧金屬層
128‧‧‧無效區
200、300、510‧‧‧覆板
202‧‧‧前側
204‧‧‧背側
206、302、512‧‧‧斜坡
208、306‧‧‧斜坡表面
210、304、514‧‧‧垂直面
212‧‧‧移動方向
214‧‧‧平坦滾輪
216‧‧‧圖案化滾輪
218‧‧‧反時針方向
220‧‧‧順時針方向
222‧‧‧間距
224‧‧‧平坦區域
308‧‧‧尖峰
340‧‧‧背表面
500、570‧‧‧光伏電池
550‧‧‧聚合物積層
560‧‧‧玻璃層
因此可詳細暸解上述本發明之特徵結構的方式，即對本發明更明確的描述，簡短地在前面概述過，可藉由參考實施例來得到，其中某些在附圖中示出。但是應注意的是，附圖僅示出本發明之一般實施例，因此不應視為係對其範圍之限制，因為本發明可允許其他等效實施例。
第1圖示出根據先前技藝利用雷射切割技術製造光伏電池的步驟； 第2圖示出根據本發明之一實施例藉由一輪轉凹版印刷式製程以間隔斜坡圖案化的覆板；第3圖示出根據本發明之一實施例利用具有間隔斜坡的覆板製造光伏電池的步驟；第4圖示出該等間隔斜坡頂部之放大圖，包含一透明導電氧化物層及一矽層；以及第5圖示出根據本發明之一或多個實施例利用一圖案化覆板製備的光伏電池。
500、570‧‧‧光伏電池
510‧‧‧覆板
512‧‧‧斜坡
514‧‧‧垂直面
520‧‧‧TCO層
530‧‧‧矽層
540‧‧‧金屬層
550‧‧‧聚合物積層
560‧‧‧玻璃層

Claims (10)

  1. 一種光伏電池，包含：一覆板，具有一前側及一背側，該背側擁有複數個間隔斜坡，該等間隔斜坡包括斜坡表面和實質上與該覆板之該背側垂直的垂直面；一透明導電氧化物層，位於該覆板之該背側；一非晶矽層，覆於該透明導電氧化物層上，其中該非晶矽層並不延伸至該等間隔斜坡的該垂直面上；以及一金屬層，覆於該非晶矽層上，該金屬層具有面向該非晶矽層的一前側以及一背側，其中該等間隔斜坡從該覆板延伸通過該透明導電氧化物層與該非晶矽層，且該金屬層係經平滑化，因而產生一實質上平坦的背表面並暴露出部分該非晶矽層。
  2. 如請求項1所述之光伏電池，進一步包含一聚合物積層於該金屬層上，以及玻璃在該聚合物積層上方。
  3. 如請求項1所述之光伏電池，其中該等間隔斜坡之間的距離係在約5毫米至約10毫米範圍內。
  4. 如請求項1所述之光伏電池，其中該等間隔斜坡從該覆板之該背側往外延伸至約5微米高。
  5. 如請求項1所述之光伏電池，其中該覆板係約3毫米厚。
  6. 如請求項1所述之光伏電池，其中該覆板是玻璃。
  7. 如請求項1所述之光伏電池，其中該覆板是塑膠。
  8. 如請求項1所述之光伏電池，其中該金屬層係選自由鋁、鉬及前述金屬的組合物所組成的群組。
  9. 如請求項1所述之光伏電池，具有小於約100微米的一無效區。
  10. 一種光伏電池，包含：一覆板，具有一前側及一背側，該背側擁有複數個間隔斜坡，該等間隔斜坡包括斜坡表面和實質上與該覆板之該背側垂直的垂直面；一透明導電氧化物層，位於該覆板之該背側，其中該等間隔斜坡延伸通過該透明導電氧化物層；一非晶矽層，覆於該透明導電氧化物層上，其中該等間隔斜坡延伸通過該非晶矽層；以及一金屬層，覆於該非晶矽層上，其中該等間隔斜坡延伸通過該金屬層，且該金屬層係經平滑化以產生一實質 上平坦的背表面並暴露出部分該非晶矽層。
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