太陽能電池及太陽能電池模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明所述的太陽能電池包括：形成在支撐基板上并包括用于露出支撐基板的第一凹槽的背電極層、形成在背電極層上以及第一凹槽的一部分上的光吸收層、在光吸收層上的前電極層、以及設置在前電極的一個側面、光吸收層的一個側面和第一凹槽上的連接線。本發(fā)明提供一種使用所述太陽能電池的太陽能電池模塊及其制造方法。
【專利說明】太陽能電池及太陽能電池模塊
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能電池及太陽能電池模塊。
【背景技術】
[0002]太陽能電池可以定義為，利用光入射到P-N結二極管上時產(chǎn)生電子的光伏效應將光能轉化為電能的裝置。根據(jù)組成結型二極管的材料，太陽能電池可以分為硅太陽能電池、主要包括1-1I1- VI族化合物或II1- V族化合物的化合物半導體太陽能電池、燃料敏化太陽能電池以及有機太陽能電池。
[0003]由CIGS(CuInGaSe)(—種1-1I1- VI族黃銅礦基化合物半導體)制成的太陽能電池呈現(xiàn)出優(yōu)異的光吸收性能、薄厚度下較高的光電轉化效率、以及優(yōu)越的電光穩(wěn)定性，所以，CIGS太陽能電池作為傳統(tǒng)硅太陽能電池的替代而受到關注。
[0004]一般地說，可以通過在玻璃基板上依次形成背電極層、光吸收層、緩沖層和前電極層來制備CIGS太陽能電池。所述基板可以采用各種材料來制備，例如鈉鈣玻璃、不銹鋼和聚酰亞胺(PD。背電極層主要包括電阻系數(shù)低且熱膨脹系數(shù)與玻璃基板類似的鑰(Mo)。
[0005]光吸收層為P型半導體層并且主要包括CuInSe2或用Ga替代部分In而得到的Cu(InxGah)Sey可以通過各種方法形成光吸收層，例如，蒸發(fā)過程、濺射過程、硒化過程或電鍍過程。
[0006]緩沖層設置在晶格系數(shù)和能帶隙呈現(xiàn)較大差異的光吸收層和前電極層之間，以在其間形成優(yōu)異的結。緩沖層主要包括通過化學浴沉積(CBD)制備的硫化鎘(CdS)。
[0007]前電極層是N型半導體層，并且與光吸收層和緩沖層形成PN結。另外，由于前電極層在太陽能電池的前表面充當透明電極，所以，前電極層主要包括透光性和導電性優(yōu)異的摻鋁氧化鋅(AZO)。
[0008]圖1是剖視圖，示出了現(xiàn)有技術所述太陽能電池模塊的結構。參照圖1，所述太陽能電池模塊包括以特定間距彼此隔開并且彼此串聯(lián)連接的電池單元。該太陽能電池模塊的結構可以通過三個圖案化過程(Pl到P3)來得到。然而，如果通過三個圖案化過程(Pl到P3)來制造太陽能電池模塊，那么，圖案化的時間會增加，使得過程時間會增加，并且通過圖案化過程形成的非活性區(qū)(NAA)的尺寸會增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術問題
[0010]實施例提供一種可以提高效率且容易制造的太陽能電池及太陽能電池模塊。
[0011]技術方案
[0012]根據(jù)實施例所述太陽能電池包括:背電極層，形成在支撐基板上且包括用于露出支撐基板的第一凹槽；光吸收層，形成在背電極層上和第一凹槽的一部分上；在光吸收層上的前電極層；以及連接線，設置在前電極的一個側面、光吸收層的一個側面和第一凹槽上。[0013]根據(jù)實施例所述太陽能電池模塊包括:第一太陽能電池，其包括在支撐基板上依次形成的第一背電極、第一光吸收部和第一前電極；第二太陽能電池，其包括在所述支撐基板上依次形成的第二背電極、第二光吸收部和第二前電極；以及設置在第一和第二太陽能電池之間以將第一前電極與第一背電極電連接的連接線。
[0014]根據(jù)實施例所述的太陽能電池模塊的制造方法包括以下步驟:在支撐基板上形成包括第一凹槽的背電極層；在背電極層上形成光吸收層；在光吸收層上形成前電極層；穿過光吸收層和前電極層形成第二凹槽，使得第二凹槽與第一凹槽交疊；以及在第一凹槽和第二凹槽上形成連接線。
[0015]有益效果
[0016]根據(jù)實施例所述的太陽能電池模塊的制造方法，可以在不進行P3圖案化過程的情況下通過Pl和P2圖案化過程制造太陽能電池模塊，從而可以縮短過程時間并降低制造費用。另外，根據(jù)實施例所述的太陽能電池模塊的制造方法，在不進行附加圖案化過程的情況下通過傾斜濺射過程可以簡便地形成第三凹槽。另外，由于所述第三凹槽之故，所述太陽能電池模塊可以具有新穎的串聯(lián)結構。
[0017]另外，在本實施例所述的太陽能電池模塊中，可以去掉現(xiàn)有技術中通過P3圖案化過程所形成的非活性區(qū)(NAA)。因此，實施例所述的太陽能電池模塊可以減小非活性區(qū)(NAA)，從而可以提高光電轉化效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是剖視圖，示出了現(xiàn)有技術所述的太陽能電池模塊；
[0019]圖2是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池；
[0020]圖3是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池模塊；以及
[0021]圖4到圖8是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池模塊的制造方法。
【具體實施方式】
[0022]在實施例的描述中，應該明白，當某一基板、層、膜、或者電極被稱作是在另一基板、另一層、另一膜或者另一電極“之上”或者“之下”時，它可以是“直接”或“間接”地在該另一基板、層、膜或電極之上或之下，或者也可以存在一個或更多的中間層。層的這種位置參照附圖進行了描述。出于說明的目的，附圖中顯示的部件的尺寸可以夸大，并且可以不完全反映實際尺寸。
[0023]圖2是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池。參照圖2，根據(jù)本實施例所述的太陽能電池包括支撐基板100、包括第一凹槽Pl的背電極層200、光吸收層300、緩沖層400、高阻緩沖層500、前電極層600、以及連接線700。
[0024]支撐基板100具有平板形狀并且支撐著背電極層200、光吸收層300、緩沖層400、高阻緩沖層500和前電極層600。支撐基板100可以是透明的，并且可以是剛性的或可彎曲的。
[0025]另外，支撐基板100可以包括絕緣體。例如，支撐基板100可以包括玻璃基板、塑料基板、或金屬基板。更詳細地講，支撐基板100可以包括鈉鈣玻璃基板。另外，支撐基板100可以包括含氧化鋁的陶瓷基板、不銹鋼、或具有可彎曲特性的聚合物。[0026]背電極層200設置在支撐基板100上。背電極層200是導電層。背電極層200可以包括從鑰(Mo)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎢(W)、及銅(Cu)所構成的組里選出的一種。在上述材料中，Mo的熱膨脹系數(shù)與支撐基板100的熱膨脹系數(shù)類似，因此，Mo可以提高粘合特性并且可以防止背電極層200與基板100分離。
[0027]背電極層200包括第一凹槽P1。背電極層200可以通過第一凹槽Pl圖案化。另外，第一凹槽Pl可以按圖2所示的條的形式或者以矩陣的形式進行各種排列。
[0028]光吸收層300設置在背電極層200上。光吸收層300包括I _111_ VI族化合物。例如，光吸收層 300 可以具有 CIGSS(Cu(In，Ga) (Se, S)2)結晶結構、CISS(Cu(In) (Se, S)2)結晶結構或CGSS(Cu(Ga) (Se, S)2)結晶結構。
[0029]緩沖層400設置在光吸收層300上。緩沖層400可以包括CdS、ZnS、InXSY、InXSeYZn (O, OH)。緩沖層400的厚度可以在約50nm到約150nm的范圍內(nèi)，且能帶隙在約
2.2eV到約2.4eV的范圍內(nèi)。
[0030]高阻緩沖層500設置在緩沖層400上。高阻緩沖層500包括不摻雜質(zhì)的i_ZnO。高阻緩沖層500的能帶隙可以在約3.1eV到約3.3eV的范圍內(nèi)。高阻緩沖層500可以省略。
[0031]前電極層600可以設置在光吸收層300上。例如，前電極層600可以與光吸收層300上形成的高阻緩沖層500直接接觸。
[0032]前電極層600可以包括透明導電材料。另外，前電極層600可以具有N型半導體的特征。在這種情況下，前電極層600連同緩沖層400形成N型半導體，與作為P型半導體層的光吸收層300形成PN結。例如，前電極層600可以包括摻鋁氧化鋅(AZO)。前電極層600的厚度可以在約100nm到約500nm的范圍內(nèi)。
[0033]連接線700設置在太陽能電池的一個側面。連接線700將太陽能電池和其相鄰的另一太陽能電池進行電連接。
[0034]連接線700可以包括與前電極層600的材料相同的材料。例如，連接線700可以使用摻鋁氧化鋅(AZO)形成。
[0035]詳細地講，連接線700可以設置在背電極層200、光吸收層300、緩沖層400、高阻緩沖層500和前電極層600的一個側面。另外，連接線700設置在第一凹槽Pl上。詳細地講，連接線700與通過第一凹槽Pl露出的支撐基板直接接觸。
[0036]另外，連接線700可以只設置在第一凹槽Pl的一部分上。例如，連接線700可以設置在除Ρ1'區(qū)以外的第一凹槽Pl上。因此，連接線700通過Ρ1'區(qū)與背電極層200隔開。
[0037]在下文中，將參照圖3更詳細地描述連接線700。圖3是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池模塊。
[0038]參照圖3，本實施例所述的太陽能模塊包括設置在支撐基板100上的第一太陽能電池Cl和第二太陽能電池C2、以及插在第一太陽能電池Cl和第二太陽能電池C2之間的連接線700。第一太陽能電池Cl和第二太陽能電池C2指的是相鄰的太陽能電池。另外，雖然在圖3和實施例中只示出和描述了兩個太陽能電池，但本實施例不局限于此。實施例所述太陽能電池模塊可以包括多個太陽能電池。
[0039] 連接線700設置在第一太陽能電池Cl的一個側面，并與第二太陽能電池C2的一個側面隔開。在這種情況下，第二太陽能電池C2的所述一個側面是指與第一太陽能電池Cl的一個側面相鄰的那個側面。也就是，第二太陽能電池C2的所述一個側面可以面對第一太陽能電池Cl的所述一個側面。
[0040]詳細地講，連接線700分別設置在第一太陽能電池Cl的第一背電極210、第一光吸收部310、第一緩沖部410、第一高阻緩沖部510和第一前電極610的一個側面。在這種情況下，第一背電極210通過Ρ1‘區(qū)與連接線700隔開，使得第一背電極210可以與連接線700在電學上分離。另外，連接線700可以與第一背電極210、第一光吸收部310、第一緩沖部410、第一高阻緩沖部510和第一前電極610的一個側面直接接觸。
[0041]另外，連接線700可以設置在第一凹槽Pl上。詳細地講，連接線700可以與通過第一凹槽Pl露出的支撐基板直接接觸。第一凹槽Pl是指用于將第一背電極210與第二背電極220分開的圖案區(qū)。
[0042]另外，連接線700可以與第二背電極220的一個側面和/或第二背電極220的上表面直接接觸。也就是，連接線700可以在形成有第二背電極220的第二凹槽P2的一部分上形成。因此，第一太陽能電池Cl的第一前電極610可以通過連接線700電連接到第二背電極220。 [0043]另外，連接線700通過第三凹槽P3與第二太陽能電池C2的一個側面隔開。也就是，第三凹槽P3將第一太陽能電池與第二太陽能電池隔開。
[0044]根據(jù)一個實施例，連接線700的寬度可以隨著到支撐基板100的距離而相應地減小，但是，本實施例不限于此。例如，連接線700可以包括在第一背電極210和第二背電極220之間形成的第一連接區(qū)710、以及在第一前電極610和第二前電極620之間形成的第二連接區(qū)720。所示的第一連接區(qū)710和第二連接區(qū)720似乎是彼此可區(qū)分的，但是，這只是出于說明的目的。事實上，第一連接區(qū)710和第二連接區(qū)720可以彼此一體形成。另外，第一連接區(qū)710的寬度可以大于第二連接區(qū)720的寬度，但是，本實施例不限于此。
[0045]參照圖1和圖3，與現(xiàn)有技術不同的是，本實施例所述的太陽能電池模塊可以不包括Gl區(qū)和G2區(qū)。Gl區(qū)和G2區(qū)是非活性區(qū)(NAA)，太陽光所產(chǎn)生的電子不會轉移到這些區(qū)中。因此，本實施例所述的太陽能電池模塊可以減小非活性區(qū)(NAA)，從而提高光電轉化效率。
[0046]圖4到圖8是剖視圖，示出了實施例所述的太陽能電池模塊的制造方法。上述對太陽能電池和太陽能電池模塊的描述將通過引述結合于此。
[0047]參照圖4，在支撐基板100上形成背電極層200。背電極層200可以通過PVD (物理氣相沉積)方案或電鍍方案來形成。
[0048]背電極層100包括第一凹槽P1。也就是，背電極層200可以通過第一凹槽Pl來圖案化。第一凹槽Pl可以具有各種形狀，例如圖3所示的條形，或矩陣形狀。
[0049]例如，第一凹槽Pl的寬度可以在約50 μ m到約150 μ m的范圍內(nèi)。詳細地講，第一凹槽Pl的寬度可以在約100 μ m到約120 μ m的范圍內(nèi)，但是實施例不限于此。根據(jù)本實施例，第一凹槽Pl與現(xiàn)有技術中的第一凹槽相比加寬了，因此，在隨后的過程中可以形成第一凹槽Pl和第二凹槽P2的交疊區(qū)P12。
[0050]參照圖5，在背電極層200上形成光吸收層300、緩沖層400、高阻緩沖層500和前電極層600。
[0051]光吸收層300可以采用各種方案來形成，例如采用同時或分別蒸發(fā)Cu、In、Ga和Se形成Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)基光吸收層300的方案、以及在金屬前體層形成之后進行硒化過程的方案。
[0052]至于金屬前體層形成之后硒化過程的細節(jié)，采用Cu靶、In靶、或Ga靶通過濺射過程在背電極層200上形成金屬前體層。然后，金屬前體層經(jīng)歷硒化過程，從而形成Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)基光吸收層 300。
[0053]另外，采用Cu靶、In靶和Ga靶的濺射過程以及硒化過程可以同時進行。
[0054]此外，通過只采用Cu靶和In靶或只采用Cu靶和Ga靶的濺射過程和硒化過程可以形成CIS基或CIG基光吸收層300。
[0055]然后，采用CBD (化學浴沉積)方案通過在光吸收層300上沉積CdS可以形成緩沖層400。另外，通過濺射過程在緩沖層400上沉積ZnO，從而形成高阻緩沖層500。
[0056]然后，在高阻緩沖層500上形成前電極層600?？梢酝ㄟ^在高阻緩沖層500上沉積透明導電材料來形成前電極層600。透明導電材料可以包括摻鋁或硼的氧化鋅。例如，可以通過濺射摻鋁或硼的氧化鋅來形成前電極層600。
[0057]參照圖6，穿過光吸收層300、緩沖層400、高阻緩沖層500和前電極層600形成第二凹槽P2。第二凹槽P2的寬度可以在約120 μ m到約180 μ m的范圍內(nèi)，詳細地講，約140 μ m到約160 μ m，但本實施例不限于此。
[0058]光吸收層300、緩沖層400、高阻緩沖層500和前電極層600可以通過第二凹槽P2彼此隔開。例如，參照圖3，通過第二凹槽P2，第一光吸收部310與第二光吸收部320隔開，而第一前電極610與 第二前電極620隔開。
[0059]第二凹槽P2與第一凹槽Pl交疊，從而形成交疊區(qū)P12。交疊區(qū)P12的寬度可以在約20 μ m到約80 μ m的范圍內(nèi)，詳細地講,約40 μ m到約60 μ m,但實施例不限于此。根據(jù)實施例，第二凹槽P2與第一凹槽Pl交疊，從而可以減小由凹槽形成的非活性區(qū)(NAA)。因此，根據(jù)實施例所述方法制造的太陽能電池模塊可以具有提高的光電轉化效率。
[0060]參照圖7和圖8，在第一凹槽Pl和第二凹槽P2上形成連接線700。連接線700可以形成在第一凹槽Pl和第二凹槽P2的一部分上。例如，連接線700可以選擇性地形成在除Ρ1'區(qū)和P3區(qū)之外的第一凹槽Pl和第二凹槽P2上。另外，連接線700可以分別形成在背電極層200、光吸收層300和前電極層600的一個側面。
[0061 ] 可以采用形成前電極層600所用的過程來形成連接線700。例如，可以通過濺射過程來形成連接線700。也就是，通過進行濺射過程并改變?yōu)R射裝置的傾斜角可以形成前電極層600和連接線700。
[0062]根據(jù)本實施例，在不進行附加的圖案化過程的情況下，可以在形成連接線700時形成第三凹槽P3。例如，當在第二太陽能電池C2的一個側面形成連接線700時，濺射顆粒不會到達被第三太陽能電池C3擋住的A區(qū)。因此，由于第三太陽能電池C3的陰影效應，可以自動形成第三凹槽P3。通過第三凹槽P3，太陽能電池Cl、C2、C3…及Cn可以彼此隔開。
[0063]如上所述，根據(jù)實施例所述太陽能電池模塊的制造方法，可以省略形成第三凹槽P3的圖案化過程，從而可以縮短過程時間并降低制造成本。
[0064]在本說明書中每提及“一個實施例”、“某個實施例”、“示例性實施例”等時意味著，結合該實施例描述的具體特征、結構、或特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的此類短語不一定都是指同一實施例。另外，當結合任何實施例描述具體特征、結構、或特性時，應當認為，結合其他實施例實現(xiàn)該特征、結構、或特性落入本領域技術人員的能力范圍內(nèi)。
[0065]雖然參照本發(fā)明的若干說明性實施例對實施例進行了描述，但應該知道，本領域技術人員可以構思出很多其它的變型和實施例，這些變型和實施例落入本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)。更具體地講，在本發(fā)明公開、附圖和所附權利要求書的范圍內(nèi)，可以對主題組合結構的組成部分和/或排列作出各種改變和變型。除了所述組成部分和/或排列的改變和變型之外，其它用途對于本領域技術人員而言也是顯然的。
【權利要求】
1.一種太陽能電池，包括: 背電極層，形成在支撐基板上并包括用于露出所述支撐基板的第一凹槽； 光吸收層，形成在所述背電極層上以及所述第一凹槽的一部分上； 在所述光吸收層上的前電極層；以及 連接線，設置在所述前電極的一個側面、在所述光吸收層的一個側面以及在所述第一凹槽上。
2.如權利要求1所述的太陽能電池，其中，所述光吸收層設置在所述背電極層的上表面上和所述背電極層 的一個側面上。
3.如權利要求2所述的太陽能電池，其中，所述連接線包括: 與所述背電極層的一個側面隔開的第一連接區(qū)；以及 與所述前電極層的一個側面直接接觸的第二連接區(qū)， 其中，所述第一連接區(qū)的寬度大于所述第二連接區(qū)的寬度。
4.如權利要求3所述的太陽能電池，其中，所述第一連接區(qū)與所述第二連接區(qū)一體形成。
5.一種太陽能電池模塊，包括: 第一太陽能電池，其包括順序形成在支撐基板上的第一背電極、第一光吸收部和第一前電極； 第二太陽能電池，其包括順序形成在所述支撐基板上的第二背電極、第二光吸收部和第二前電極；以及 連接線，設置在所述第一太陽能電池和所述第二太陽能電池之間以將所述第一前電極和所述第一背電極電連接。
6.如權利要求5所述的太陽能電池模塊，其中，所述第一太陽能電池和所述第二太陽能電池彼此相鄰排列。
7.如權利要求5所述的太陽能電池模塊，其中，所述連接線設置在所述第一太陽能電池的一個側面，并與所述第二太陽能電池的一個側面隔開。
8.如權利要求7所述的太陽能電池模塊，其中，所述第一太陽能電池的所述一個側面面對所述第二太陽能電池的所述一個側面。
9.如權利要求5所述的太陽能電池模塊，其中，所述連接線包括: 在所述第一背電極和所述第二背電極之間的第一連接區(qū)；以及 在所述第一前電極和所述第二前電極之間的第二連接區(qū)， 其中，所述第一連接區(qū)的寬度大于所述第二連接區(qū)的寬度。
10.如權利要求9所述的太陽能電池模塊，其中，所述第一連接區(qū)與所述第二連接區(qū)一體形成。
11.如權利要求5所述的太陽能電池模塊,其中,所述第一背電極和第二背電極被第一凹槽隔開。
12.如權利要求11所述的太陽能電池模塊，其中，所述第一光吸收部和所述第二光吸收部被第二凹槽隔開，且所述第一前電極和所述第二前電極被所述第二凹槽隔開。
13.如權利要求12所述的太陽能電池模塊，其中，所述第一凹槽與所述第二凹槽交疊。
14.一種太陽能電池模塊的制造方法，該方法包括:在支撐基板上形成包括第一凹槽的背電極層； 在所述背電極層上形成光吸收層； 在所述光吸收層上形成前電極層； 穿過所述光吸收層和所述前電極層形成第二凹槽，使得所述第二凹槽與所述第一凹槽交疊；以及 在所述第一凹槽上和所述第二凹槽上形成連接線。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述前電極層與所述連接線一體形成。
16.如權利要求14所述的方法，其中，所述前電極層和所述連接線通過傾斜濺射過程形成。
17.如權利要求14所述的方法，其中，在形成所述連接線時，所述連接線形成在所述背電極層的一個側面、所述光吸收層的一個側面以及所述前電極層的一個側面。
18.如權利要求14所述的方法，其中，所述第一凹槽的寬度在50μπι到150μ m的范圍內(nèi)。
19.如權利要求14所述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽之間的交疊區(qū)的寬度在20 μ m到80 μ m的范圍內(nèi)。
【文檔編號】H01L31/032GK103988317SQ201280060665
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年6月21日 優(yōu)先權日:2011年10月11日
【發(fā)明者】李東根 申請人:Lg伊諾特有限公司