太陽能電池裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的太陽能電池裝置包括：支撐基板；在所述支撐基板上的背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；在所述光吸收層上的緩沖層；以及在所述緩沖層上的前電極層，其中，所述背電極層包括：具有第一厚度的第一電極部分；以及與所述第一電極部分相鄰并且具有小于所述第一厚度的第二厚度的第二電極部分。根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池裝置的制造方法包括以下步驟：在基板上形成背電極層；蝕刻所述背電極層；在所述背電極層上形成光吸收層；在所述光吸收層上形成緩沖層；以及在所述緩沖層上形成前電極層。
【專利說明】太陽能電池裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種太陽能電池裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于太陽能光伏發(fā)電的太陽能電池的制造方法如下:首先，制備基板以后，在所述基板上形成背電極層并且通過使用激光設(shè)備對該背電極層進(jìn)行圖案化，從而形成多個背電極。
[0003]此后，在所述背電極上依次形成光吸收層、緩沖層和高電阻緩沖層。為了形成上述光吸收層，已經(jīng)廣泛使用各種方法，例如，通過同時或者分別蒸鍍Cu、In、Ga和Se形成基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的光吸收層的方法，以及在金屬前體層形成以后進(jìn)行硒化工藝的方法。所述光吸收層的能量帶隙在約IeV至約1.SeV的范圍內(nèi)。
[0004]然后，通過濺射工藝在所述光吸收層上形成包含硫化鎘(CdS)的緩沖層。所述緩沖層的能量帶隙在約2.2eV至約2.4eV的范圍內(nèi)。在此之后，通過濺射工藝在緩沖層上形成包含氧化鋅(ZnO)的高電阻緩沖層。所述高電阻緩沖層的能量帶隙在約3.1eV至約3.3eV的范圍內(nèi)。
[0005]此后，在光吸收層、緩沖層和高電阻緩沖層中可以形成凹槽圖案。
[0006]然后，在高電阻緩沖層上層疊透明導(dǎo)電材料并且在凹槽圖案中填充該透明導(dǎo)電材料。因此，在高電阻緩沖層上形成透明電極層，并且在凹槽圖案中形成連接線。構(gòu)成所述透明電極層和所述連接線的材料可以包含鋁摻雜氧化鋅(AZO)。所述透明電極層的能量帶隙可以在約3.1eV至約3.3eV的范圍內(nèi)。
[0007]然后，在透明電極層中形成凹槽圖案，所以可以形成多個太陽能電池。透明電極和高電阻緩沖區(qū)分別與所述電池相對應(yīng)。所述透明電極和高電阻緩沖區(qū)可以設(shè)置為條狀或者矩陣形式。
[0008]透明電極和背電極相互錯開，所以所述透明電極通過連接線分別電連接到所述背電極。因此，太陽能電池可以相互串聯(lián)電連接。
[0009]如上所述，為了將太陽光轉(zhuǎn)換成電能，各種太陽能電池裝置已經(jīng)被制造并且使用。在韓國未經(jīng)審查的專利公開N0.10-2008-0088744中披露了上述太陽能電池裝置中的一種。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]技術(shù)問題
[0011]本發(fā)明提供一種能夠防止短路和具有改進(jìn)性能的太陽能電池裝置及其制造方法。
[0012]技術(shù)方案
[0013]根據(jù)本發(fā)明，提供一種太陽能電池裝置，包括:支撐基板；在所述支撐基板上的背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；在所述光吸收層上的緩沖層；以及在所述緩沖層上的前電極層，其中，所述背電極層包括:具有第一厚度的第一電極部分；以及與所述第一電極部分相鄰并且具有小于所述第一厚度的第二厚度的第二電極部分。
[0014]根據(jù)一個實(shí)施例，本發(fā)明提供一種太陽能電池裝置的制造方法，包括以下步驟:在基板上形成背電極層；蝕刻所述背電極層；在所述背電極層上形成光吸收層；在所述光吸收層上形成緩沖層；以及在所述緩沖層上形成前電極層。
[0015]有益效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池裝置，所述背電極層具有臺階差，所以可以增大連接部分和背電極層之間的接觸面積。從而，可以減少接觸電阻和串聯(lián)電阻，并且可以增大填充因子。因此，可以提高太陽能電池裝置的性能。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述的方法可以制造具有上述效果的太陽能電池裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的太陽能電池裝置板的平面圖；
[0019]圖2是沿圖1的A-A’線截取的剖視圖；
[0020]圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的太陽能電池裝置的板中包含的背電極層的透視圖；
[0021]圖4是示出根據(jù)第二實(shí)施例的太陽能電池裝置的板的剖視圖；以及
[0022]圖5至圖10是示出根據(jù)第一實(shí)施例的太陽能電池裝置的板的制造過程的示圖。
[0023]圖11是示出根據(jù)第二實(shí)施例的太陽能電池裝置的板的制造過程的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在實(shí)施例的描述中，應(yīng)理解，當(dāng)層、膜、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)被稱為位于另一基板、層、膜、或者另一圖案上或者下時，其可以直接或間接位于所述另一層、膜、圖案上，或者也可以存在一個或多個中間層。結(jié)合附圖來描述所述層的此類位置。
[0025]為了使描述簡便且清晰，附圖中所示的元件的厚度或大小可以被夸大，并且可以不完全反映實(shí)際大小。
[0026]在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述實(shí)施例。
[0027]首先，將參照圖1至3描述根據(jù)第一實(shí)施例的太陽能電池裝置。圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的太陽能電池裝置的板的平面圖。圖2是沿圖1的A-A’線截取的剖視圖。圖3是示出太陽能電池裝置的板中包含的背電極層的透視圖。
[0028]參照圖1至3，太陽能電池板包括:支撐基板100、背電極層200、光吸收層300、緩沖層400、前電極層500和多個連接器600。
[0029]支撐基板100呈板形并且支撐背電極層200、光吸收層300、緩沖層400、前電極層500和連接器600。
[0030]支撐基板100可以包含絕緣體。支撐基板100可以包括玻璃基板、塑料基板或者金屬基板。更詳言之，支撐基板100可以包括鈉鈣玻璃基板。支撐基板100可以是透明的或者可以是剛性或者柔性的。
[0031]背電極層200設(shè)置在支撐基板100上。背電極層200可以是導(dǎo)電層。背電極層200可以包含金屬，例如鑰。
[0032]另外，背電極層200可以包括至少兩個層。在這種情況下，通過使用同種金屬或者異種金屬可以形成所述層。[0033]背電極層200可以包括:第一電極部分210、第二電極部分220和第三電極部分230。
[0034]第一電極部分210具有第一厚度THl。第一厚度THl可以是I μ m或者I μ m以下。
[0035]第二電極部分220與第一電極部分210相鄰，并且具有比第一厚度THl薄的第二厚度TH2。
[0036]第三電極部分230與第二電極部分220相鄰，并且具有比第二厚度TH2薄的第三厚度TH3。第三厚度可以是500 μ m或者500 μ m以下。
[0037]第一至第三電極部分210至230可以一體地形成。
[0038]因此，參照圖3，可以在背電極層200中形成臺階差。
[0039]參照圖2，背電極層200的頂面是粗糙的。原因是背電極層200通過蝕刻形成。由于背電極層200是粗糙的，增加了比表面，所以可以提高短路電流密度。
[0040]第一通孔Fl形成在背電極層200中。第一通孔Fl是用來暴露支撐基板100的頂面的開放區(qū)域。當(dāng)在平面圖中看時，第一通孔Fl可以具有在第一方向上延伸的形狀。
[0041]第一通孔Fl的寬度可以在約80 μ m至約200 μπι的范圍內(nèi)。
[0042]背電極層200被第一通孔Fl劃分成多個背電極。也就是說，所述背電極通過第一通孔Fl限定。
[0043]所述背電極通過第一通孔Fl彼此隔開。所述背電極排列為條狀形式。
[0044]另外，所述背電極可以排列為矩陣形式。在這種情況下，當(dāng)在平面圖中看時，第一通孔Fl可以排列為點(diǎn)陣形式。
[0045]光吸收層300設(shè)置在背電極層200上。此外，構(gòu)成光吸收層300的材料填充在第一通孔Fl中。
[0046]光吸收層300包含1-1I1-VI族化合物。例如，光吸收層300可以具有Cu (In，Ga)Se2 (CIGS)晶體結(jié)構(gòu)、Cu (In) Se2晶體結(jié)構(gòu)或者Cu (Ga) Se2晶體結(jié)構(gòu)。
[0047]光吸收層300的能量帶隙可以在約IeV至約1.8eV的范圍內(nèi)。
[0048]緩沖層400設(shè)置在光吸收層300上。緩沖層400直接接觸光吸收層300.[0049]盡管未描述，高電阻緩沖層可以設(shè)置在緩沖層400上。高電阻緩沖層500可以包含1-ZnO，即未摻雜雜質(zhì)的氧化鋅。高電阻緩沖層500的能量帶隙在約3.1eV至約3.3eV的范圍內(nèi)。
[0050]光吸收層300和緩沖層400中形成有第二通孔F2。第二通孔F2通過光吸收層300形成。而且，第二通孔F2是用于暴露背電極層200頂面的開放區(qū)域。第二通孔F2與第一通孔Fl相鄰。而且，當(dāng)在平面圖中看時，第二通孔F2的各部分形成在第一通孔Fl的旁邊。第二通孔F2具有在第一方向上延伸的形狀。
[0051]每一個第二通孔F2的寬度可以在約80 μ m至約200 μπι范圍內(nèi)。
[0052]多個光吸收部分通過第二通孔F2限定在光吸收層300中。也就是說，光吸收層300被第二通孔F2劃分成所述光吸收部分。
[0053]多個緩沖區(qū)通過第二通孔F2限定在緩沖層400中。也就是說，緩沖層400被第二通孔F2劃分成多個緩沖區(qū)。
[0054]前電極層500設(shè)置在光吸收層300上。更詳言之，前電極層500設(shè)置在緩沖層400上。前電極層500是透明的，并且包括導(dǎo)電層。此外，前電極層500的電阻大于背電極層200的電阻。
[0055]前電極層500包含氧化物。例如，前電極層500可以包含鋁摻雜氧化鋅(AZO)、銦鋅氧化物(IZO)或者銦錫氧化物(ITO)。
[0056]前電極層500的厚度在約500nm至約1.5μπι的范圍內(nèi)。前電極層500通過第二通孔F2可以被自動地圖案化。而且，當(dāng)前電極層500可以由鋁摻雜氧化鋅形成時，鋁的摻雜比例可以在約2.5wt%至約3.5wt%的范圍內(nèi)。前電極層500是導(dǎo)電層。
[0057]前電極層500被第二通孔F2劃分成多個前電極。也就是說，所述前電極通過第三通孔F3限定。
[0058]前電極排列成條狀形式。另外，前電極可以排列成矩陣形式。
[0059]此外，多個電池C1、C2，…，通過第二通孔TH2限定。也就是說，根據(jù)本實(shí)施例的太陽能電池裝置被第二通孔F2劃分成電池Cl、C2,…。此外，電池Cl、C2,…在與第一方向交叉的第二方向上相互連接。也就是說，電流可以在第二方向上流過電池C1、C2，…。
[0060]連接器600布置在第二通孔F2的內(nèi)側(cè)。連接器600可以放置在第三電極部分230上。連接器600可以連接至第三電極部分230的頂面和第二電極部分220的側(cè)面221。也就是說，可以增大連接器600和背電極層200之間的接觸面積。因此，可以減少接觸電阻和串聯(lián)電阻，并且可以增大填充因子。從而，可以提高太陽能電池裝置的性能。
[0061]連接部分600從前電極層500向下延伸以連接到背電極層200。例如，連接部分600從第一電池Cl的前電極延伸以連接到第二電池C2的背電極。
[0062]因此，連接部分600使相鄰的太陽能電池彼此連接。更詳言之，連接部分600將包含在相鄰電池Cl、C2，…中的前電極和后電極彼此連接。
[0063]連接部分600與前電極層500 —體地形成。也就是說，構(gòu)成連接部分600的材料與構(gòu)成前電極層500的材料相同。
[0064]在下文中，將參照圖4描述根據(jù)第二實(shí)施例的太陽能電池裝置。在下述描述中，為了描述簡便且清晰，將省略與第一實(shí)施例中相同或者相似的結(jié)構(gòu)和部件的細(xì)節(jié)。
[0065]圖4是示出根據(jù)第二實(shí)施例的太陽能電池裝置的板的剖視圖。
[0066]參照圖4，在根據(jù)第二實(shí)施例的太陽能電池裝置中，前電極層500或者連接部分600可以連接到第三電極部分230的頂面231以及第二電極部分220的側(cè)面221和頂面。從而，可以增大連接部分600和背電極層200之間的接觸面積。因此，可以減小接觸電阻和串聯(lián)電阻，并且可以增大填充因子。從而，可以提高太陽能電池裝置的性能。
[0067]在下文中，將參照圖5至10描述根據(jù)第一實(shí)施例的太陽能電池裝置的制造方法。圖5至圖10是示出根據(jù)第一實(shí)施例的太陽能電池裝置的制造過程的示圖。
[0068]參照圖5，在在基板上形成背電極層200的步驟中，在支撐基板100上形成背電極200。例如，用于背電極層200的材料包含鑰。背電極層200可以通過在相互不同的條件下進(jìn)行所述工藝而制備為兩層或者兩層以上。
[0069]參照圖6，背電極層200被圖案化以形成第一通孔F1。因此，多個背電極形成在支撐基板100上。背電極層200通過使用激光裝置被圖案化。
[0070] 背電極層200可以通過蝕刻背電極層200的步驟被蝕刻。在該蝕刻步驟中，背電極層200可以被蝕刻成具有第一至第三電極部分210至230。也就是說，背電極層200可以分別被蝕刻成具有第一至第三厚度THl至TH3的第一至第三電極部分210至230。[0071]在蝕刻步驟中，可以進(jìn)行半色調(diào)蝕刻。通過使用由光致抗蝕劑制造的掩膜進(jìn)行所述半色調(diào)蝕刻。詳言之，根據(jù)所述半色調(diào)蝕刻，通過改變施加到掩膜的光的透射率然后進(jìn)行蝕刻來制備所述掩膜。更詳言之，制備了與待制造的背電極層200的形狀相對應(yīng)的掩膜以后，將所述掩膜放置在背電極層200上，并進(jìn)行蝕刻工藝，所以可以制造具有對應(yīng)于掩膜形狀的形狀的背電極層200。
[0072]背電極層200通過蝕刻可以具有臺階差和粗糙頂面。
[0073]參照圖7，進(jìn)行在背電極層200上形成光吸收層300的步驟。光吸收層300可以通過濺射工藝或者蒸鍍工藝形成。
[0074]例如，為了形成光吸收層300，已經(jīng)廣泛使用各種方法，諸如通過同時或者分別蒸鍍Cu、In、Ga和Se形成基于Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)的光吸收層的方法以及在形成金屬前體層以后進(jìn)行硒化工藝的方法。
[0075]關(guān)于在形成金屬前體層以后的硒化工藝的細(xì)節(jié)，采用Cu靶、In靶或者Ga靶通過濺射工藝在背電極層200上形成所述金屬前體層。
[0076]其后，所述金屬前體層經(jīng)過硒化工藝從而形成基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的光吸收層300。
[0077]另外，采用Cu靶、In靶以及Ga靶的濺射工藝和硒化工藝可以同時進(jìn)行。
[0078]而且，基于CIS或者CIG的光吸收層300可以通過僅僅采用Cu和In靶或者Cu和Ga靶的濺射工藝和硒化工藝形成。
[0079]然后，參照圖8，進(jìn)行在光吸收層300上形成緩沖層400的步驟。在該步驟中，緩沖層400通過經(jīng)由濺射工藝或者CBD(化學(xué)浴沉積)方法在光吸收層300上沉積CdS形成。
[0080]其后，盡管未示出，高電阻緩沖層500通過經(jīng)由濺射工藝在緩沖層400上沉積氧化鋅形成。
[0081]緩沖層400和高電阻緩沖層500以薄厚度沉積。例如，緩沖層400和高電阻緩沖層500的厚度在約Inm至約80nm的范圍內(nèi)。
[0082]參照圖9，進(jìn)行在緩沖層400上形成前電極層500的步驟。前電極層500可以通過經(jīng)由濺射工藝在緩沖層400上沉積諸如鋁(Al)摻雜氧化鋅(AZO)的透明導(dǎo)電材料形成。
[0083]參照圖10，去除光吸收層300和緩沖層400的一部分以形成第二通孔F2。第三電極部分230的頂面可以通過第二通孔F2暴露。
[0084]第二通孔F2可以通過激光裝置或者諸如尖頭工具的機(jī)械裝置形成。
[0085]光吸收層300和緩沖層400可以被尖頭工具機(jī)械地圖案化。尖頭工具的寬度可以在約40 μ m至約180 μ m的范圍內(nèi)。
[0086]透明導(dǎo)電材料可以沉積在第二通孔F2中以形成連接部分。因此，所述連接部分可以連接到第三電極部分230的頂面231和第二電極部分220的側(cè)面221。
[0087]而且，第三通孔F3形成在光吸收層300、緩沖層400和前電極層500中。第三通孔F3穿過光吸收層300、緩沖層400和前電極層500形成。而且，第三通孔F3可以暴露第二電極部分220的頂面的一部分。
[0088]第三通孔F3與第二通孔F2相鄰。更詳言之，第三通孔F3布置在第二通孔F2的旁邊。也就是說，當(dāng)在平面圖上看時，第三通孔F3布置為與第二通孔F2平行并且在第二通孔F2旁邊。第三通孔F3可以具有在第一方向上延伸的形狀。[0089]前電極層500被第二和第三通孔F2和F3劃分成多個前電極。也就是說，所述前電極通過第二通孔F2和第三通孔F3限定。
[0090]另外，多個電池Cl、C2...和Cn通過第三通孔F3限定。更詳言之，所述電池C1、C2…和Cn通過第二通孔F2和第三通孔F3限定。也就是說，根據(jù)該實(shí)施例的太陽能電池裝置被第二通孔F2和第三通孔F3劃分成所述電池Cl、C2…和Cn。另外，所述電池Cl、C2…和Cn在與第一方向交叉的第二方向上相互連接。也就是說，電流可以在第二方向上流過所述電池C1、C2…和Cn。
[0091]前電極通過第三通孔F3可以可靠地相互分開。也就是說，通過第三通孔F3，所述電池可以相互分開。從而，第三通孔F3可以防止前電極短路。
[0092]在下文中，將參照圖11描述根據(jù)第二實(shí)施例的太陽能電池裝置的制造方法。圖11是示出根據(jù)第二實(shí)施例的太陽能電池的板的制造過程的示圖。
[0093]在根據(jù)第二實(shí)施例的太陽能電池裝置的制造方法中，第二通孔F2和第三通孔F3可以一體形成而不被相互分開。因此，在它們上形成的連接部分可以與第三電極部分230的頂面和第二電極部分220的頂面和側(cè)面接觸。也就是說，通過確保較大的接觸面積，可以提高太陽能電池裝置的效率。
[0094]在本說明書中，任何對于“一個實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“示例性實(shí)施例”等的參考指的是結(jié)合所述實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性包含在本發(fā)明的至少一個實(shí)施例中。在說明書中各個地方出現(xiàn)的這類短語不一定都是指相同的實(shí)施例。而且，當(dāng)結(jié)合任何實(shí)施例描述特定特征、結(jié) 構(gòu)或者特性時，結(jié)合其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這些特征、結(jié)構(gòu)或特性應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是在本領(lǐng)域技術(shù)人員能力范圍內(nèi)。
[0095]盡管已參考本發(fā)明的數(shù)個說明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以構(gòu)思出歸入本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)的眾多其他修改和實(shí)施例。更具體地講，在本說明書、附圖和所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的主題組合布置的組成部分和/或布置上的各種變化和修改是可能的。除了在組成部分和/或布置上的變化和修改以外，替代使用對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員也是顯然的。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池裝置，包括: 支撐基板； 在所述支撐基板上的背電極層； 在所述背電極層上的光吸收層； 在所述光吸收層上的緩沖層；以及 在所述緩沖層上的前電極層， 其中，所述背電極層包括: 具有第一厚度的第一電極部分；以及 與所述第一電極部分相鄰并且具有小于所述第一厚度的第二厚度的第二電極部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池裝置，還包括與所述第二電極部分相鄰并且具有小于所述第二厚度的第三厚度的第三電極部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池裝置，其中，所述第一電極部分、所述第二電極部分和所述第三電極部分相互一體地形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池裝置，其中，所述第一厚度為Iμ m或者I μ m以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池裝置，其中，所述第三厚度為500nm或者500nm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池裝置，其中，所述背電極層具有臺階差。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池裝置，其中，所述前電極層連接到所述第二電極部分的側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池裝置，其中，所述前電極層連接到所述第三電極部分的頂面。
9.一種太陽能電池裝置的制造方法，所述方法包括: 在基板上形成背電極層； 蝕刻所述背電極層； 在所述背電極層上形成光吸收層； 在所述光吸收層上形成緩沖層；以及 在所述緩沖層上形成前電極層， 其中，所述背電極層的蝕刻包括半色調(diào)蝕刻。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，進(jìn)行所述背電極層的蝕刻以使得所述背電極包括具有第一厚度的第一電極部分和與所述第一電極部分相鄰并且具有小于所述第一厚度的第二厚度的第二電極部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，進(jìn)行所述背電極層的蝕刻以使得所述背電極還包括與所述第二電極部分相鄰并且具有小于所述第二厚度的第三厚度的第三電極部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第一厚度為Iμπι或者I μπι以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第三厚度為500nm或者500nm以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述背電極層的蝕刻包括在所述背電極層中形成臺階差。
【文檔編號】H01L31/0463GK104011876SQ201280062737
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月18日
【發(fā)明者】林真宇 申請人:Lg伊諾特有限公司