太阳能电池和制造太阳能电池的方法

摘要

公开了一种太阳能电池和一种制造太阳能电池的方法。该方法包括：在衬底上形成背电极层；穿过背电极层形成第一通孔；在背电极层上形成光吸收层；在光吸收层上形成缓冲层；以及穿过缓冲层和光吸收层形成第二通孔。在第一通孔和第二通孔之间的距离是大约40μm或者更大。

权利要求

1.一种制造太阳能电池的方法，所述方法包括：在衬底上形成背电极层；

穿过所述背电极层形成第一通孔；

在所述背电极层上形成光吸收层；

在所述光吸收层上形成缓冲层；以及

穿过所述缓冲层和所述光吸收层形成第二通孔，其中，在形成所述光吸收层的步骤中，所述第一通孔被弯曲，其中，所述第一通孔与所述第二通孔部分地重叠，同时部分地彼此间隔开，其中，所述第一通孔与所述第二通孔之间的间隔在40μm至200μm的范围内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一通孔具有在80μm至200μm的范围内的宽度，并且所述第二通孔具有在100μm至200μm的范围内的宽度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在穿过所述缓冲层和所述光吸收层形成所述第二通孔的步骤中，所述第一通孔与所述第二通孔重叠。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一通孔和所述第二通孔彼此重叠了所述第二通孔的整个宽度的1％至20％。

5.一种太阳能电池，包括：

衬底；

在所述衬底上的背电极层；

在所述背电极层上的光吸收层；以及

在所述光吸收层上的缓冲

层，

其中，穿过所述背电极层形成第一通孔，穿过所述缓冲层和所述光吸收层形成第二通孔，其中，所述第一通孔被弯曲，并且所述第一通孔与所述第二通孔部分地重叠，同时部分地彼此间隔开，其中，所述第一通孔与所述第二通孔之间的间隔在40μm至200μm的范围内。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述第一通孔具有在80μm至200μm的范围内的宽度，并且所述第二通孔具有在100μm至200μm的范围内的宽度。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中，所述第一通孔和所述第二通孔彼此重叠了所述第二通孔的整个宽度的1％至20％。

8.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述第一通孔在其两个端部处或者在其中心部分处与所述第二通孔重叠。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述第一通孔在其中心部分处与所述第二通孔重叠，所述第一通孔沿着从其中心部分朝向其两个端部延伸的方向与所述第二通孔间隔开。

10.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述第一通孔在其两个端部处与所述第二通孔重叠，所述第一通孔沿着从其两个端部朝向其中心部分延伸的方向与所述第二通孔间隔开。

说明书

太阳能电池和制造太阳能电池的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种太阳能电池和一种制造太阳能电池的方法。

背景技术

[0002] 制造用于太阳光发电的太阳能电池的方法如下。首先，在制备衬底之后，将背电极层形成在衬底上并且借助于激光对其构图以形成多个背电极。

[0003] 其后，将光吸收层、缓冲层以及高阻抗缓冲层顺序地形成在背电极上。通过同时或者单独地蒸镀铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)以及(Se)形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层的方案和在金属前体膜已经形成之后执行硒化工艺的方案已经被广泛地使用，以便形成光吸收层。光吸收层的能量带隙处于大约1eV至1.8eV的范围中。

[0004] 然后，通过溅射工艺，将包括硫化镉(CdS)的缓冲层形成在光吸收层上。缓冲层的能量带隙可以处于大约2.2eV至2.4eV的范围内。然后，通过溅射工艺，将包括氧化锌(ZnO)的高阻抗缓冲层形成在缓冲层上。高阻抗缓冲层的能量带隙处于大约3.1eV至大约3.3eV的范围内。

[0005] 其后，孔图案可以形成在光吸收层、缓冲层以及高阻抗缓冲层中。

[0006] 然后，透明导电材料层压在高阻抗缓冲层上，并且孔图案填充有透明导电材料。因此，透明电极层形成在高阻抗缓冲层上，并且连接导线形成在孔图案内。组成透明电极层和连接导线的材料可以包括掺杂铝的氧化锌(AZO)。透明电极层的能量带隙可以处于大约3.1eV至3.3eV的范围中。

[0007] 然后，孔图案形成在透明电极层中，从而可以形成多个太阳能电池。透明电极和高阻抗缓冲层分别对应于这些电池。透明电极和高阻抗缓冲层可以以条带或者矩阵的形式设置。

[0008] 透明电极和背电极彼此不对准并且借助于连接导线彼此电连接。因此，太阳能电池可以串联地彼此电连接。

[0009] 如上所述，为了将太阳光转换成电能，各种太阳能电池设备已经被制造和使用。在韩国未经审查的专利公开No.10-2008-0088744中公开太阳能电池设备之一。

[0010] 同时，根据现有技术，因为以500℃的高温执行沉积光吸收层的工艺，所以当光吸收层被沉积时，支撑衬底可能弯曲。因此，通过背电极层形成的第一通孔可以被一起弯曲。因此，第一通孔可以与通过缓冲层和光吸收层形成的第二通孔重叠。

[0011] 因此，在根据现有技术的工艺中，为了防止第一通孔重叠第二通孔，考虑到第一通孔的弯曲，第一通孔与第二通孔间隔开足够的间隔。

[0012] 然而，随着第一通孔和第二通孔之间的间隔增加，其中产生电力的死区增加，从而降低了太阳能电池的效率。

[0013] 因此，要求能够通过适当地调节第一通孔和第二通孔之间的间隔减少死区的太阳能电池和制造该太阳能电池的方法。

发明内容

[0014] 技术问题

[0015] 本实施例提供一种具有光电转换效率的太阳能电池及一种制造太阳能电池的方法。

[0016] 问题的解决方案

[0017] 根据本实施例，提供一种制造太阳能电池的方法。该方法包括：在衬底上形成背电极层；穿过背电极层形成第一通孔；在背电极层上形成光吸收层；在光吸收层上形成缓冲层；以及穿过缓冲层和光吸收层形成第二通孔。在第一通孔和第二通孔之间的距离是大约40μm或者更大。

[0018] 根据实施例，提供一种太阳能电池，包括：衬底；在衬底上的背电极层；在背电极层上的光吸收层；以及在光吸收层上的缓冲层。穿过背电极层形成第一通孔，穿过缓冲层和光吸收层形成第二通孔，并且第一通孔与第二通孔重叠。

[0019] 本发明的有利效果

[0020] 如上所述，根据太阳能电池和制造太阳能电池的方法，在第一通孔和第二通孔之间的间隔被最小化，从而能够减小其中在太阳能电池中没有产生电力的无效区域，即死区。

[0021] 换言之，按照常规，当形成第一通孔TH1和第二通孔TH2时，考虑到第一通孔TH1的弯曲，第一通孔TH1与第二通孔TH2间隔开足够的间隔，使得第一通孔TH1不与第二通孔TH2重叠，从而增加死区。

[0022] 然而，根据实施例的太阳能电池和制造太阳能电池的方法，在第一通孔和第二通孔之间的间隔被最小化，从而能够减小死区。因此，能够提高太阳能电池的整体效率。

附图说明

[0023] 图1是示出根据实施例的太阳能电池的平面图。

[0024] 图2是示出根据实施例的太阳能电池的一个截面的截面图。

[0025] 图3至图5是示出根据实施例的太阳能电池的另一截面的截面图。

[0026] 图6至图12是示出根据实施例的制造太阳能电池的方法的截面图。

具体实施方式

[0027] 在实施例的下面的描述中，将会理解的是，当层膜、区域、图案或者结构被称为是在另一衬底、层膜、区域、垫或者图案“上”或者“下”时，它能够“直接地”或者“间接地”在另一衬底、层膜、区域、垫或者图案上，或者也可以存在一个或者更多个中间层。将会参考附图描述每个层的这样的位置。

[0028] 为了方便或清楚起见，在附图中示出的每个层膜、区域、图案或者结构的厚度和尺寸可以被修改。另外，每个层膜、区域、图案或者结构的尺寸不完全地反映实际尺寸。

[0029] 在下文中，将会参考附图详细地描述实施例。

[0030] 在下文中，将会参考图1至图10详细地描述根据实施例的太阳能电池。图1是示出根据实施例的太阳能电池的平面图，并且图2是示出根据实施例的太阳能电池的截面图。图3至图10是示出制造根据实施例的太阳能电池的方法的截面图。

[0031] 参考图1至图5，根据实施例的太阳能电池包括支撑衬底100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、以及前电极层500。

[0032] 支撑衬底100具有板的形状并且支撑背电极层200、光吸收层300、缓冲层400以及前电极层500。

[0033] 支撑衬底100可以包括绝缘体。支撑衬底100可以包括玻璃衬底、塑料衬底或者金属衬底。更加详细地，支撑衬底100可以包括钙钠玻璃衬底。可替选地，支撑衬底100可以包括陶瓷衬底，该陶瓷衬底包括氧化铝、不锈钢或者具有柔性特性的聚合体。支撑衬底100可以是透明的。支撑衬底100可以是刚性的或者柔性的。

[0034] 背电极层200设置在支撑衬底100上。背电极层200是导电层，且背电极层200可以包括钼(Mo)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)以及铜(Cu)中的一种。在它们当中，特别地，当与其它元素相比较时，Mo与支撑衬底100在热膨胀系数方面的差异上较小，使得Mo呈现优异的粘附特性，从而防止上述脱层现象。

[0035] 另外，背电极层200可以包括至少两个层。在这样的情况下，这些层可以包括相同的金属或者不同的金属。

[0036] 第一通孔TH1形成在背电极层200中。稍后将会详细描述第一通孔TH1。

[0037] 光吸收层300设置在背电极层200上。组成光吸收层300的材料填充在第一通孔TH1中。

[0038] 光吸收层300可以包括I-III-VI族基化合物。例如，光吸收层300可以具有Cu(In,Ga)Se2(CIGS)晶体结构、Cu(In)Se2晶体结构或者Cu(Ga)Se2晶体结构。

[0039] 光吸收层300可以具有在1eV至1.8eV的范围内的能量带隙。

[0040] 缓冲层400设置在光吸收层300上，并且缓冲层400直接地接触光吸收层300。缓冲层400包括CdS、ZnS、InXSY、InXSeYZn、O以及OH。缓冲层400的厚度可以在大约50nm至大约150nm的范围内。缓冲层400的能量带隙可以在大约2.2eV至大约2.4eV的范围内。

[0041] 高阻抗缓冲层可以进一步设置在缓冲层400上。高阻抗缓冲层包括i-ZnO，该i-ZnO没有掺杂有杂质。高阻抗缓冲层的能量带隙可以在大约3.1eV至大约3.3eV的范围中。另外，高阻抗缓冲层可以被省略。

[0042] 第二通孔TH2可以形成在缓冲层400上。下面将会描述第二通孔TH2。

[0043] 前电极层500设置在缓冲层400上。当高阻抗缓冲层被形成时，前电极层500设置在高阻抗缓冲层上。前电极层500是透明的。前电极层500是导电层。另外，前电极层500的阻抗比背电极层200的阻抗高。

[0044] 前电极层500包括氧化物。例如，组成前电极层500的材料可以包括掺杂Al的氧化锌(AZO)、氧化铟锌(IZO)或者氧化铟锡(ITO)。

[0045] 前电极层500可以具有在大约500nm至大约1.5μm的范围中的厚度。另外，如果前电极层500包括掺杂Al的ZnO，则Al可以被掺杂有大约2.5wt％至大约3.5wt％的含量。

[0046] 缓冲层400和前电极层500在其中形成有第三通孔TH3。通过缓冲层400、高阻抗缓冲层以及前电极层500的一部分或整个部分可以形成第三通孔TH3。换言之，第三通孔TH3可以使背电极层200的顶表面暴露。

[0047] 第三通孔TH3形成为与第二通孔TH2相邻。详细地，第三通孔TH3设置在第二通孔TH2旁边。换言之，当在平面图中看时，第三通孔TH3设置成与第二通孔TH2平行。第三通孔TH3可以具有在第一方向上延伸的形状。

[0048] 通过前电极层500形成第三通孔TH3。详细地，通过光吸收层300、缓冲层400以及/或者高阻抗缓冲层的一部分或者整个部分可以形成第三通孔TH3。

[0049] 借助于第三通孔TH3，前电极层500被划分为多个前电极。换言之，借助于第三通孔TH3限定这些前电极。

[0050] 每个前电极具有与每个背电极的形状相对应的形状。换言之，这些前电极布置成条带的形状。可替选地，这些前电极可以被布置成矩阵的形状。

[0051] 另外，借助于第三通孔TH3限定多个太阳能电池C1、C2、…以及Cn。详细地，借助于第二通孔TH2和第三通孔TH3限定太阳能电池C1、C2、…以及Cn。换言之，借助于第二通孔TH2和第三通孔TH3，根据实施例的太阳能电池设备被划分成太阳能电池C1、C2、…以及Cn。

[0052] 换言之，太阳能电池面板10包括支撑衬底100和太阳能电池C1、C2、…以及Cn。太阳能电池C1、C2、…以及Cn设置在支撑衬底100上，并且彼此间隔开预定的间隔。

[0053] 连接部分设置在第二通孔TH2中。连接部分从前电极层500向下延伸，同时接触背电极层200。例如，连接部分从第一电池C1的前电极延伸以接触第二电池C2的背电极。

[0054] 另外，连接部分连接彼此相邻的太阳能电池。连接部分分别连接在相邻太阳能电池中包括的前电极和背电极。

[0055] 连接部分与前电极层500一体化。另外，组成连接部分的材料与组成前电极层500的材料相同。

[0056] 在下文中，将会参考图3至图5描述根据实施例的第一通孔TH1和第二通孔TH2。

[0057] 第一通孔TH1是敞开区域以使支撑衬底100的顶表面暴露。当在平面图中看时，第一通孔TH1可以具有在第一方向上延伸的形状。第一通孔TH1中的每一个均可以具有在大约80μm至大约200μm的范围中的宽度，但是实施例不限于此。

[0058] 借助于第一通孔TH1将背电极层200划分成多个背电极。换言之，由第一通孔TH1限定这些背电极。

[0059] 借助于第一通孔TH1将这些背电极彼此间隔开。这些背电极以带的形式布置。

[0060] 可替选地，这些背电极可以以矩阵的形式布置。在这样的情况下，当在平面图中看时，第一通孔TH1可以以栅格的形式设置。

[0061] 第二通孔TH2是敞开区域以使支撑衬底100的顶表面和背电极层200的顶表面暴露。第二通孔TH2可以形成为与第一通孔TH1平行。当在平面图中看时，第二通孔TH2可以具有在一个方向上延伸的形状。第二通孔TH2可以具有大约100μm至大约200μm的宽度，但是实施例不限于此。

[0062] 借助于第二通孔TH2，多个缓冲层被限定在缓冲层400中。换言之，借助于第二通孔TH2将缓冲层400划分成这些缓冲层。

[0063] 第一通孔TH1可以与第二通孔TH2间隔开预定的间隔。详细地，第一通孔TH1部分地重叠第二通孔TH2，同时部分地彼此间隔开。

[0064] 第一通孔TH1中的每一个在其两个端部处或者在其中心部分处均与第二通孔TH2中的每一个重叠。当第一通孔TH1在其中心部分处与第二通孔TH2重叠时，则第一通孔TH1可以沿着从其中心部分朝向其两个端部延伸的方向与第二通孔TH2间隔开。另外，当第一通孔TH1在其两个端部处与第二通孔TH2重叠时，则第一通孔TH1可以沿着从其两个端部朝向其中心部分延伸的方向与第二通孔TH2间隔开。

[0065] 换言之，在第一通孔TH1弯曲的方向上，第一通孔TH1与第二通孔TH2间隔开预定的间隔。

[0066] 在这样的情况下，如在图4中所示，当第一通孔TH1弯曲时，在第一通孔TH1和第二通孔TH2之间的间隔d1可以是大约40μm或者更大。优选地，在第一通孔TH1和第二通孔TH2之间的间隔d1可以是在大约40μm至大约200μm的范围内。

[0067] 另外，如在图5中所示，当第一通孔TH1是弯曲的时，在第一通孔TH1和第二通孔TH2之间的间隔d2可以是大约40μm或者更大。优选地，在第一通孔TH1和第二通孔TH2之间的间隔d2可以是在大约40μm至大约200μm的范围内。

[0068] 另外，可以以预定的比例重叠第一通孔TH1和第二通孔TH2。详细地，第二通孔TH2可以与第一通孔TH1重叠第二通孔TH2宽度的1％至20％。例如，当第二通孔HT2的宽度是100μm时，第二通孔TH2与第一通孔TH1重叠了在1μm至40μm的范围内的宽度。

[0069] 通过考虑借助于第二通孔TH2彼此连接的前电极层和背电极层的效率而设置在第一通孔TH1和第二通孔TH2之间的重叠比例的范围。换言之，当第二通孔TH2与第一通孔TH1重叠了1％至20％时，在前电极层和背电极层之间的连接没有被影响。因此，没有降低太阳能电池的整体效率。

[0070] 虽然为了解释，图3至图5示出一个第一通孔TH1和一个第二通孔TH2，但是实施例不限于此。根据实施例，理所当然，可以形成多个第一通孔TH1和多个第二通孔TH2。

[0071] 另外，在第一通孔TH1和第二通孔TH2之间的间隔被最小化，从而能够减小其中在太阳能电池中没有产生电力的无效区域，即死区。

[0072] 换言之，按照常规，当形成第一通孔TH1和第二通孔TH2时，考虑到第一通孔TH1的弯曲而将第一通孔TH1与第二通孔TH2间隔开足够的间隔，使得第一通孔TH1不与第二通孔TH2重叠，从而增加死区。

[0073] 然而，根据实施例的太阳能电池，在第一通孔TH1和第二通孔TH2之间的间隔被最小化，从而能够减小其中在太阳能电池中没有产生电力的死区。因此，能够提高太阳能电池的整体效率。

[0074] 在下文中，参考图6至图12描述制造根据实施例的太阳能电池的方法。图3至图10是示出制造根据实施例的太阳能电池的方法的视图。太阳能电池的上述描述将会合并在制造太阳能电池的方法的描述中。

[0075] 参考图6，背电极层200形成在支撑衬底100上。通过物理汽相沉积PVD或者镀覆方案可以形成背电极层200。

[0076] 其后，参考图7，通过对背电极层200构图形成第一通孔TH1。因此，多个背电极形成在支撑衬底100上。通过激光对背电极层200进行构图。

[0077] 每个第一通孔TH1可以使支撑衬底100的顶表面暴露，并且具有大约80μm至大约200μm的宽度，但是实施例不限于此。

[0078] 另外，诸如抗扩散层的附加层可以插入在支撑衬底100和背电极层200之间。在这样的情况下，第一通孔TH1使附加层的顶表面暴露。

[0079] 其后，参考图8，光吸收层300形成在背电极层200上。通过溅射工艺或者蒸镀方案可以形成光吸收层300。

[0080] 例如，为了形成光吸收层300，通过同时或者单独地蒸镀Cu、In、Ga以及Se形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300的方案和在形成金属前体膜之后执行硒化工艺的方案已经被广泛地执行。

[0081] 关于在形成金属前体膜之后的硒化工艺的详情，通过采用Cu靶材、In靶材或者Ga靶材的溅射工艺，将金属前体层形成在背电极上。

[0082] 其后，金属前体层经受硒化工艺，使得形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300。

[0083] 可替选地，可以同时执行采用Cu靶材、In靶材以及Ga靶材的溅射工艺和硒化工艺。

[0084] 可替选地，通过采用仅Cu靶材和In靶材或者仅Cu靶材和Ga靶材的溅射工艺和硒化工艺可以形成CIS或者CIG光吸收层300。

[0085] 其后，参考图9，缓冲层400形成在光吸收层300上。通过本领域的技术人员公知的作为形成太阳能电池的缓冲层的方案的各种方案可以形成缓冲层400。例如，通过选自如下组的一个可以形成缓冲层400，该组由溅射方案、蒸镀方案、CVD(化学汽相沉积)方案、MOCVD(金属有机化学汽相沉积)方案、CSS(近空间升华)方案、喷雾热解方案、化学喷射方案、丝网印刷方案、无真空液相膜沉积、CBD(化学浴沉积)方案、VTD(汽相输运沉积)方案、ALD(原子层沉积)方案以及电极沉积方案组成。详细地，缓冲层400可以通过CBD方案、ALD方案或者MOCVD方案形成。

[0086] 其后，通过沉积工艺将氧化锌沉积在缓冲层400上，并且可以进一步形成高阻抗缓冲层。通过沉积二乙基锌(DEZ)和H2O可以形成高阻抗缓冲层。

[0087] 通过化学汽相沉积、(CVD)方案、金属有机化学汽相沉积(MOCVD)方案或者原子层沉积(ALD)可以形成高阻抗缓冲层。优选地，通过MOCVD方案可以形成高阻抗缓冲层。

[0088] 其后，参考图10，去除光吸收层300和缓冲层400的部分以形成第二通孔TH2。

[0089] 通过诸如刀片的机械装置或者激光装置可以形成第二通孔TH2。

[0090] 例如，借助于具有大约40μm至大约180μm的宽度的刀片可以对光吸收层300和缓冲层400和/或高阻抗缓冲层构图。另外，借助于具有大约200nm至大约600nm的波长的激光可以形成第二通孔TH2。

[0091] 在这样的情况下，第二通孔TH2可以具有大约100μm至大约200μm的宽度。另外，第二通孔TH2使背电极层200的顶表面的一部分暴露。

[0092] 在这样的情况下，第二通孔TH2与第一通孔TH1可以部分地间隔开，并且部分地重叠第一通孔TH1。详细地，第一通孔TH1和第二通孔TH2可以具有大约40μm或者更大的间隔。更加详细地，第一通孔TH1和第二通孔TH2可以具有在大约40μm至大约200μm的范围中的间隔。

[0093] 换言之，在形成光吸收层300的步骤中，第一通孔TH1可以在如图4和图5中所示的预定的方向上弯曲。换言之，根据第一通孔TH1的弯曲方向可以使第二通孔TH2和第一通孔TH1在其中心部分处或者在其两个端部处彼此重叠。

[0094] 另外，第二通孔TH2可以与第一通孔TH1重叠基于第二通孔TH2的全部宽度的1％至40％。

[0095] 其后，参考图11，前电极层可以形成在缓冲层400上。例如，可以通过使用ZnO靶材的RF溅射方案、使用Zn靶材的反应溅射方案、或者MOCVD方案沉积前电极层500。

[0096] 其后，参考图12，通过去除光吸收层300、缓冲层400以及前电极层500的部分形成第三通孔TH3。因此，通过对前电极层500构图限定多个前电极，即第一电池C1、第二电池C2以及第三电池C3。第三通孔TH3具有大约80μm至大约200μm的范围中的宽度。

[0097] 如上所述，根据制造根据实施例的太阳能电池的方法，在第一通孔TH1和第二通孔TH2之间的间隔被最小化，从而能够减小其中在太阳能电池中没有产生电力的无效区域，即死区。因此，能够提高太阳能电池的整体效率。

[0098] 在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的任何引用表示在本发明的至少一个实施例中包括与实施例相结合地描述的特定特征、结构或特性。在说明书中的各个位置中的这样的短语的出现不必全部指示相同的实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其它实施例来实现这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的认识范围内。

[0099] 虽然已经参考其多个说明性实施例描述了本发明的实施例，但是应当理解，本领域技术人员可以设计落在本公开的原理的精神和范围内的多个其它变型和实施例。更具体地，在本公开、附图和所附的权利要求的范围内的主题组合布置的组成部分和/或布置中，各种变体和变型是可能的。除了在组成部分和/或布置中的变体和变型之外，替代使用对于本领域内的技术人员也是显而易见的。