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CN104067398A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池及其制造方法。所述太阳能电池包括：支撑基板；在所述支撑基板上的背电极层；在所述背电极层上的光吸收层；以及在所述光吸收层上的前电极层。所述背电极层包括至少三个层。所述方法包括：在支撑基板上形成第一层；在所述第一层上形成第二层；在所述第二层上形成第三层；在所述第三层上形成光吸收层；以及在所述光吸收层上形成前电极层。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
用于太阳光发电的太阳能电池的制造方法如下：首先，制备基板以后，在所述基板上形成背电极层并且通过使用激光形成图案，从而形成多个背电极。
此后，在所述背电极上依次形成光吸收层、缓冲层和高电阻缓冲层。为了形成上述光吸收层，已经广泛使用各种方案，例如，通过同时或者分别蒸镀Cu、In、Ga和Se形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层的方案，以及在金属前体层形成以后进行硒化工艺的方案。所述光吸收层的能量带隙在约1eV至约1.8eV范围内。
然后，通过溅射工艺在所述光吸收层上形成包含硫化镉(CdS)的缓冲层。所述缓冲层的能量带隙在约2.2eV至约2.4eV范围内。在此之后，通过溅射工艺在缓冲层上形成包含氧化锌(ZnO)的高电阻缓冲层。所述高电阻缓冲层的能量带隙在约3.1eV至约3.3eV范围内。
此后，在光吸收层、缓冲层，和高电阻缓冲层中可以形成凹槽图案。
然后，在高电阻缓冲层上层叠透明导电材料并且在凹槽图案中填充透明导电材料。因此，在高电阻缓冲层上形成透明电极层，并且在凹槽图案中形成连接线。构成所述透明电极层和所述连接线的材料可以包含铝掺杂氧化锌(AZO)。所述透明电极层的能量带隙可以在约3.1eV至约3.3eV范围内。
然后，在透明电极层中形成凹槽图案，所以可以形成多个太阳能电池单元。透明电极和高电阻缓冲层分别与所述电池单元相对应。所述透明电极和高电阻缓冲层可以设置为条状或者矩阵形式。
透明电极和背电极相互错开，并且通过连接线相互电连接。因此，太阳能电池可以相互串联电连接。
如上所述，为了将太阳光转换成电能，各种太阳能电池装置已经被制造并且使用。在韩国未审查专利公开No.10-2008-0088744中提供了上述太阳能电池装置中的一种。
同时，为了通过使用激光在背电极层上通常形成图案，并且为了在单元电池中形成所述背电极层以允许背电极层的串联连接，而执行P1工艺。此时，在支撑基板上沉积的背电极层中，在边缘区域设置的接受激光工艺的背电极层，可以会由于激光所导致的热冲击或冲击波而与所述基板分开或从支撑基板剥离。在执行随后工艺以后，上述缺陷可以提供电流短路路径或者可以引起电损耗。
发明内容
技术问题
本发明提供一种能够具有改进可靠性的太阳能电池装置。
技术方案
根据本发明，提供一种太阳能电池，包括：支撑基板；在所述支撑基板上的背电极层；在所述背电极层上的光吸收层；以及在所述光吸收层上的前电极层。所述背电极层包括至少三个层。
根据本发明，提供一种太阳能电池的制造方法，包括：在支撑基板上形成第一层；在所述第一层上形成第二层；在所述第二层上形成第三层；在所述第三层上形成光吸收层；以及在所述光吸收层上形成前电极层。
有益效果
根据本发明所述的太阳能电池包括背电极层，并且所述背电极层包括第一至第三层。为了减轻所述层的热膨胀和热收缩，第一至第三层具有不同精细结构。换言之，当对所述背电极层进行P1工艺时，第一至第三层的不同精细结构充当阻挡激光冲击波的缓冲结构。换言之，在第一至第三层210至230中，逐渐执行热收缩，所以可以防止毛刺现象(burr)和剥离现象。因此，可以防止太阳能电池的激光工艺所引起的缺点。因此，在执行随后工艺以后可以防止短路路径和结构缺陷，所以可以保证可靠性。
附图说明
图1是示出根据本发明的太阳能电池的截面图；并且
图2是图1的A部分的放大图。
具体实施方式
在本发明的描述中，应理解，当层(膜)、区域、图案或者结构被称为位于另一基板、层(膜)、区域、焊盘或者另一图案“上”或者“下”时，其可以“直接”或“间接”位于所述另一基板、层(膜)、区域、焊盘或者另一图案上，也可以存在一个或多个中间层。结合附图来描述每一层的此类位置。
为了使描述简便且清晰，附图中所示的每一层(膜)、区域、图案或者结构的厚度或大小可以被夸大，省略或示意性示出。另外，每一层(膜)、区域、图案或者结构的大小并非完全反映实际大小。
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。
在下文中，将参照图1和图2详细描述根据第一实施例的太阳能电池。图1是示出根据本发明的太阳能电池的截面图；图2是图1的A部分的放大图。
参照图1和图2，太阳能电池包括：支撑基板100、粘附增强层700、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400、高电阻缓冲层500，以及前电极层600。
支撑基板100呈板形并且支撑背电极层200、光吸收层300、缓冲层400，和前电极层600。
支撑基板100可以是绝缘体。支撑基板100可以是玻璃基板、塑料基板，或者金属基板。详言之，支撑基板100可以是钠钙玻璃基板。支撑基板100可以是透明的。
背电极层200设置在支撑基板100的顶表面上。背电极层200是导电层。例如，构成背电极层200的材料可以包含诸如钼(Mo)的金属。
背电极层200可以包括至少三个层。在这种情况下，通过使用同种金属或者不同金属可以形成所述层。
详言之，参照图2，背电极层200可以包括第一至第三层210、220和230。
第一层210可以放置在支撑基板100上。第一层210可以与支撑基板100接触。第一层210可以包括与构成第三层230的材料相同的材料。换言之，第一层210可以包含诸如Mo或者钼钠(MoNa)的金属，但是本发明并不限于此。换言之，第一层210可以充当包括氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)，或者氮化钛(TiN)的阻挡层。换言之，第一层210充当阻挡层，因此当支撑基板100是金属基板时，防止由于来自支撑基板100的铁(Fe)的扩散降低太阳能电池的效率。
第二层220设置在第一层210上。第二层220可以包含诸如Mo或者MoNa的金属。
第三层230设置在第二层220上。第三层230可以包含诸如Mo或者MoNa的金属。
第一层210可以包括多个孔隙，第一层210的孔隙率小于第二层220或者第三层230的孔隙率。第一层210包含多个孔隙来作为放置在第一层210和支撑基板100上的第二层220和第三层230之间的缓冲。
第一层210包含第一微粒。第二层220包含第二微粒。第三层230包含第三微粒。此时，第一至第三微粒的尺寸满足下述公式1。
公式1
第三微粒的尺寸>第二微粒的尺寸≥第一微粒的尺寸
第三微粒设置为最大尺寸，从而减小背电极层200的电阻。另外，与支撑基板100接触的第一层210的第一微粒设置为最小尺寸，从而提高与支撑基板100的粘接强度。
其后，第一层210、第二层220和第三层230的厚度满足下述公式2。
公式2
1≤第三层的厚度(T3)/第一层的厚度(T1)+第二层的厚度(T2)≤2
如果(第三层的厚度(T3)/第一层的厚度(T1)+第二层的厚度(T2))的值小于1或者大于2，第一层210不能作为缓冲。
第一层210、第二层220和第三层230具有不同精细结构以减轻所述层的热膨胀和热收缩。详言之，通常执行P1工艺通过使用激光来使背电极层200形成图案，并且在单元电池中形成背电极层200以允许背电极层200的串联连接。当进行P1工艺时，第一至第三层210至230的不同精细结构作为阻挡激光所引起的冲击波的缓冲。换言之，热收缩在第一至第三层210至230中逐渐进行，所以可以防止毛刺现象或者剥离现象。因此，太阳能电池可以防止被激光工艺损害，并且可以防止进行了随后的工艺以后引起的短路路径和结构缺陷，所以可以保证可靠性。
光吸收层300设置在背电极层200上。光吸收层300包含I-III-VI族化合物。例如，光吸收层300可以具有CIGSS(Cu(In,Ga)(Se,S)2)晶体结构、CISS(Cu(In)(Se,S)2)晶体结构，或者CGSS(Cu(Ga)(Se,S)2)晶体结构。
光吸收层300的能量带隙可以在约1eV至约1.8eV范围内。
缓冲层400设置在光吸收层300上。缓冲层400直接接触光吸收层300。
缓冲层400可以包含硫化物。例如，缓冲层400可以包括硫化镉(CdS)。
高电阻缓冲层500设置在缓冲层400上。高电阻缓冲层500包含i-ZnO，即未掺杂杂质的氧化锌。高电阻缓冲层500的能量带隙在约3.1eV至约3.3eV范围内。
前电极层600设置在光吸收层300上。更详言之，前电极层600设置在高电阻缓冲层500上。
前电极层600可以是透明的。例如，构成前电极层600的材料可以包含铝掺杂氧化锌(AZO)、铟锌氧化物(IZO)，或者铟锡氧化物(ITO)。
前电极层600的厚度可以在约500nm至约1.5μm范围内。而且，当前电极层500由铝掺杂氧化锌形成时，铝的掺杂比例在约1.5wt％至约3.5wt％的范围内。前电极层600是导电层。
在下文中，将描述根据本发明的太阳能电池的制造方法。在下述描述中，为了描述简便且清晰，将省略与上述描述中相同或者极其相似的结构和部件的细节。
根据本发明的太阳能电池的制造方法包括下述步骤：形成第一层210，形成第二层220，形成第三层230，形成光吸收层，以及形成前电极层。
首先，可以在支撑基板100上形成包括第一层210、第二层220和第三层230的背电极层200。详言之，可以在支撑基板100上形成第一层210。可以在第一层210上形成第二层220。可以在第二层220上形成第三层230。第一层210、第二层220和第三层230可以通过沉积工艺形成。例如，第一层210、第二层220和第三层230可以通过溅射工艺形成。第一层210、第二层220和第三层230可以通过具有不同工艺条件的三个工艺形成。因此，当第一层210、第二层220和第三层230形成时，第一层210、第二层220和第三层230可以通过采用不同工艺条件来形成不同的精细结构。例如，第一层210、第二层220和第三层230的孔隙率可以通过调整真空泵功率或者气体分压来调整。
同时，可以在支撑基板100和背电极层200之间插入诸如抗扩散层的额外层。
然后，在背电极层200上形成光吸收层300。光吸收层300可以通过溅射工艺或者蒸镀工艺形成。
例如，为了形成上述光吸收层300，通过同时或者分别蒸镀Cu、In、Ga和Se形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层的方案，以及在形成金属前体层以后进行硒化工艺的方案已经广泛使用。
关于在形成金属前体层以后进行硒化工艺的细节，通过采用Cu靶、In靶，或者Ga靶的溅射工艺在背电极层200上形成所述金属前体层。
其后，所述金属前体层接受硒化处理从而形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基光吸收层300。
另外，采用Cu靶、In靶以及Ga靶的溅射工艺和硒化工艺可以同时进行。
另外，CIS或者CIG基光吸收层300可以通过仅采用Cu和In靶或者仅采用Cu和Ga靶的溅射工艺和硒化工艺形成。
然后，进行在光吸收层300上形成缓冲层400的步骤。在此情况中，可以在通过溅射工艺或者CBD(化学浴沉积)工艺沉积CdS之后形成缓冲层400。
其后，通过溅射工艺在缓冲层400上沉积氧化锌来形成高电阻缓冲层500。
缓冲层400和高电阻缓冲层500以薄厚度沉积。例如，缓冲层400和高电阻缓冲层500的厚度在约1nm至约80nm范围内。
进行在高电阻缓冲层500上形成前电极层600的步骤。前电极层600可以通过溅射工艺在高电阻缓冲层500上沉积诸如铝(Al)掺杂氧化锌(AZO)的透明导电材料来形成。
在本说明书中，任何对于“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的参考指的是结合所述实施例所描述的特定特征、结构或者特性包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各个地方出现的这类短语不一定都是指相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述特定特征、结构或者特性时，结合其它实施例实现这些特征、结构或特性应当被认为是本领域技术人员技术范围内。
尽管已参考本发明的数个说明性实施例描述了本发明，但是应理解，本领域的技术人员可以构思出归入本发明原理的精神和范围内的众多其他修改和实施例。更具体地讲，在本说明书、附图和所附权利要求书的范围内的主题组合布置的组成部分和/或布置上的各种变化和修改是可能的。除了在组成部分和/或布置上的变化和修改以外，替代使用对于本领域的技术人员也是显然的。

Claims (12)

1.一种太阳能电池，包括：
支撑基板；
在所述支撑基板上的背电极层；
在所述背电极层上的光吸收层；以及
在所述光吸收层上的前电极层，
其中，所述背电极层包括至少三个层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述背电极层包括在所述支撑基板上的第一层、在所述第一层上的第二层以及在所述第二层上的第三层。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第一层与所述支撑基板接触。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第一层包括多个孔隙。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第一层的孔隙率小于所述第二层或者第三层的孔隙率。
6.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第一层包含第一微粒，所述第二层包含第二微粒，所述第三层包含第三微粒，并且其中所述第一微粒、第二微粒和第三微粒的尺寸满足公式1，
公式1
第三微粒的尺寸>第二微粒的尺寸≥第一微粒的尺寸。
7.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第一层、第二层和第三层中的每一层的厚度满足公式2，
公式2
1≤第三层的厚度/(第一层的厚度+第二层的厚度)≤2。
8.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第一层包含与构成所述第三层的材料相同的材料。
9.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第一层包括选自由钼(Mo)、钼钠(MoNa)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)和氮化钛(TiN)构成的组的材料。
10.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述第二层包括钼(Mo)或者钼钠(MoNa)。
11.一种太阳能电池的制造方法，所述方法包括：
在支撑基板上形成第一层；
在所述第一层上形成第二层；
在所述第二层上形成第三层；
在所述第三层上形成光吸收层；以及
在所述光吸收层上形成前电极层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一层、第二层和第三层的形成通过具有不同工艺条件的沉积工艺进行。
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