太陽能電池及其製造方法
2023-10-10 06:33:59
太陽能電池及其製造方法
【專利摘要】根據本發明的一種太陽能電池，其包括：支承基板；在支承基板上的背電極層；在背電極層上的光吸收層；在光吸收層上的緩衝層；在緩衝層上的前電極層；穿過緩衝層並將背電極層電連接到前電極層的連接件；以及在連接件的側表面之一上的側絕緣部，其中，所述側絕緣部直接接觸上述緩衝層、背電極層和光吸收層的一部分。
【專利說明】太陽能電池及其製造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明實施方案涉及一種太陽能電池及其製造方法。
【背景技術】
[0002]用於將陽光轉化成電能的太陽能電池裝置包括太陽能電池板、二極體和框架。
[0003]太陽能電池板具有板狀形狀。例如，太陽能電池板具有矩形板形狀。太陽能電池板設置在框架內。太陽能電池板的四個側表面設置在框架內。
[0004]太陽能電池板接收陽光，並且將陽光轉化成電能。太陽能電池板包括多個太陽能電池。太陽能電池板還可以包括基板、膜或用於保護太陽能電池的保護玻璃。
[0005]太陽能電池板包括連接到太陽能電池的匯流條(bus bar)。匯流條從最外太陽能電池的上表面延伸並且分別連接到導線。
[0006]二極體被並聯連接到太陽能電池板。電流選擇性地流過二極體。也就是說，當太陽能電池板的性能劣化時，電流流過二極體。因此，防止了所述太陽能電池裝置的短路。另夕卜，太陽能電池裝置還可以包括連接到二極體和太陽能電池板的導線。導線連接彼此相鄰的太陽能電池板。
[0007]框架將太陽能電池板容納於其中。框架由金屬製成。框架設置在太陽能電池板的側表面上。框架將太陽能電池板的側表面容納於其中。另外，框架可以包括多個子框架。在這種情況下，子框架可以彼此連接。
[0008]上述太陽能電池裝置被安裝在戶外場地以將陽光轉化成電能。因而，太陽能電池裝置可以暴露於外部的物理影響、電影響和化學影響。
[0009]在韓國未經審查的專利公開第10-2009-0059529號中公開了一種關於這樣的太陽能電池裝置的技術。
【發明內容】
[0010]技術問題
[0011 ] 本發明實施方案提供了一種具備提高的光電轉換效率並可防止短路的太陽能電池及其製造方法。
[0012]問題的解決方案
[0013]根據本實施方案，提供了一種太陽能電池，該太陽能電池包括:支承基板；在支承基板上的背電極層；在背電極層上的光吸收層；在光吸收層上的緩衝層；在緩衝層上的前電極層；穿過緩衝層並將背電極層電連接到前電極層的連接件；以及在連接件的側表面之一上的側絕緣部，其中，所述側絕緣部與緩衝層、背電極層和光吸收層的一部分直接接觸。
[0014]根據本實施方案，提供了一種製造太陽能電池的方法。所述方法包括:在基板上形成背電極層；在背電極層上形成光吸收層；在光吸收層上形成緩衝層；形成穿過緩衝層、光吸收層和背電極層的通孔；在所述通孔的一個側表面上形成側絕緣部；並且在緩衝層上形成連接件和前電極層。
[0015]發明的有益效果
[0016]根據本實施方案的太陽能電池及其製造方法能夠提供形成在第一通孔的側表面上或者在連接件600的側表面上的側絕緣部。
[0017]另外，根據本實施方案的太陽能電池及其製造方法能夠通過第一通孔分隔背電極層，並且通過第一通孔將前電極層與背電極層相互連接。
[0018]也就是說，與現有技術不同，現有技術中用於分隔背電極層的通孔和用於將前電極層和背電極層相互連接的通孔是分別形成的，而本實施方案能夠減小不能用作太陽能電池的死區的面積。
[0019]因此，根據本實施方案的製造太陽能電池的方法能簡化工藝，從而提高工藝效率並降低工藝成本。另外，還可降低死區的面積，從而提高太陽能電池的效率。
[0020]另外，背電極層和前電極層可通過側絕緣部被短路，從而有效降低漏電流的量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1示出根據本實施方案的太陽能電池的平面圖。
[0022]圖2是沿圖1的線A-A』截取的截面圖。
[0023]圖3-7是示出根據本發明的製造太陽能電池的方法的截面圖。
【具體實施方式】
[0024]在對本實施方案的描述中，應當理解的是，當板、條、框架、基板、凹槽或膜被稱為在另一板、條、框架、基板、凹槽或膜「上」或「下」時，其可以「直接地」或「間接地」在其他板、條、框架、基板、凹槽或膜上，或者也可以存在一個或多個插入層。參照附圖來描述元件的這樣的位置。為方便或清晰的目的可以放大、省略或示意性繪製附圖中所示的每個元件的厚度和尺寸。此外，元件的尺寸不完全反映實際尺寸。
[0025]圖1示出根據本實施方案的太陽能電池的平面圖。圖2是沿圖1的線A-A』截取的截面圖。
[0026]參照圖1和2，根據本實施方案的太陽能電池包括:支承基板100、背電極層200、光吸收層300、緩衝層400、前電極層500、連接件600和側絕緣部610。
[0027]支承基板100為板狀形狀，並支承背電極層200、光吸收層300、緩衝層400、前電極層500、連接件600和側絕緣部610。
[0028]支承基板100可包括絕緣體。支承基板100可以是玻璃基板、塑料基板、或金屬基板。更具體地，支承基板100可以是鈉鈣玻璃基板。支承基板100可以是透明的。支承基板100可以是柔性的或剛性的。
[0029]背電極層200是導電層。支承基板100上設置有背電極層200。
[0030]背電極層200可包含鑰(Mo)、金(Au)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鎢(W)和銅(Cu)中的至少一種。上述這些材料中，Mo的熱膨脹係數與支承基板100的熱膨脹係數類似，因此，Mo可提高粘附性並防止背電極200從基板100上剝離。也就是說，Mo可整體上滿足對背電極200所要求的特性。
[0031]背電極層200上設置有光吸收層300。
[0032]光吸收層300包括第1-1I1-VI族化合物。例如，光吸收層300可以具有CIGSS (Cu (In, Ga) (Se, S)2)晶體結構、CISS (Cu (In) (Se, S)2)晶體結構、或 CGSS (Cu (Ga)(Se, S)2)晶體結構。另外，光吸收層300的能帶隙可在約IeV至約1.SeV的範圍內。
[0033]光吸收層300上設置緩衝層400。在根據本實施方案的太陽能電池中，在光吸收層300 (相當於CIGS或CIGSS化合物薄膜，其為ρ型半導體)和前電極層500的薄膜(其為η型半導體)之間形成一個Pn結。然而，這兩種材料的晶格常數和帶隙能量差異較大，因此，需要帶隙介於這兩種材料之間的緩衝層以形成良好的結。緩衝層400包括硫化鎘(CdS)，緩衝層400的能帶隙在約2.2eV至約2.4eV的範圍內。
[0034]同時，儘管並未在附圖中示出，可額外將高電阻緩衝層設置於緩衝層上。該高電阻緩衝層可包含未摻雜雜質的氧化鋅(1-ZnO)。高電阻緩衝層的能帶隙為約3.1eV至3.3eV。
[0035]可在緩衝層400中形成第一通孔THl。第一通孔THl對應於露出支承基板100和背電極層200的上表面的開放區域。當從上往下看時，第一通孔THl可沿一個方向延伸。第一通孔THl的寬度可以在約80 μ m至約200 μ m的範圍內，但實施方案不限於此。
[0036]連接件600和側絕緣部610形成於第一通孔THl中。該結構將與下文所述的連接件600 —起具體描述。
[0037]前電極層500設置於緩衝層400上。前電極層500是透明的且是導電層。前導電層500可包含氧化物。例如,前電極層500可包含鋅氧化物、銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)。所述氧化物可包含導電性雜質，例如鋁(Al)、氧化鋁(Al2O3)JM (Mg)或鎵(Ga)。更具體地，前電極層500可包含鋁摻雜的鋅氧化物(AZO)或鎵摻雜的鋅氧化物(GZO)。
[0038]連接件600與前電極層500 —體成型。也就是說，連接件600可與前電極層500同時形成。用作連接件600的材料與前電極層500的材料相同。
[0039]連接件600設置於第一通孔THl中。也就是說，連接件600延伸穿過光吸收層300。
[0040]連接件600從前電極層500向下延伸並連接到背電極200。也就是說，連接件600可將前電極層500與背電極200彼此電連接。
[0041]例如，連接件600從第一電池Cl的前電極延伸，並連接到與第一電池Cl相鄰的第二電池C2的背電極。因此，連接件600連接了相鄰的電池。更具體地，連接件600連接了包括在相鄰單元Cl、C2、……中的窗口和背電極，從而使電流流動。
[0042]側絕緣部610可形成於第一通孔THl中露出支承基板100的上表面的開放區域上。側絕緣部610可設置於連接件600之一的側表面上。也就是說，側絕緣部610可形成為直接接觸背電極層200、光吸收層300和緩衝層400的側表面。
[0043]側絕緣部610是其電阻高於連接件600的電阻的區域，並可防止連接件600中的電子流到光吸收層300中。此外，側絕緣部610可防止連接件600中的電子流到相反方向上的背電極層200中。也就是說，根據本實施方案的太陽能電池可通過側絕緣部610降低漏電流。
[0044]對側絕緣部610的材料沒有具體限定，只要材料的電阻高於連接件600的電阻即可。更具體地，側絕緣部610可包括金屬氧化物層、無機氧化物層或聚合物絕緣層。此外，側絕緣部610的寬度可以在約I μπι到10 μ m的範圍內，但實施方案不限於此。
[0045]側絕緣部610填入待形成的第一通孔THl的空隙。也就是說，側絕緣部610與連接件600 —起填入待形成的第一通孔THl的空隙。例如，側絕緣部610可以形成在通過第一通孔THl露出的背電極層200、光吸收層300和緩衝層400的側表面與連接件600的側表面之間。因此，側絕緣部610可直接接觸背電極層200的一部分，也就是說，背電極層200的側表面通過第一通孔THl露出。
[0046]如上所述，本實施方案提供的太陽能電池包括形成於第一通孔THl的側表面或連接件600的側表面的側絕緣部610。
[0047]根據本實施方案的太陽能電池中，背電極層200和前電極層500可通過第一通孔THl彼此連接或彼此分隔開。
[0048]也就是說，與現有技術不同，現有技術中用於分隔背電極層200的通孔THl和用於將前電極層500和背電極層200相互連接的通孔THl是分別形成的，而本實施方案能減小不能用作太陽能電池的死區的面積。
[0049]因此，根據本實施方案的製造太陽能電池的方法能夠簡化工藝，從而能夠提高工藝效率並降低工藝成本。另外，根據本實施方案，還可減少死區，從而提高太陽能電池的效率。
[0050]另外，根據本實施方案，背電極層和前電極層可通過側絕緣部有效地彼此短路，從而有效降低漏電流的量。
[0051]圖3到7是示出根據本實施方案的製造太陽能電池的方法的截面圖。將參照根據上述本實施方案的太陽能電池來描述製造太陽能電池的方法。
[0052]參照圖3，背電極層200形成於支承基板100上。背電極200可通過物理氣相沉積方案或鍍覆方案形成。
[0053]參照圖4，光吸收層300和緩衝層400可以形成於背電極層200上。
[0054]例如，為了形成光吸收層300，廣泛使用了如下方法:同時或分別蒸鍍銅、銦、鎵和硒的同時，形成基於銅-銦-鎵-硒(Cu(In，Ga) (Se)2 ;CIGS基)的光吸收層300的方法，以及在已形成金屬前體層之後進行硒化工藝的方法。
[0055]關於在形成金屬前體層之後進行硒化工藝的細節，通過採用Cu靶、In靶和Ga靶的濺射工藝在背電極層200上形成金屬前體層。之後，對該金屬前體層進行硒化處理，從而形成基於Cu (In，Ga) (Se)2(CIGS)的光吸收層300。
[0056]作為替代方案，採用Cu靶、In靶和Ga靶的濺射工藝和硒化工藝可同時進行。作為另一種替代方案，基於Cis或基於CIG的光吸收層300可通過僅使用銅靶或銦靶的濺射工藝或硒化工藝形成，或通過使用銅靶和鎵靶的濺射工藝或硒化工藝形成。
[0057]可通過化學浴沉積(CBD)方案在光吸收層300上沉積CdS來形成緩衝層400。另夕卜，通過濺射工藝在緩衝層400上沉積氧化鋅，從而形成高電阻緩衝層500。
[0058]參照圖5-7，通過穿透緩衝層、光吸收層和背電極層形成了第一通孔TH1。可形成第一通孔THl使得支承基板100和背電極層200的一部分露出。
[0059]因此，支承基板上可形成多個背電極，緩衝層上形成的前電極可電連接到通過第一通孔THl露出的背電極200上。
[0060]第一通孔THl可利用機械裝置(例如尖頭或雷射裝置)形成，但實施方案不限於此。
[0061]側絕緣部610形成於第一通孔THl的側表面上。優選的，側絕緣部610可形成為使得側絕緣部610直接接觸通過第一通孔THl露出的緩衝層400、光吸收層300和背電極層的側表面。因此，可防止設置於緩衝層400上的前電極層500中的電子移動到光吸收層300或背電極層200中，從而降低了漏電流的量。
[0062]側絕緣部610可通過噴墨方案或通過使用掩模形成於第一通孔THl的側表面上，但實施方案不限於此。另外，側絕緣部610的材料可為液體、蒸汽或糊。優選的，側絕緣部610可包括金屬氧化物層、無機氧化物層或聚合物絕緣層。側絕緣部610和連接件600可相繼形成。側絕緣部610可形成在連接件與背電極層、光吸收層和緩衝層的側表面之間。另夕卜，側絕緣部610的寬度可在約Ιμ--到10 μ m的範圍內。
[0063]參照圖6和7，前電極500通過在緩衝層400上沉積透明導電材料形成。
[0064]另外，沉積透明導電材料，使得透明導電材料直接接觸第一通孔THl的內側，優選的,側絕緣部610的側表面直接接觸第一通孔THl的內側，從而形成連接件600。
[0065]可通過在無氧的氣氛下沉積透明導電材料來形成前電極層500和連接件600。更具體地，可在不含氧的惰性氣體氣氛下沉積AZO來形成前電極500。
[0066]參照圖7，移除光吸收層300、緩衝層400和前電極層500的一部分，從而形成第二通孔TH2。由此，將前電極層500圖案化，使得限定了多個窗口和多個單元Cl、C2、……。第二通孔TH2的寬度可以在約80μπι至200μπι範圍內，但實施方式不限於此。
[0067]如上所述，根據本實施方案的製造太陽能電池的方法提供了一種太陽能電池，所述太陽能電池包括形成於第一通孔THl側表面上或連接件600側表面上的側絕緣部610。此外，根據本實施方案的製造太陽能電池的方法可通過第一通孔THl分隔背電極層200並使前電極層500和背電極層200相互連接。
[0068]也就是說，與現有技術不同，現有技術中用於分隔背電極層200的通孔THl和用於將前電極層500和背電極層200相互連接的通孔THl是分別形成的，而本實施方案能減小不能用作太陽能電池的死區的面積。
[0069]因此，根據本實施方案的製造太陽能電池的方法能夠簡化工藝，從而提高工藝效率並降低工藝成本。此外，可降低死區的面積，從而提高太陽能電池的效率。另外，背電極層和前電極層可通過側絕緣部有效地短路，從而可有效降低漏電流的量。
[0070]本說明書中任何提及「實施方式」等的地方，都表示所描述的與該實施方案相關的具體特徵、結構和特性包括在本發明的至少一個實施方案中。在本說明書中的各個地方出現這樣的措辭未必全都指代同一個實施方案。此外，當結合任何實施方案對具體特徵、結構或特性進行描述時，認為結合其他實施方案來實現這些特徵、結構或特性是在本領域技術人員的能力範圍之內的。
[0071]儘管到目前為止已主要描述了一些實施方案，但是它們僅是示例性的並且不限制本發明。因而，本領域普通技術人員將知道可以在不偏離本實施方案的本質特徵的範圍內執行還未示例出的各種修改方案和應用。例如，可以對在示例性實施方案中具體描述的構件進行修改。此外，應將涉及這些修改方案和應用的差異理解為包括在本發明的所附權利要求中指定的範圍內。
【權利要求】
1.一種太陽能電池，其包括: 支承基板； 在所述支承基板上的背電極層； 在所述背電極層上的光吸收層； 在所述光吸收層上的緩衝層； 在所述緩衝層上的前電極層； 穿過所述緩衝層並將所述背電極層電連接到所述前電極層的連接件；以及在所述連接件的側表面之一上的側絕緣部，其中，所述側絕緣部直接接觸所述緩衝層、所述背電極層和所述光吸收層的一部分。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中所述緩衝層包括穿過所述緩衝層、所述光吸收層和所述背電極層形成的通孔，並且， 所述連接件和所述側絕緣部容納在所述通孔中。
3.根據權利要求2所述的太陽能電池，其中所述側絕緣部直接接觸通過所述通孔露出的所述背電極層、所述光吸收層，和所述緩衝層的側表面。
4.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中所述側絕緣部形成在所述連接件的側表面與所述背電極層、所述光吸收層和所述緩衝層的側表面之間。
5.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中所述側絕緣部的電阻大於所述連接件的電阻。
6.根據權利要求5所述的太陽能電池，其中所述側絕緣部包括金屬氧化物層、無機氧化物層或聚合物絕緣層。
7.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中所述側絕緣部的寬度在Iμ m到10 μ m的範圍內。
8.根據權利要求1所述的太陽能電池，其中所述前電極層和所述連接件彼此一體地形成。
9.一種製造太陽能電池的方法，該方法包括: 在基板上形成背電極層； 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衝層； 形成穿過所述緩衝層、所述光吸收層和所述背電極層的通孔； 在所述通孔的側表面上形成側絕緣部；以及 在所述緩衝層上形成連接件和前電極層。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述側絕緣部直接接觸通過所述通孔露出的所述背電極層、所述光吸收層，和所述緩衝層的側表面。
11.根據權利要求9所述的方法，其中所述連接件和所述前電極層同時並彼此一體地形成。
12.根據權利要求9所述的方法，其中所述側絕緣部的寬度在Iμ m至10 μ m的範圍內。
13.根據權利要求9所述的方法，其中所述連接件通過在所述通孔中沉積前電極材料形成。
14.根據權利要求9所述的方法，其中所述側絕緣部形成在所述連接件的側表面與所述背電極層、所述光吸收層和所述緩衝層的側表面之間。
15.根據權利要求9所述的方法，其中所述側絕緣部包括金屬氧化物層、無機氧化物層或聚合物絕緣層。
【文檔編號】H01L31/18GK104272470SQ201380023068
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年3月27日 優先權日:2012年3月27日
【發明者】李昊旻 申請人:Lg伊諾特有限公司