專利名稱：薄膜型太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池，更具體地，涉及一種薄膜型太陽能電池。
背景技術(shù)：
具有半導(dǎo)體特性的太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能。 下面對根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的太陽能電池的構(gòu)造和原理進(jìn)行簡要介紹。 太陽能電池以P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起的PN結(jié)的構(gòu)造形成。當(dāng)太陽
光線照射在具有PN結(jié)構(gòu)造的太陽能電池上的時候，由于太陽光線的能量而在半導(dǎo)體中生
成空穴(+)和電子(_)。由于在PN結(jié)的區(qū)域產(chǎn)生了電場，空穴(+)向P型半導(dǎo)體漂移，電子
(_)向N型半導(dǎo)體漂移，因此隨著電勢的出現(xiàn)而形成電源。 太陽能電池主要分為晶片型太陽能電池和薄膜型太陽能電池。 晶片型太陽能電池使用諸如硅的半導(dǎo)體材料制成的晶片。然而，薄膜型太陽能電
池是通過在玻璃襯底上以薄膜的形式形成半導(dǎo)體而制成。 就效率而言，晶片型太陽能電池優(yōu)于薄膜型太陽能電池。然而，對晶片型太陽能電 池來說，因?qū)嵤┢渲圃爝^程困難而難以實現(xiàn)較小的厚度。此外，晶片型太陽能電池使用昂貴 的半導(dǎo)體晶片，因此增加了它的制造成本。 盡管薄膜型太陽能電池在效率上低于晶片型太陽能電池，但薄膜型太陽能電池具
有諸如實現(xiàn)薄外形和使用低價材料等的優(yōu)點(diǎn)。因此，薄膜型太陽能電池適于大規(guī)模生產(chǎn)。 在下文中，將參照


現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型太陽能電池。
圖1是圖示根據(jù)一種現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型太陽能電池的剖面圖。 如圖1所示，根據(jù)一種現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型太陽能電池包括襯底10、前電極層20、
半導(dǎo)體層30和后電極層40。 襯底10由玻璃或透明塑料制成。因為太陽光線是在前電極層20上入射的，所以 前電極層20由諸如ZnO的透明導(dǎo)電材料制成。 半導(dǎo)體層30由諸如硅的半導(dǎo)體材料制成，其中，半導(dǎo)體層30形成為PIN結(jié)構(gòu)，在 PIN結(jié)構(gòu)中，陽極半導(dǎo)體層(在下文中，稱作P層)、本征層(在下文中，稱作I層)和陰極 半導(dǎo)體層(在下文中，稱作N層)被順序地沉積。 后電極層40由諸如Ag或Al的金屬材料制成。在這種情況下，穿過前電極層20 和半導(dǎo)體層30的太陽光線在后電極層40上被反射，然后在半導(dǎo)體層30上再次入射。
然而，由于用作半導(dǎo)體層30的硅半導(dǎo)體材料的光吸收系數(shù)低，以及由于由相當(dāng)于 幾微米厚的薄膜形成的半導(dǎo)體層30的單個PIN結(jié)構(gòu)的光吸收效率低，因此圖1的現(xiàn)有技術(shù) 的薄膜型太陽能電池不能獲得高效率。 因此，提出了具有以多個PIN結(jié)構(gòu)替代單個PIN結(jié)構(gòu)形成的半導(dǎo)體層30的太陽能 電池。 圖2是圖示根據(jù)另一種現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型太陽能電池的剖面圖，其中，所述薄膜 型太陽能電池設(shè)置有具有PIN結(jié)構(gòu)的雙半導(dǎo)體層。
如圖2所示，根據(jù)另一種現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型太陽能電池包括襯底10、前電極層 20、第一半導(dǎo)體層32、緩沖層34、第二半導(dǎo)體層36和后電極層40。 圖2的現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型太陽能電池包括PIN結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體層32和PIN結(jié) 構(gòu)的第二半導(dǎo)體層36。因此，兩個太陽能電池的串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)能夠增加太陽能電池的開路 電壓，由此獲得比圖1的薄膜型太陽能電池高的效率。 另外，由ZnO制成的緩沖層34形成在第一半導(dǎo)體層32和第二半導(dǎo)體層36之間， 從而實現(xiàn)空穴和電子穿過第一半導(dǎo)體層32和第二半導(dǎo)體層36之間的隧道結(jié)(tunneling junction)平禾急t也漂移。 然而，圖2的現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型太陽能電池需要用于匹配第一半導(dǎo)體層32和第二 半導(dǎo)體層36之間的電流的額外的步驟。如果由于電流匹配的復(fù)雜繁瑣的過程而使得電流 匹配不準(zhǔn)確，則難以獲得高效率。 如圖2所示，在兩個太陽能電池串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)中，對于產(chǎn)生在第一半導(dǎo)體層32 中的電子漂移到第二半導(dǎo)體層36的情況來說，有必要在第一半導(dǎo)體層32和第二半導(dǎo)體層 36之間執(zhí)行隧道過程(tunneling process)。就是說，在最大化隧道效應(yīng)的情況下進(jìn)行電 流匹配。 對于最大化隧道效應(yīng)來說，必須優(yōu)化緩沖層34的厚度以及第二半導(dǎo)體層36的P 層的厚度。這需要工人長時間的重復(fù)執(zhí)行。另外，如果未獲得緩沖層34的厚度和第二半導(dǎo) 體層36的P層的厚度的優(yōu)化值，則電流匹配不準(zhǔn)確，以致難以得到高效率的太陽能電池。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題 因此，考慮到上述問題而提出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種太陽能電池
及其制造方法，所述電池能夠在不執(zhí)行電流匹配步驟的情況下獲得高效率。 技術(shù)方案 為了達(dá)到這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)并與本發(fā)明的目標(biāo)一致，如在此具體和概括描述 的，薄膜型太陽能電池包括具有上、下表面的襯底；在襯底上表面上的第一太陽能電池； 以及在襯底下表面上的第二太陽能電池，其中，第一太陽能電池吸收的光的波長范圍與第 二太陽能電池吸收的光的波長范圍不同。 此時，第一太陽能電池包括具有一個不平整表面的第一透明電極層，所述第一透 明電極層形成在襯底的上表面上；在第一透明電極層上的第一半導(dǎo)體層，其中，所述第一半 導(dǎo)體層包括由微晶半導(dǎo)體形成的光吸收層；在第一半導(dǎo)體層上的第一透明導(dǎo)電層；以及在 第一透明導(dǎo)電層上的第一金屬電極層。 第一半導(dǎo)體層由PIN結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層形成。所述PIN結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層包 括在第一透明電極層上的P層、在P層上的I層和在I層上的N層。 另外，第二太陽能電池包括具有一個不平整表面的第二透明電極層，所述第二透 明電極層形成在襯底的下表面上；在第二透明電極層下面的第二半導(dǎo)體層，其中，所述第二 半導(dǎo)體層包括由非晶半導(dǎo)體形成的光吸收層；在第二半導(dǎo)體層下面的第二透明導(dǎo)電層；以 及在第二透明導(dǎo)電層下面的第二金屬電極層。 第二半導(dǎo)體層由PIN結(jié)構(gòu)的非晶半導(dǎo)體層形成。所述PIN結(jié)構(gòu)的非晶半導(dǎo)體層包括在第二透明電極層下面的N層、在N層下面的I層和在I層下面的P層。
第二金屬電極層的橫截面積比第一金屬電極層的橫截面積小。 在本發(fā)明的另一方面，一種薄膜型太陽能電池包括襯底；在襯底的一個表面上 的第一太陽能電池，其中，所述第一太陽能電池包括順序地沉積的第一透明電極層、第一半 導(dǎo)體層以及第一金屬電極層，所述第一半導(dǎo)體層包括在第一透明電極層上的P層、在P層上 的I層和在I層上的N層；以及在襯底的另一表面上的第二太陽能電池，其中，所述第二太 陽能電池包括順序地沉積的第二透明電極層、第二半導(dǎo)體層以及橫截面積比所述第一金屬 電極層小的第二金屬電極層，所述第二半導(dǎo)體層包括在第二透明電極層上的N層、在N層上 的I層和在I層上的P層，其中，在由第一半導(dǎo)體層形成的I層中的帶隙比在由第二半導(dǎo)體 層形成的I層中的帶隙小。 在本發(fā)明的另一方面，一種薄膜型太陽能電池包括襯底；在襯底的一個表面上 的第一太陽能電池，其中，所述第一太陽能電池包括順序地沉積的第一透明電極層、第一半 導(dǎo)體層以及第一金屬電極層，所述第一半導(dǎo)體層包括在第一透明電極層上的P層、在P層上 的I層和在I層上的N層；以及在襯底的另一表面上的第二太陽能電池，其中，所述第二太 陽能電池包括順序地沉積的第二透明電極層、第二半導(dǎo)體層以及橫截面積比所述第一金屬
電極層小的第二金屬電極層，所述第二半導(dǎo)體層包括在第二透明電極層上的N層、在N層上
的I層和在I層上的p層，其中，在由第一半導(dǎo)體層形成的I層中的結(jié)晶度比在由第二半導(dǎo) 體層形成的I層中的結(jié)晶度高。 在本發(fā)明的另一方面，一種薄膜型太陽能電池包括襯底；在襯底的一個表面上 的第一太陽能電池，其中，所述第一太陽能電池包括順序地沉積的第一透明電極層、第一半 導(dǎo)體層以及第一金屬電極層，所述第一半導(dǎo)體層包括在第一透明電極層上的P層、在P層上 的I層和在I層上的N層；以及在襯底的另一表面上的第二太陽能電池，其中，所述第二太 陽能電池包括順序地沉積的第二透明電極層、第二半導(dǎo)體層以及橫截面積比所述第一金屬
電極層小的第二金屬電極層，所述第二半導(dǎo)體層包括在第二透明電極層上的N層、在N層上
的I層和在I層上的p層，其中，第一半導(dǎo)體層由微晶半導(dǎo)體層形成，第二半導(dǎo)體層由非晶 半導(dǎo)體層形成。 此時，第一和第二透明電極層中的每一個都具有一個不平整表面；第一透明導(dǎo)電 層額外地形成在第一半導(dǎo)體層和第一金屬電極層之間；并且，第二透明導(dǎo)電層額外地形成 在第二半導(dǎo)體層和第二金屬電極層之間。 在本發(fā)明的另一個方面，一種薄膜太陽能電池的制造方法包括制備具有彼此相 反的上、下表面的襯底；在襯底的上表面上形成第一透明電極層；在第一透明電極層上形 成第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上形成第一金屬電極層；在襯底的下表面上形成第二透 明電極層；在第二透明電極層上第二半導(dǎo)體層；以及在第二半導(dǎo)體層上形成第二金屬電極 層。 在本發(fā)明的另一個方面，一種薄膜太陽能電池的制造方法包括制備具有彼此相 反的上、下表面的襯底；在襯底的上表面上形成第一透明電極層，在襯底的下表面上形成第 二透明電極層；在第一透明電極層上第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上形成第一金屬電極 層；在第二透明電極層上第二半導(dǎo)體層；以及在第二半導(dǎo)體層上形成第二金屬電極層。
在本發(fā)明的另一個方面，一種薄膜太陽能電池的制造方法包括制備具有彼此相
8反的上、下表面的襯底；在襯底的上表面上形成第一透明電極層，在襯底的下表面上形成第 二透明電極層；在第一透明電極層上第一半導(dǎo)體層，在第二透明電極層上第二半導(dǎo)體層； 以及，在第一半導(dǎo)體層上形成第一金屬電極層，在第二半導(dǎo)體層上形成第二金屬電極層。
此外，所述方法包括在第一半導(dǎo)體層和第一金屬電極層之間形成第一透明導(dǎo)電 層，在第二半導(dǎo)體層和第二金屬電極層之間形成第二透明導(dǎo)電層；以及，在形成第一和第二 透明電極層時，對第一和第二透明電極層的所述表面執(zhí)行紋理化處理。 此時，形成第一半導(dǎo)體層的步驟包括形成具有PIN結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層；形成第 二半導(dǎo)體層的步驟包括形成具有PIN結(jié)構(gòu)的非晶半導(dǎo)體層。
有益效果 因此，根據(jù)本發(fā)明的薄膜型太陽能電池及其制造方法具有下述優(yōu)點(diǎn)。
第一，第一太陽能電池形成在襯底的上表面上，而第二太陽能電池形成在襯底的 下表面上。因此，不需要在第一太陽能電池的第一半導(dǎo)體層和第二太陽能電池的第二半導(dǎo) 體層之間的隧道，由此不必進(jìn)行電流匹配。 因此，入射到襯底上的太陽光線被第一和第二太陽能電池吸收，由此保證太陽能 電池的高效率。 第二，對第一太陽能電池的第一透明電極層和第二太陽能電池的第二透明電極層 執(zhí)行紋理化處理。因此，第一和第二透明電極層都具有不平整表面，由此，由于高的光散射 (dispersion)效率而提高第一和第二半導(dǎo)體層的光吸收效率。 第三，第一和第二半導(dǎo)體層形成為使得第一半導(dǎo)體層吸收的光的波長范圍不同于 第二半導(dǎo)體層吸收的光的波長范圍，由此最大化半導(dǎo)體層吸收的光的波長范圍并且提高太 陽能電池的效率。 第四，具有非晶半導(dǎo)體層的第二太陽能電池形成在襯底的下表面上，所述襯底相 當(dāng)于光入射面，而具有微晶半導(dǎo)體層的第一太陽能電池形成在襯底的上表面上，從而可以 防止薄膜型太陽能電池劣化。

圖1是圖示根據(jù)一種現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型太陽能電池的剖面圖。 圖2是圖示根據(jù)另一種現(xiàn)有技術(shù)的薄膜型太陽能電池的剖面圖。 圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜型太陽能電池的剖面圖。 圖4A至圖4C是圖示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜型太陽能電池的制造方法的剖面圖。 圖5A至圖5D是圖示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的薄膜型太陽能電池的制造方法的剖 面圖。 圖6A至圖6E是圖示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的薄膜型太陽能電池的制造方法的剖 面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其例子在附圖中闡明。在任何可能的情況 下，將在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。
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在下文中，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的薄膜型太陽能電池及其制造方法。
薄膜型太陽能電池 圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜型太陽能電池的剖面圖。 如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的薄膜型太陽能電池包括襯底100、第一太陽能電池200
和第二太陽能電池300。 襯底100包括上表面和下表面。圖3圖示太陽光線入射到襯底100的下表面的情 況。 襯底100由玻璃或透明塑料制成。 第一太陽能電池200形成在襯底100的上表面上，其中，第一太陽能電池200包括 第一透明電極層210、第一半導(dǎo)體層220、第一透明導(dǎo)電層230和第一金屬電極層240。
第一透明電極層210形成在襯底100的上表面上。 第 一 透明電極層210可通過濺射或MOCVD (Metal Organic ChemicalV即or D印osition，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)方法由諸如，ZnO、ZnO:B、ZnO:Al、Sn02、Sn02:F或ITO 等透明導(dǎo)電材料制成。 優(yōu)選地，對第一透明電極層210的上表面執(zhí)行紋理化處理。由于第一透明電極層 210相當(dāng)于太陽光線的入射面，因此對于第一透明電極層210來說重要的是在最小化損耗 的情況下使太陽光線射入太陽能電池內(nèi)。 通過紋理化處理，材料層的表面被給予不平整表面，即紋理化結(jié)構(gòu)，其中通過利用 光刻法的刻蝕處理、利用化學(xué)溶液的各向異性刻蝕處理或者機(jī)械劃線處理來進(jìn)行所述紋理 化處理。如果對第一透明電極層210執(zhí)行紋理化處理，那么在太陽能電池的第一透明電極 層210上的太陽光線反射率降低，并且由于太陽光線的散射，太陽能電池的太陽光線吸收 率增加，由此提高太陽能電池的效率。 第一半導(dǎo)體層220形成在第一透明電極層210上。第一半導(dǎo)體層220可通過等離 子體CVD (Chemical V即or D印osition，化學(xué)氣相沉積)方法由硅基、CuInSe2 (銅銦硒)基 或CdTe(碲化鎘)基半導(dǎo)體材料形成。優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層220形成為PIN結(jié)構(gòu)，在PIN 結(jié)構(gòu)中，P層、I層和N層被順序地沉積。 此時，通過太陽光線在半導(dǎo)體層中產(chǎn)生空穴和電子，并且產(chǎn)生的空穴和電子聚集 在P層和N層。為了提高空穴和電子的聚集效率，PIN結(jié)構(gòu)比包括P層和N層的PN結(jié)構(gòu)更 可取。 如果第 一 半導(dǎo)體層220形成為PIN結(jié)構(gòu)，則P層和N層在I層發(fā)生耗盡 (d印letion)，由此在第一半導(dǎo)體層220內(nèi)部產(chǎn)生電場。就是說，由太陽光線產(chǎn)生空穴和電 子在電場的作用下漂移，然后分別聚集在P層和N層。 當(dāng)將第一半導(dǎo)體層220形成為PIN結(jié)構(gòu)時，優(yōu)選地，順序地在第一透明電極層210 上形成P層、在P層上形成I層以及在I層上形成N層。這是因為空穴的漂移遷移率比電 子的漂移遷移率小。為了通過入射光來最大化聚集效率，P層與光入射面相鄰形成。
優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層220和第二半導(dǎo)體層320形成為使得第一半導(dǎo)體層220吸 收的光的波長范圍與第二半導(dǎo)體層320吸收的光的波長范圍不同，由此最大化太陽能電池 吸收的光的波長范圍。更優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層220吸收長波長的光，第二半導(dǎo)體層320吸 收短波長的光。為此，第一半導(dǎo)體層220包括由微晶半導(dǎo)體形成的I層(光吸收層)，第二半導(dǎo)體層320包括由非晶半導(dǎo)體形成的I層(光吸收層)。因此，包括由微晶半導(dǎo)體形成的 光吸收層吸收波長約為500至1100nm的長波長的光，包括由非晶半導(dǎo)體形成的光吸收層吸 收波長約為300至800nm的短波長的光。 優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層220的I層的帶隙比第二半導(dǎo)體層320的I層的帶隙小。另 外，優(yōu)選地，在第一半導(dǎo)體層220的I層中的結(jié)晶度比在第二半導(dǎo)體層320的I層中的結(jié)晶 度高。相應(yīng)地，第一半導(dǎo)體層220由微晶半導(dǎo)體層形成，第二半導(dǎo)體層320由非晶半導(dǎo)體層 形成。 下面將詳細(xì)介紹第一半導(dǎo)體層220和第二半導(dǎo)體層320由不同材料形成的原因。
第一，如果第一半導(dǎo)體層220和第二半導(dǎo)體層320由相同的材料形成，那么由于I 層(光吸收層)具有相同的帶隙，使得太陽能電池的光吸收效率受限。同時，如果第一半導(dǎo) 體層220和第二半導(dǎo)體層320由不同的材料形成，則能夠保證在具有帶隙不同的I層的太 陽能電池中的高的光吸收效率。 因此，優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層220的I層中的帶隙與第二半導(dǎo)體層320中的I層的 帶隙不同。為了在第一半導(dǎo)體層220和第二半導(dǎo)體層320中給出不同的帶隙，第一半導(dǎo)體 層220的I層的結(jié)晶度與第二半導(dǎo)體層320的I層的結(jié)晶度不同。更具體地，第一半導(dǎo)體 層220和第二半導(dǎo)體層320中的任意一個可由微晶半導(dǎo)體層形成，而另一個由非晶半導(dǎo)體 層形成。 其次，如果非晶半導(dǎo)體材料長時間暴露在光線下，則會加速非晶半導(dǎo)體材料的劣 化。如果將非晶半導(dǎo)體材料設(shè)置在光入射面上，并將微晶半導(dǎo)體材料設(shè)置在光入射面的反 面上，則可以減輕太陽能電池的劣化。因此，設(shè)置襯底100的下表面上的第二半導(dǎo)體層320 優(yōu)選地由非晶半導(dǎo)體材料形成，太陽光線入射在所述襯底100上。同時，設(shè)置在襯底100的 上表面上的第一半導(dǎo)體層220優(yōu)選地由微晶半導(dǎo)體材料形成。因此，優(yōu)選地，在第一半導(dǎo)體 層220的I層中的結(jié)晶度比在第二半導(dǎo)體層320的I層中的結(jié)晶度高。
微晶半導(dǎo)體材料具有1. leV的帶隙，而非晶半導(dǎo)體材料具有1. 7eV 1. 8eV的帶 隙。優(yōu)選地，第一半導(dǎo)體層220的I層的帶隙比第二半導(dǎo)體層320的I層的帶隙小。
第一透明導(dǎo)電層230形成在第一半導(dǎo)體層220上。第一透明導(dǎo)電層230可通過濺射或MOCVD方法由諸如ZnO、ZnO: B、ZnO: Al或Ag等
透明導(dǎo)電材料制成，其中，第一透明導(dǎo)電層230的厚度為500至10000 A。 第一透明導(dǎo)電層230可省略。為了提高太陽能電池的效率，優(yōu)選地設(shè)有第一透明
導(dǎo)電層230。就是說，如果形成第一透明導(dǎo)電層230，那么太陽光線以不同角度散射，由此提
高在第一金屬電極層240上反射和再次入射到太陽能電池上的光的比率。 第一金屬電極層240形成在第一透明導(dǎo)電層230上。 第一金屬電極層240可通過濺射或印刷由諸如Ag、 Al、 Ag+Mo、 Ag+Ni或Ag+Cu等 金屬材料形成。 第二太陽能電池300形成在襯底100的下表面上，其中，第二太陽能電池300包括 第二透明電極層310、第二半導(dǎo)體層320、第二透明導(dǎo)電層330和第二金屬電極層340。
第二透明電極層310形成在襯底100的下表面上。 第二透明電極層310通過濺射或M0CVD方法由與第一透明電極層相同的材料形 成，所述材料即，透明導(dǎo)電材料，諸如，ZnO 、 ZnO: B 、 ZnO: Al 、 Sn02 、 Sn02: F或I TO 。優(yōu)選地，對第二透明電極層310的下表面執(zhí)行紋理化處理，由此形成第二透明電極層310的不平整的 下表面。 第二半導(dǎo)體層320形成在第二透明電極層310的下面。 第二半導(dǎo)體層320可通過等離子體CVD方法由硅基、CuInSe2基或CdTe基半導(dǎo)體 材料形成。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體材料形成為PIN結(jié)構(gòu)，在PIN結(jié)構(gòu)中，P層、I層和N層被順 序地沉積。 如果第二半導(dǎo)體層320形成為PIN結(jié)構(gòu)，則必須將P層毗鄰光入射面放置。為此， N層形成在第二透明電極層310下面、I層形成在N層下面、P層形成在I層下面。
如上所述，第二半導(dǎo)體層320吸收短波長的光。為此，第二半導(dǎo)體層320包括由非 晶半導(dǎo)體材料組成的I層(光吸收層)。 此外，優(yōu)選地，第二半導(dǎo)體層320的I層中的帶隙比第一半導(dǎo)體層220的I層中的 帶隙大。此外，優(yōu)選地，第二半導(dǎo)體層320的I層中的結(jié)晶度比第一半導(dǎo)體層220中的I層 的結(jié)晶度低。相應(yīng)地，優(yōu)選地，第二半導(dǎo)體層320由非晶半導(dǎo)體層形成，而第一半導(dǎo)體層220 由微晶半導(dǎo)體層形成。 第二透明導(dǎo)電層330形成在第二半導(dǎo)體層320下面。 第二透明導(dǎo)電層330由與第一透明導(dǎo)電層230相同的材料形成。例如，第二透明 導(dǎo)電層330通過濺射或MOCVD方法由諸如ZnO、ZnO:B、ZnO:Al或Ag等透明導(dǎo)電材料制成。 在這種情況下，第二透明導(dǎo)電層330的厚度優(yōu)選為500至10000 A。必要時第二透明導(dǎo)電層 330可省略。 第二金屬電極層340形成在第二透明導(dǎo)電層330下面。 第二金屬電極層340可由諸如Ag、Al、Ag+Mo、Ag+Ni或Ag+Cu等金屬材料形成。
同時，由于太陽光線入射在襯底100的下表面上，因此第二金屬電極層340的最小 化的橫截面積使得光入射量增加。因此，第二金屬電極層340的橫截面積小于第一金屬電 極層240的橫截面積。為此，首先可通過濺射來形成薄膜，然后通過蝕刻來圖案化所述薄 膜。在另一方面，可通過絲網(wǎng)印刷法、噴墨印刷法、凹版印刷法或微接觸印刷法直接形成預(yù) 定的圖案。 就絲網(wǎng)印刷法來說，其通過利用絲網(wǎng)和擠壓裝置將原料轉(zhuǎn)印到預(yù)定主體上。噴墨 印刷法是通過使用噴墨機(jī)將原料噴濺到預(yù)定的主體上，由此在其上形成預(yù)定的圖案。就凹 版印刷法來說，原料是涂覆在凹版印板上的，隨后所涂覆的原料被轉(zhuǎn)印到預(yù)定的主體上，由 此在該預(yù)定主體上形成預(yù)定的圖案。微接觸印刷法是通過使用預(yù)定的模具在預(yù)定主體上形 成由原料制成的預(yù)定的圖案。 根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池設(shè)有單獨(dú)地操作的第一太陽能電池200和第二太陽能 電池300。此外，長波長的太陽光線被第一太陽能電池200的由微晶半導(dǎo)體形成的第一半導(dǎo) 體層220吸收，短波長的太陽光線被第二太陽能電池300的由非晶半導(dǎo)體形成的第二半導(dǎo) 體層320吸收。由于在第一太陽能電池200的第一半導(dǎo)體層220和第二太陽能電池300的 第二半導(dǎo)體層320之間未形成隧道，因此不需要進(jìn)行電流匹配。 如圖3所示，就根據(jù)本發(fā)明的薄膜型太陽能電池來說，太陽光線入射在襯底100的 下表面上。如果太陽光線入射在襯底100的上表面上，則第一太陽能電池200和第二太陽 能電池300的位置與圖3所示的第一太陽能電池200和第二太陽能電池300的位置相反。
薄膜型太陽能電池的制造方法 圖4A至圖4C是圖示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜型太陽能電池的制造方法的剖面圖。 如圖4A所示，制備襯底100，襯底100具有彼此相反的第一表面110和第二表面120。襯底100可由玻璃或透明塑料制成。 參照圖4B，第一太陽能電池200形成在襯底100的第一表面110上。
形成第一太陽能電池200的過程包括下述步驟在襯底100的第一表面上形成第一透明電極層210 ;在第一透明電極層210上形成第一半導(dǎo)體層220 ;在第一半導(dǎo)體層220上形成第一透明導(dǎo)電層230 ;以及在第一透明導(dǎo)電層230上形成第一金屬電極層240。
在這種情況下，可用諸如Zn0、Zn0:B、Zn0:Al、Sn02、Sn02:F或IT0的透明導(dǎo)電材料通過濺射或M0CVD方法執(zhí)行形成第一透明電極層210的過程。 當(dāng)形成第一透明電極層210時，可對其執(zhí)行紋理化處理，以便獲得第一透明電極層210的不平整表面。例如，紋理化處理可包括利用光刻法的刻蝕處理、利用化學(xué)溶液的各向異性刻蝕處理或者機(jī)械劃線處理。 第一半導(dǎo)體層220可通過等離子體CVD方法由硅基、CuInSe2基或CdTe基微晶半導(dǎo)體材料形成，其中，第一半導(dǎo)體層220可具有PIN結(jié)構(gòu)，在PIN結(jié)構(gòu)中，P層、I層和N層被順序地沉積。 可由諸如Zn0、 Zn0:B、 Zn0:Al或Ag的透明導(dǎo)電材料通過濺射或M0CVD方法執(zhí)行形成第一透明導(dǎo)電層230的過程。在這種情況下，第一透明導(dǎo)電層230的厚度為500至
ioooo A。 可由諸如Ag、 Al、 Ag+Mo、 Ag+Ni或Ag+Cu的金屬材料通過濺射或印刷法執(zhí)行形成第一金屬電極層240的過程。 當(dāng)襯底100被翻轉(zhuǎn)時，襯底100的第二表面120朝上。此后，第二太陽能電池300形成在襯底100的第二表面上，由此完成圖4C的薄膜型太陽能電池。 形成第二太陽能電池300的過程包括下述步驟在襯底100的第二表面120上形成第二透明電極層310 ;在第二透明電極層310上形成第二半導(dǎo)體層320 ;在第二半導(dǎo)體層320上形成第二透明導(dǎo)電層330 ;以及在第二透明導(dǎo)電層330上形成第二金屬電極層340。
可用諸如Zn0、 Zn0:B、 Zn0:Al、 Sn02、 Sn(^:F或IT0的透明導(dǎo)電材料通過濺射或M0CVD方法執(zhí)行形成第二透明電極層310的過程。 形成第二透明電極層310的過程可包括紋理化處理，以獲得第二透明電極層310的不平整表面。 可用硅基、CuInSe2基或CdTe基非晶半導(dǎo)體材料通過等離子體CVD方法執(zhí)行形成第二半導(dǎo)體層320的過程。此時，第二半導(dǎo)體層320形成為PIN結(jié)構(gòu)，在PIN結(jié)構(gòu)中，N層、I層和P層被順序地沉積。 可用諸如ZnO、ZnO:B、ZnO:Al或Ag的透明導(dǎo)電材料通過濺射方法或MOCVD方法執(zhí)行形成第二透明導(dǎo)電層330的過程。在這種情況下，第二透明導(dǎo)電層330的厚度為500至
ioooo A。 為了形成第二金屬電極層340，首先通過濺射或印刷來形成Ag、 Al、 Ag+Mo、 Ag+Ni或Ag+Cu的金屬薄膜，然后通過蝕刻來圖案化所述薄膜。在另一種方法中，可通過絲網(wǎng)印刷
13法、噴墨印刷法、凹版印刷法或微接觸印刷法直接形成預(yù)定的圖案。 圖5A至圖5D是圖示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的薄膜型太陽能電池的制造方法的剖面圖，其中，每層的材料和每層的形成過程都與圖4A至圖4C相同，省略對其的詳細(xì)說明。
首先，如圖5A所示，制備襯底IOO，襯底100包括彼此相反的第一表面110和第二表面120 如圖5B所示，第一透明電極層210形成在襯底100的第一表面110上，第二透明電極層310形成在襯底100的第二表面120上。更具體地，在襯底100的第一表面110上形成第一透明電極層210之后，翻轉(zhuǎn)襯底100，以便使襯底100的第二表面120朝上。然后，在襯底100的第二表面120上形成第二透明電極層310。 如圖5C所示，第一半導(dǎo)體層220形成在第一透明電極層210上。第一透明導(dǎo)電層230形成在第一半導(dǎo)體層220上，第一金屬電極層240形成在第一透明導(dǎo)電層230上，由此完成第一太陽能電池200。 如圖5D所示，第二半導(dǎo)體層320形成在第二透明電極層310上，第二透明導(dǎo)電層330形成在第二半導(dǎo)體層320上。然后，第二金屬電極層340形成在第二透明導(dǎo)電層330上，由此完成第二太陽能電池300。 圖6A至圖6E是圖示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的薄膜型太陽能電池的制造方法的剖面圖，其中，每層的材料和每層的形成過程都與圖4A至圖4C相同，省略對其的詳細(xì)說明。
首先，如圖6A所示，制備襯底100，襯底100包括彼此相反的第一表面110和第二表面120 如圖6B所示，第一透明電極層210形成在襯底100的第一表面110上，第二透明電極層310形成在襯底100的第二表面120上。此過程可通過下述步驟來執(zhí)行在襯底100的第一表面110上形成第一透明電極層210 ;翻轉(zhuǎn)襯底IOO，以便使第二表面120朝上；以及在襯底100的第二表面120上形成第二透明電極層310。 如圖6C所示，第一半導(dǎo)體層220形成在第一透明電極層210上，第二半導(dǎo)體層320形成在第二透明電極層310上。此過程可通過下述步驟來執(zhí)行在第一透明電極層210上形成第一半導(dǎo)體層220 ;翻轉(zhuǎn)襯底100，以便使第二表面120朝上；以及在第二透明電極層310上形成第二半導(dǎo)體層320。 如圖6D所示，第一透明導(dǎo)電層230形成在第一半導(dǎo)體層220上，第二透明導(dǎo)電層330形成在第二半導(dǎo)體層320上。此過程可通過下述步驟來執(zhí)行在第一半導(dǎo)體層220上形成第一透明導(dǎo)電層230 ;翻轉(zhuǎn)襯底100，以便使第二表面120朝上；以及在第二半導(dǎo)體層320上形成第二透明導(dǎo)電層330。 如圖6E所示，第一金屬電極層240形成在第一透明導(dǎo)電層230上，第二金屬電極層340形成在第二透明導(dǎo)電層330上，由此完成第一太陽能電池200和第二太陽能電池300。此過程可通過下述步驟來執(zhí)行在第一透明導(dǎo)電層230上形成第一金屬電極層240 ;翻轉(zhuǎn)襯底100，以便使第二表面120朝上；以及在第二透明導(dǎo)電層330上形成第二金屬電極層340。 對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的主旨或范圍的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)和變型。因此，本發(fā)明旨在涵蓋本發(fā)明的各種改進(jìn)和變型，只要這些改進(jìn)和變型落在由權(quán)利要求及其等同描述限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種薄膜型太陽能電池包括具有上、下表面的襯底；第一太陽能電池，其在所述襯底的所述上表面上；以及第二太陽能電池，其在所述襯底的所述下表面上，其中，所述第一太陽能電池吸收的光的波長范圍與所述第二太陽能電池吸收的光的波長范圍不同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜型太陽能電池，其中，所述第一太陽能電池包括 第一透明電極層，其具有一個不平整表面，所述第一透明電極層形成在所述襯底的所述上表面上；第一半導(dǎo)體層，其在所述第一透明電極層上，其中，所述第一半導(dǎo)體層包括由微晶半導(dǎo) 體的形成光吸收層；第一透明導(dǎo)電層，其在所述第一半導(dǎo)體層上；以及 第一金屬電極層，其在所述第一透明導(dǎo)電層上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜型太陽能電池，其中，所述第一半導(dǎo)體層由PIN結(jié)構(gòu)的微 晶半導(dǎo)體層形成，所述PIN結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層包括在所述第一透明電極層上的P層、在 所述P層上的I層和在所述I層上的N層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜型太陽能電池，其中，所述第二太陽能電池包括 第二透明電極層，其具有一個不平整表面，所述第二透明電極層形成在所述襯底的所述下表面上；第二半導(dǎo)體層，其在所述第二透明電極層下面，其中，所述第二半導(dǎo)體層包括由非晶半 導(dǎo)體形成的光吸收層；第二透明導(dǎo)電層，其在所述第二半導(dǎo)體層下面；以及 第二金屬電極層，其在所述第二透明導(dǎo)電層下面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜型太陽能電池，其中，所述第二半導(dǎo)體層由PIN結(jié)構(gòu)的非 晶半導(dǎo)體層形成，所述PIN結(jié)構(gòu)的非晶半導(dǎo)體層包括在所述第二透明電極層下面的N層、 在所述N層下面的I層和在所述I層下面的P層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜型太陽能電池，其中，所述第一太陽能電池包括第一金 屬電極層，所述第二太陽能電池包括第二金屬電極層，并且所述第二金屬電極層的橫截面 積比所述第一金屬電極層的橫截面積小。
7. —種薄膜型太陽能電池，包括 襯底；第一太陽能電池，其在所述襯底的一個表面上，其中，所述第一太陽能電池包括順序地 沉積的第一透明電極層、第一半導(dǎo)體層以及第一金屬電極層，所述第一半導(dǎo)體層包括在所 述第一透明電極層上的P層、在所述P層上的I層和在所述I層上的N層；以及第二太陽能電池，其在所述襯底的另一表面上，其中，所述第二太陽能電池包括順序地 沉積的第二透明電極層、第二半導(dǎo)體層以及橫截面積比所述第一金屬電極層小的第二金屬 電極層，所述第二半導(dǎo)體層包括在所述第二透明電極層上的N層、在所述N層上的I層和在 所述I層上的P層，其中，在由所述第一半導(dǎo)體層形成的I層中的帶隙比由在所述第二半導(dǎo)體層形成的I層中的帶隙小。
8. —種薄膜型太陽能電池，包括 襯底；第一太陽能電池，其在所述襯底的一個表面上，其中，所述第一太陽能電池包括順序地 沉積的第一透明電極層、第一半導(dǎo)體層以及第一金屬電極層，所述第一半導(dǎo)體層包括在所述第一透明電極層上的P層、在所述P層上的I層和在所述I層上的N層；以及第二太陽能電池，其在所述襯底的另一表面上，其中，所述第二太陽能電池包括順序地 沉積的第二透明電極層、第二半導(dǎo)體層以及橫截面積比所述第一金屬電極層小的第二金屬電極層，所述第二半導(dǎo)體層包括在所述第二透明電極層上的N層、在所述N層上的I層和在 所述I層上的P層，其中，在由所述第一半導(dǎo)體層形成的I層中的結(jié)晶度比在由所述第二半導(dǎo)體層形成的 I層中的結(jié)晶度高。
9. 一種薄膜型太陽能電池，包括 襯底；第一太陽能電池，其在所述襯底的一個表面上，其中，所述第一太陽能電池包括順序地 沉積的第一透明電極層、第一半導(dǎo)體層以及第一金屬電極層，所述第一半導(dǎo)體層包括在所述第一透明電極層上的P層、在所述P層上的I層和在所述I層上的N層；以及第二太陽能電池，其在所述襯底的另一表面上，其中，所述第二太陽能電池包括順序地 沉積的第二透明電極層、第二半導(dǎo)體層以及橫截面積比所述第一金屬電極層小的第二金屬電極層，所述第二半導(dǎo)體層包括在所述第二透明電極層上的N層、在所述N層上的I層和在 所述I層上的P層，其中，所述第一半導(dǎo)體層由微晶半導(dǎo)體層形成，所述第二半導(dǎo)體層由非晶半導(dǎo)體層形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜型太陽能電池，其中，所述第一和第二透明電極層中的 每一個都具有一個不平整表面；所述第一透明導(dǎo)電層額外地形成在所述第一半導(dǎo)體層和所 述第一金屬電極層之間；并且，所述第二透明導(dǎo)電層額外地形成在所述第二半導(dǎo)體層和所 述第二金屬電極層之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄膜型太陽能電池，其中，所述第一和第二透明電極層中的 每一個都具有一個不平整表面；所述第一透明導(dǎo)電層額外地形成在所述第一半導(dǎo)體層和所 述第一金屬電極層之間；并且，所述第二透明導(dǎo)電層額外地形成在所述第二半導(dǎo)體層和所 述第二金屬電極層之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜型太陽能電池，其中，所述第一和第二透明電極層中的 每一個都具有一個不平整表面；所述第一透明導(dǎo)電層額外地形成在所述第一半導(dǎo)體層和所 述第一金屬電極層之間；并且，所述第二透明導(dǎo)電層額外地形成在所述第二半導(dǎo)體層和所 述第二金屬電極層之間。
13. —種薄膜太陽能電池的制造方法，包括 制備具有彼此相反的上、下表面的襯底； 在所述襯底的所述上表面上形成第一透明電極層； 在所述第一透明電極層上形成第一半導(dǎo)體層；在所述第一半導(dǎo)體層上形成第一金屬電極層； 在所述襯底的所述下表面上形成第二透明電極層； 在所述第二透明電極層上第二半導(dǎo)體層；以及 在所述第二半導(dǎo)體層上形成第二金屬電極層。
14. 一種薄膜太陽能電池的制造方法，包括 制備具有彼此相反的上、下表面的襯底；在所述襯底的所述上表面上形成第一透明電極層，在所述襯底的所述下表面上形成第 二透明電極層；在所述第一透明電極層上形成第一半導(dǎo)體層； 在所述第一半導(dǎo)體層上形成第一金屬電極層； 在所述第二透明電極層上形成第二半導(dǎo)體層；以及 在所述第二半導(dǎo)體層上形成第二金屬電極層。
15. —種薄膜太陽能電池的制造方法，包括 制備具有彼此相反的上、下表面的襯底；在所述襯底的所述上表面上形成第一透明電極層，在所述襯底的所述下表面上形成第 二透明電極層；在所述第一透明電極層上形成第一半導(dǎo)體層，在所述第二透明電極層上形成第二半導(dǎo) 體層；以及在所述第一半導(dǎo)體層上形成第一金屬電極層，在所述第二半導(dǎo)體層上形成第二金屬電 極層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一半導(dǎo)體層和所述第一金屬電極層之間形成第一透明導(dǎo)電層； 在所述第二半導(dǎo)體層和所述第二金屬電極層之間形成第二透明導(dǎo)電層；以及 在形成所述第一和第二透明電極層時，對所述第一和第二透明電極層的所述表面執(zhí)行 紋理化處理。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一半導(dǎo)體層和所述第一金屬電極層之間形成第一透明導(dǎo)電層； 在所述第二半導(dǎo)體層和所述第二金屬電極層之間形成第二透明導(dǎo)電層；以及 在形成所述第一和第二透明電極層時，對所述第一和第二透明電極層的所述表面執(zhí)行 紋理化處理。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一半導(dǎo)體層和所述第一金屬電極層之間形成第一透明導(dǎo)電層； 在所述第二半導(dǎo)體層和所述第二金屬電極層之間形成第二透明導(dǎo)電層；以及 在形成所述第一和第二透明電極層時，對所述第一和第二透明電極層的所述表面執(zhí)行 紋理化處理。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，形成所述第一半導(dǎo)體層的步驟包括形成具有 PIN結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層；而形成所述第二半導(dǎo)體層的步驟包括形成具有PIN結(jié)構(gòu)的非晶 半導(dǎo)體層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成所述第一半導(dǎo)體層的步驟包括形成具有PIN結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層；而形成所述第二半導(dǎo)體層的步驟包括形成具有PIN結(jié)構(gòu)的非晶 半導(dǎo)體層。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，形成所述第一半導(dǎo)體層的步驟包括形成具有 PIN結(jié)構(gòu)的微晶半導(dǎo)體層；而形成所述第二半導(dǎo)體層的步驟包括形成具有PIN結(jié)構(gòu)的非晶 半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種薄膜型太陽能電池及其制造方法，其中所述薄膜型太陽能電池包括具有上、下表面的襯底；在襯底上表面上的第一太陽能電池；以及在襯底下表面上的第二太陽能電池，其中，第一太陽能電池吸收的光的波長范圍與第二太陽能電池吸收的光的波長范圍不同。在這種情況下，不需要在第一太陽能電池的第一半導(dǎo)體層和第二太陽能電池的第二半導(dǎo)體層之間的隧道，由此不需要匹配電流。
文檔編號H01L31/04GK101779292SQ200880102507
公開日2010年7月14日 申請日期2008年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月16日
發(fā)明者洪震 申請人:周星工程股份有限公司