專利名稱：薄膜太陽(yáng)能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜太陽(yáng)能電池，更具體地，涉及一種提高能量轉(zhuǎn)換效率的薄膜太陽(yáng)能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)要求2009年2月5日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)No. 10-2009-0009309的優(yōu)先權(quán)， 此處以引證的方式并入其全部?jī)?nèi)容。通常，根據(jù)光吸收層的材料，太陽(yáng)能電池被分成多種類型。太陽(yáng)能電池可以被歸類 為以硅作為光吸收層的硅太陽(yáng)能電池、采用CIS(CUInSe2)或者CdTe的化合物薄膜太陽(yáng)能 電池、III-V族太陽(yáng)能電池、染料敏化太陽(yáng)能電池以及有機(jī)太陽(yáng)能電池。在上述太陽(yáng)能電池中，硅太陽(yáng)能電池包括晶體太陽(yáng)能電池和非晶薄膜太陽(yáng)能電 池。塊型(Bulk-type)晶體太陽(yáng)能電池被廣泛使用。然而，昂貴的硅材料和復(fù)雜的制造工 藝，導(dǎo)致上述晶體太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本增加。近來(lái)，通過(guò)在相對(duì)低成本的基板(如玻璃、金屬或者塑料)上而不是在硅晶片上形 成薄膜型太陽(yáng)能電池，進(jìn)行了用于降低生產(chǎn)成本的研究。下面將參考


根據(jù)相關(guān)技術(shù)的一種薄膜太陽(yáng)能電池。圖1是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的一種薄膜太陽(yáng)能電池的截面圖。圖1中，相關(guān)技術(shù)的薄膜 太陽(yáng)能電池5包括玻璃或塑料的第一和第二基板10和20，它們彼此相對(duì)地附接在一起。透 明導(dǎo)電層30形成在第一基板10的內(nèi)表面上。光吸收層40形成在透明導(dǎo)電層30上，該光 吸收層40具有p-i-n結(jié)構(gòu)并包括ρ型硅層40a、i型硅層40b和η型硅層40c。反射電極 50形成在各個(gè)單元電池C的光吸收層40上。聚合材料層60形成在第二基板20的內(nèi)表面 上并接觸第一基板10的反射電極50。這里，反射電極50由選自包括具有相對(duì)高的反射比的材料(如鋁(Al)和銀(Ag)) 的導(dǎo)電材料組中的一種形成。通過(guò)對(duì)光進(jìn)行反射，反射電極50增加穿過(guò)光吸收層40的光 的散射特性。盡管圖中未示出，粘合層可以形成在聚合材料層60和反射電極50之間，以牢固地 附接第一和第二基板10和20。在薄膜太陽(yáng)能電池5中，從外界入射到第一基板10上的外部光穿過(guò)第一基板10 和ρ型硅層40a并被i型硅層40b吸收。由于被吸收的光具有比硅的帶隙能量更大的能量， 所以在i型硅層40b中產(chǎn)生電子和空穴。由于內(nèi)部電場(chǎng)，i型硅層40b中的電子和空穴分 別擴(kuò)散到P型硅層40a和η型硅層40c，并分別通過(guò)透明導(dǎo)電層30和反射電極50而被提供 到外部電路。因此，太陽(yáng)能可被轉(zhuǎn)換成電能。然而，相關(guān)技術(shù)的薄膜太陽(yáng)能電池5在提高能量轉(zhuǎn)換效率方面存在限制，這是因 為它吸收范圍在200nm至SOOnm的短波長(zhǎng)的光。為了提高能量轉(zhuǎn)換效率，提出了使透明導(dǎo) 電層30具有不平坦表面的設(shè)計(jì)，以增加光吸收。圖2A是示意性地說(shuō)明根據(jù)相關(guān)技術(shù)的一種包括具有不平坦表面的透明導(dǎo)電層的薄膜太陽(yáng)能電池的截面圖，而圖2B是示出圖2A的薄膜太陽(yáng)能電池中的光路的圖。這里，在圖2A和圖2B中，與圖1相同的部件可以具有相同的標(biāo)號(hào)，并且省去了對(duì)相同部分的說(shuō)明。如圖2A和圖2B中所示，具有不平坦表面的透明導(dǎo)電層30形成在第一基板10上。 即，透明導(dǎo)電層30在其頂表面具有相互交替的峰和谷。透明導(dǎo)電層30的不平坦表面增加 和改善了太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率。然而，在薄膜太陽(yáng)能電池5中，當(dāng)外部光穿過(guò)第一基板10和透明導(dǎo)電層30時(shí)存在 光損失。因此，即使由于在透明導(dǎo)電層30的表面的光散射和光透射距離的增大而使能量轉(zhuǎn) 換效率得到提高，在透明導(dǎo)電層30和光吸收層40之間的界面處的反射也會(huì)導(dǎo)致光損失，并 且薄膜太陽(yáng)能電池5的能量轉(zhuǎn)換效率不能被充分地提高。S卩，如圖2B中所示，當(dāng)透明導(dǎo)電層30具有不平坦表面時(shí)，表面處的散射特性得到 改善。但是，當(dāng)光穿過(guò)透明導(dǎo)電層30和光吸收層40之間的界面時(shí)，由于反射和吸收而存在 光損失。在薄膜太陽(yáng)能電池5中，透明導(dǎo)電層30和光吸收層40之間的界面處的反射和吸 收所造成的光損失可能導(dǎo)致大約能量轉(zhuǎn)換效率總損失的25%。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種薄膜太陽(yáng)能電池及其制造方法，其能夠基本上克服因相關(guān) 技術(shù)的局限和缺點(diǎn)帶來(lái)的一個(gè)或更多個(gè)問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜太陽(yáng)能電池及其制造方法，其能夠增加提供給光 吸收層的光量并且提高能量轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中描述且將從描述中部分地顯現(xiàn)，或者 可以通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐來(lái)了解。通過(guò)書(shū)面的說(shuō)明書(shū)及其權(quán)利要求以及附圖中特別指出的結(jié) 構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這些和其它優(yōu)點(diǎn)，按照本發(fā)明的目的，作為具體和廣義的描述，一種薄膜 太陽(yáng)能電池包括第一基板；透明導(dǎo)電層，其位于所述第一基板的內(nèi)表面上，所述透明導(dǎo)電 層具有不平坦頂表面并包括通孔；光吸收層，其位于所述透明導(dǎo)電層上；反射電極，其位于 所述光吸收層上；第二基板，其與所述第一基板相對(duì)并與所述第一基板附接；以及聚合材 料層，其位于所述第二基板的內(nèi)表面上。在另一方面，一種制造薄膜太陽(yáng)能電池的方法包括以下步驟在第一基板上形成 透明導(dǎo)電材料層，所述透明導(dǎo)電材料層具有不平坦頂表面并包括光吸收材料的顆粒；通過(guò) 將激光束照射到所述顆粒，在所述透明導(dǎo)電材料層中形成通孔，其中所述顆粒吸收所述激 光束并崩出；通過(guò)切割所述透明導(dǎo)電材料層，在各個(gè)單元電池中形成透明導(dǎo)電層；在所述 透明導(dǎo)電層上形成光吸收層；在所述光吸收層上形成反射電極；在第二基板上形成聚合材 料層；以及附接所述第一基板和第二基板，使得所述聚合材料層與所述反射電極相對(duì)。應(yīng)當(dāng)理解，上述一般描述和下述詳細(xì)描述是示例性和說(shuō)明性的，且旨在提供所要 求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。

附圖被包括在本說(shuō)明書(shū)中以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并結(jié)合到本說(shuō)明書(shū)中且 構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施方式，且與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。附圖中圖1是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的一種薄膜太陽(yáng)能電池的截面圖。圖2A是示意性地說(shuō)明根據(jù)相關(guān)技術(shù)的一種包括具有不平坦表面的透明導(dǎo)電層的 薄膜太陽(yáng)能電池的截面圖，而圖2B是示出圖2A的薄膜太陽(yáng)能電池中的光路的圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的薄膜太陽(yáng)能電池的截面圖。圖4A至4H是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的制造薄膜太陽(yáng)能電池的方法步驟中的薄膜太陽(yáng)能 電池的截面圖。圖5是示出形成在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的硅層中的通孔的照片。
具體實(shí)施例方式下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在附圖中例示出了其示例。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的薄膜太陽(yáng)能電池的截面圖。圖3中，本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池105包括玻璃或塑料的第一基板110和第二基 板120，它們彼此相對(duì)地附接在一起。具有不平坦頂表面的透明導(dǎo)電層130形成在第一基板 110的內(nèi)表面上。透明導(dǎo)電層130的不平坦頂表面包括峰和谷。透明導(dǎo)電層130包括通孔 TH，其從透明導(dǎo)電層130的頂表面延伸到底表面。光吸收層140形成在透明導(dǎo)電層130上， 并且反射電極150形成在光吸收層140上。聚合材料層160形成在第二基板120的與第一 基板110相對(duì)的內(nèi)表面上，并且聚合材料層160接觸反射電極150。反射電極由選自包括具有相對(duì)高的反射比的材料(如鋁(A1)和銀(Ag))的導(dǎo)電 材料組中的一種形成。反射電極150朝著第一基板110反射穿過(guò)光吸收層140的光。光吸收層140可以具有p-i-n結(jié)構(gòu)并包括順序?qū)盈B在透明導(dǎo)電層130上的p型硅 層140a、i型硅層140b和n型硅層140c。透明導(dǎo)電層130可以由選自包括氧化銦錫(IT0)、錫氧化物(SnO:F或SnO:B)和鋅 氧化物(ZnO:Al或ZnO:Ga)的透明導(dǎo)電氧化物材料組中的一種形成。通孔TH照原樣使入射到透明導(dǎo)電層130上的光穿過(guò)，由此減少由于光散射和吸收 導(dǎo)致的光損失。通孔TH可以通過(guò)向透明導(dǎo)電層130中注入光吸收材料的顆粒并將激光束 照射到顆粒而形成。稍后將對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。在本發(fā)明中，由于透明導(dǎo)電層130具有不平坦頂表面并包括通孔TH，所以穿過(guò)通 孔TH的外部光能夠毫無(wú)障礙地進(jìn)入光吸收層140。特別地，穿過(guò)通孔TH的光在透明導(dǎo)電層 130的不平坦頂表面處被衍射，并且光散射和光路由于峰和谷而被延伸。因此，光能夠以最 小損失的方式被提供給光吸收層140。因此，可以提高能量轉(zhuǎn)換效率。將參考附圖解釋根據(jù)本發(fā)明的制造薄膜太陽(yáng)能電池的方法。圖4A至4H是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的制造薄膜太陽(yáng)能電池的方法步驟中的薄膜太陽(yáng)能 電池的截面圖。圖4A至4F示出根據(jù)本發(fā)明的制造薄膜太陽(yáng)能電池的第一基板的步驟，圖 4G示出根據(jù)本發(fā)明的制造薄膜太陽(yáng)能電池的第二基板的步驟，以及圖4H示出根據(jù)本發(fā)明 的附接薄膜太陽(yáng)能電池的第一和第二基板的步驟。圖4A中，通過(guò)沉積選自包括氧化物的透明導(dǎo)電材料組中的一種，在第一基板110 上形成第一透明導(dǎo)電材料層132a。透明導(dǎo)電材料組可以包括氧化銦錫(IT0)、錫氧化物 (SnO:F或SnO:B)和鋅氧化物(ZnO:Al或ZnO:Ga)。第一基板110可以包括玻璃或塑料。第一透明導(dǎo)電材料層132a可以具有第一厚度。接著，包括光吸收材料的顆粒170可以被注入或涂敷到其上包括第一透明導(dǎo)電 材料層132a的第一基板110上。這里，顆粒170可以選自聚合材料組。顆粒170可以選 自太陽(yáng)光吸收材料組，即，太陽(yáng)能吸收材料組，其包括黃色波長(zhǎng)范圍的4-羥基苯基偶氮苯 (4-hydroxyphenylazobenzene)、紅色波長(zhǎng)范圍的 萘胺(l-naphthylamine)和綠色波長(zhǎng) 范圍的酒石黃(Tartrazine)?；瘜W(xué)式1、2和3代表包括光吸收材料的顆粒的化學(xué)化合物組成。特別地，化學(xué)式 1示出4-羥苯偶氮 < 基 > 苯，化學(xué)式2示出1-萘胺，并且化學(xué)式3示出酒石黃。[化學(xué)式1]<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 7</formula>顆粒170可以被隨機(jī)地設(shè)置于第一基板110上，并且有利的是，顆粒170可以被注 入或涂敷，使得各個(gè)單元電池C中的顆粒170的間隔、寬度和數(shù)量是均勻的。在圖4B中，通過(guò)沉積選自上述透明導(dǎo)電材料組中的一種，在包括顆粒170的第一 透明導(dǎo)電材料層132a上形成第二透明導(dǎo)電材料層132b。第二透明導(dǎo)電材料層132b可以具 有第二厚度。期望的是第一厚度和第二厚度的總厚度大于5,000 A。在該總厚度范圍內(nèi)，第 一和第二厚度可以不同地改變。第一透明導(dǎo)電材料層132a和第二透明導(dǎo)電材料層132b構(gòu) 成透明導(dǎo)電材料層132。顆粒170可以被注入或涂敷在從第一基板110的頂表面到第二透明導(dǎo)電材料層 132b的頂表面的任何位置上。顆粒170可以被設(shè)置在第一基板110的頂表面處。在圖4C中，通過(guò)將包括透明導(dǎo)電材料層132的第一基板110浸入填充有蝕刻劑的 蝕刻溶液(etching bath)中或者通過(guò)利用噴射槍將蝕刻劑噴射到第一基板上，來(lái)選擇性地蝕刻透明導(dǎo)電材料層132的頂表面。透明導(dǎo)電材料層132包括透明導(dǎo)電氧化物材料，并且 在透明導(dǎo)電氧化物材料中，蝕刻劑有效地滲透進(jìn)入微粒(grain)之間的界面處。因此，界面 成為谷，而第二透明導(dǎo)電材料層132b具有含有峰和谷的不平坦頂表面。在圖4D中，激光束照射設(shè)備180被設(shè)置在第一基板110之下并與第一基板110隔 開(kāi)，在該第一基板Iio上形成有圖4C的包括顆粒170的透明導(dǎo)電材料層132，并且朝著第一 基板110照射激光束。有利地，激光束可以具有300nm至1，200nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。如果照射激光束，則顆粒170吸收激光束而具有高吸收能。由于爆炸(explosion) 等原因，顆粒170瞬間穿透透明導(dǎo)電材料層132而崩出(break away) 0因此，在透明導(dǎo)電材 料層132中形成通孔TH。圖5是示出形成在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的硅層中的通孔的照片。這里，光 吸收材料的顆粒(未示出)分散在硅層133中。通過(guò)向顆粒照射激光束，在硅層133中形 成通孔TH。接著，在圖4E中，通過(guò)利用激光來(lái)切割圖4D的具有通孔TH的透明導(dǎo)電材料層 132，在各個(gè)單元電池C中形成透明導(dǎo)電層130?？梢栽诎▓D4D的具有通孔TH的透明導(dǎo) 電材料層132的第一基板110之上設(shè)置激光。透明導(dǎo)電層130包括第一透明導(dǎo)電材料層 132a和第二透明導(dǎo)電材料層132b。然后，通過(guò)在包括透明導(dǎo)電層130的第一基板110上順序沉積ρ型硅層140a、i型 硅層140b和η型硅層140c，來(lái)形成具有p-i-n結(jié)構(gòu)的光吸收材料層(未示出)。利用激光 來(lái)切割光吸收材料層，并且在各個(gè)單元電池C中形成光吸收層140?？梢栽诘谝换?10之 上并與第一基板110隔開(kāi)地設(shè)置激光。在圖4F中，通過(guò)沉積選自包括具有相對(duì)高的反射比的包括鋁(Al)和銀(Ag)的導(dǎo) 電材料組中的一種，在包括光吸收層140的第一基板110上形成反射材料層(未示出)。利 用激光來(lái)切割反射材料層，并且在各個(gè)單元電池C中形成反射電極150?？梢酝ㄟ^(guò)濺射法來(lái) 沉積反射材料層。如此，可以制造根據(jù)本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池的第一基板。接著，在圖4G中，通過(guò)涂敷選自包括黑樹(shù)脂的聚合材料組中的一種，在第二基板 120上形成聚合材料層160。盡管圖中未示出，但可以通過(guò)涂敷粘合材料在聚合材料層160 上形成粘合層。在圖4H中，包括聚合材料層160的第二基板120被設(shè)置在第一基板110之上，該第 一基板Iio包括透明導(dǎo)電層130、光吸收層140以及反射電極150。通過(guò)沿著第一基板110 和第二基板120其中一個(gè)的周邊均勻地涂敷密封劑并硬化該密封劑，形成密封圖案(未示 出)以密封第一和第二基板110和120。如此，可以制造根據(jù)本發(fā)明的薄膜太陽(yáng)能電池。盡管上面描述了具有單結(jié)結(jié)構(gòu)的薄膜太陽(yáng)能電池，本發(fā)明還可以應(yīng)用于級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu) (tandem structure)或三重結(jié)構(gòu)(triple structure)。本發(fā)明中，因?yàn)樵谕该鲗?dǎo)電層中形成通孔，所以可以增加提供給光吸收層的光量， 并且能夠提高薄膜太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言很明顯，在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的條件下，可以 在本發(fā)明中做出各種修改和變型。因而，本發(fā)明旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的本發(fā)明的修改和變型
權(quán)利要求
一種薄膜太陽(yáng)能電池，該薄膜太陽(yáng)能電池包括第一基板；透明導(dǎo)電層，其位于所述第一基板的內(nèi)表面上，所述透明導(dǎo)電層具有不平坦頂表面并包括通孔；光吸收層，其位于所述透明導(dǎo)電層上；反射電極，其位于所述光吸收層上；第二基板，其與所述第一基板相對(duì)并與所述第一基板附接；以及聚合材料層，其位于所述第二基板的內(nèi)表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中所述光吸收層具有p-i-n結(jié)構(gòu)，所述 p-i-n結(jié)構(gòu)按順序包括p型硅層、i型硅層和n型硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中所述透明導(dǎo)電層包括具有第一厚度的 第一透明導(dǎo)電材料層和具有第二厚度的第二透明導(dǎo)電材料層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其中所述第一厚度和第二厚度的總厚度大 于5,000A。
5.一種制造薄膜太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括以下步驟在第一基板上形成透明導(dǎo)電材料層，所述透明導(dǎo)電材料層具有不平坦頂表面并包括光 吸收材料的顆粒；通過(guò)將激光束照射到所述顆粒，在所述透明導(dǎo)電材料層中形成通孔，其中所述顆粒吸 收所述激光束并崩出；通過(guò)切割所述透明導(dǎo)電材料層，在各個(gè)單元電池中形成透明導(dǎo)電層； 在所述透明導(dǎo)電層上形成光吸收層； 在所述光吸收層上形成反射電極； 在第二基板上形成聚合材料層；以及附接所述第一基板和第二基板，使得所述聚合材料層與所述反射電極相對(duì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述顆粒選自包括4-羥基苯基偶氮苯、1-萘胺和 酒石黃的太陽(yáng)光吸收材料組。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述激光束具有范圍在300nm至1200nm內(nèi)的波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述顆粒被設(shè)置在所述第一基板的頂表面和所述 透明導(dǎo)電材料層的不平坦頂表面之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述顆粒被設(shè)置成在各個(gè)單元電池中具有一定的 間隔、寬度和數(shù)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述顆粒被隨機(jī)地設(shè)置在各個(gè)單元電池中。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中形成所述透明導(dǎo)電材料層的步驟包括形成具有 第一厚度的第一透明導(dǎo)電材料層的步驟和形成具有第二厚度的第二透明導(dǎo)電材料層的步 馬聚o
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在形成所述第一透明導(dǎo)電材料層的步驟和形成 所述第二透明導(dǎo)電材料層的步驟之間形成所述顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一厚度和第二厚度的總厚度大于‘5,000A。
全文摘要
薄膜太陽(yáng)能電池及其制造方法。一種薄膜太陽(yáng)能電池包括第一基板；透明導(dǎo)電層，其位于所述第一基板的內(nèi)表面上，所述透明導(dǎo)電層具有不平坦頂表面并包括通孔；光吸收層，其位于所述透明導(dǎo)電層上；反射電極，其位于所述光吸收層上；第二基板，其與所述第一基板相對(duì)并與所述第一基板附接；以及聚合材料層，其位于所述第二基板的內(nèi)表面上。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101800255SQ20091024683
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者俞以仁, 樸元緒, 樸成基, 李正禹, 沈敬珍, 金泰潤(rùn) 申請(qǐng)人:樂(lè)金顯示有限公司