專利名稱：：薄膜太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種薄膜太陽能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
：正進行各種研究來尋找化石燃料的替代物，以解決迫在眉睫的能源危機。特別是，為了替代在今后幾十年內(nèi)將枯竭的石油資源，研究者正致力于如何利用諸如風(fēng)能、原子能和太陽能的天然資源。不同于其它潛在的替代物，太陽能電池對環(huán)境無污染，并利用無限量的太陽能。因此，自從硒太陽能電池在1983年被開發(fā)出以來，太陽能電池在過去的幾十年內(nèi)已經(jīng)被大量研究。由于較高的制造和安裝成本，現(xiàn)今利用單晶體硅(singlecrystalbulksilicon)的商業(yè)太陽能電池并未得到廣泛使用。為了解決成本問題，薄膜太陽能電池得到了積極的研究。特別是，利用非晶硅(a-Si:H)的薄膜太陽能電池作為能低成本制造大面積太陽能電池的技術(shù)得到了格外的關(guān)注。一般來說，薄膜太陽能電池可以由第一電極、吸收層和第二電極堆疊在第一襯底上的多層結(jié)構(gòu)制成。為了提高薄膜太陽能電池的效率，執(zhí)行變形工藝(texturingprocess)以在第一電極的表面上形成大的凸起(imevermess)。傳統(tǒng)的變形工藝采用使用酸/堿溶液的化學(xué)蝕刻方法。當(dāng)太陽能電池的制造工藝主要在真空狀態(tài)下進行時，由于采用上述化學(xué)蝕刻方法的變形工藝使用了酸/堿溶液，因此會破壞真空工藝，并且為了返回真空狀態(tài)，延長了工藝的生產(chǎn)節(jié)拍時間(tacttime)。此外，蝕刻溶液必須根據(jù)第一電極的材料而改變，并且很難任意地控制凸起的形狀。還有，第一電極的表面可能會被破壞，這導(dǎo)致了電阻值的增加。再一個問題是酸/堿蝕刻溶液廢棄物的處理。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明致力于提供薄膜太陽能電池及其制造方法，憑借該方法可用縮短的生產(chǎn)時間容易地形成太陽能電池的第一電極的凸起，并能防止太陽能電池的電學(xué)性能的惡化。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜太陽能電池包括襯底；位于襯底上的第一電極，該第一電極包括多個導(dǎo)電顆粒，并具有形成在第一電極表面上的凸起；位于第一電極上的吸收層；以及位于吸收層上的第二電極。所包含的用于提供對本發(fā)明的進一步解釋并組成本說明書的一部分的附解了本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1圖解了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜太陽能電池；圖2A到2G圖解了根據(jù)本發(fā)明一個實施例制造薄膜太陽能電池的各個工藝；圖3A到3B圖解了根據(jù)本發(fā)明實施例檢測薄膜太陽能電池的第一電極表面的SEM圖像。具體實施例方式現(xiàn)在將對其實例已在附圖中圖解的本發(fā)明的實施例進行詳細描述。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜太陽能電池包括襯底；位于襯底上的第一電極，該第一電極包括多個導(dǎo)電顆粒，并具有形成在第一電極表面上的凸起；位于第一電極上的吸收層；以及位于吸收層上的第二電極。多個導(dǎo)電顆粒可以包括從由氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘(Cd2O3)和氧化銦錫(ITO)組成的群組中選擇的不止一種。多個導(dǎo)電顆?？梢該诫s從由鎵(Ga)、鋁(Al)、硼⑶、氟(F)和錫(Sn)組成的群組中選擇的一種。多個導(dǎo)電顆粒的顆粒尺寸可以基本上在0.01到0.7μπι的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明一個實施例制造薄膜太陽能電池的方法包括在襯底上形成表面具有凸起的第一電極，該第一電極包括多個導(dǎo)電顆粒；在第一電極上形成吸收層；以及在吸收層上形成第二電極。多個導(dǎo)電顆?？梢员煌扛灿腥芤?。多個導(dǎo)電顆粒可以通過旋涂、浸涂或者印刷法中的任意一種形成。第一電極的形成包括在襯底上涂覆包含多個導(dǎo)電顆粒的溶液；通過加熱襯底去除該溶液；以及在形成有多個導(dǎo)電顆粒的襯底上沉積透明導(dǎo)電材料。多個導(dǎo)電顆粒的顆粒尺寸可以基本上在0.01到0.7μπι的范圍內(nèi)。多個導(dǎo)電顆?？梢該诫s從由鎵(Ga)、鋁(Al)、硼⑶、氟(F)和錫(Sn)組成的群組中選擇的任意一種。下面將參考必要的附圖來描述本發(fā)明的實施例。圖1圖解了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜太陽能電池。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜太陽能電池100包括襯底110；位于襯底110上的第一電極120，該第一電極120包括多個導(dǎo)電顆粒125并具有形成在其表面上的凸起128；位于第一電極120上的吸收層130；和位于吸收層130上的第二電極140。襯底110可以使用玻璃或透明樹脂膜。玻璃可以是玻璃面板，其成分為具有良好的透明度和非導(dǎo)電性的二氧化硅(SiO2)、氧化鈉(Na2O)和氧化鈣(CaO)。第一電極120可以由透明導(dǎo)電氧化物或金屬組成。透明導(dǎo)電氧化物可以由從由氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘(Cd2O3)和氧化銦錫(ITO)組成的群組中選擇的任意一種制成，優(yōu)選地由氧化銦錫(ITO)制成。至于金屬，可以使用銀(Ag)或鋁(Al)。第一電極120可以是由透明導(dǎo)電氧化物或金屬形成的單層，但不限于此，也可以是由透明導(dǎo)電氧化物/金屬形成的兩層或多于兩層的多層。同時，第一電極120可以包括多個導(dǎo)電顆粒125。多個顆粒125便于凸起128在第一電極120的表面上形成，以擴大第一電極120的表面積。多個導(dǎo)電顆粒125可以由從由氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘(Cd2O3)和氧化銦錫(ITO)組成的群組中選擇的任意一種形成。同樣地，多個導(dǎo)電顆粒125可以摻雜從由鎵(Ga)、鋁(Al)、硼(B)、氟(F)和錫(Sn)組成的群組中選擇的任意一種。多個導(dǎo)電顆粒125的顆粒尺寸可以基本上在0.01到0.7μπι的范圍內(nèi)。如果導(dǎo)電顆粒125的尺寸大于0.01μm，那么可以在第一電極120上形成凸起，從而擴大了第一電極120的表面積。另一方面，如果導(dǎo)電顆粒125的尺寸小于0.7μm，那么也可以具有防止第一電極120的厚度變厚的有益效果。因多個導(dǎo)電顆粒125的緣故，多個凸起128可在第一電極120的表面上形成。凸起128擴大了第一電極120的表面積，因此引起了入射到第一電極120上的光的色散，從而具有延長光路的有益效果。同時，吸收層130可以由非晶硅、CdTe或CIGS(CuInGaSe2)形成，并且可以具有銷型(Pin)結(jié)構(gòu)。為了舉例說明，假設(shè)吸收層130為非晶硅，則銷型結(jié)構(gòu)可以由ρ+型非晶硅層/i(本征)-型非晶硅層/n+型非晶硅層形成。在上述的假設(shè)中，銷型結(jié)構(gòu)的硅薄膜層吸收入射的太陽光，并產(chǎn)生電子_空穴對。在銷型結(jié)構(gòu)中，由通過p-n結(jié)所建立的內(nèi)建電勢先前產(chǎn)生的電子和空穴分別向η型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體移動，用于后續(xù)使用。盡管在本實施例中吸收層130為單層，但吸收層130可以為由ρ+型非晶硅層/i(本征)-型非晶硅層/n+型非晶硅層組成的結(jié)構(gòu)。與第一電極120相同，第二電極140也可以由透明導(dǎo)電氧化物或金屬組成。透明導(dǎo)電氧化物可以由氧化銦錫(ΙΤ0)、氧化錫(SnO)或氧化鋅(ZnO)制成，優(yōu)選由氧化銦錫(ITO)制成。至于金屬，可以使用銀(Ag)或鋁(Al)。第二電極140可以是由透明導(dǎo)電氧化物或金屬形成的單層，但不限于此，也可以是由透明導(dǎo)電氧化物/金屬形成的兩層或多于兩層的多層。下面將描述根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜太陽能電池的制造方法。圖2A到2G圖解了根據(jù)本發(fā)明一個實施例制造薄膜太陽能電池的各個工藝。根據(jù)本發(fā)明一個實施例制造薄膜太陽能電池的方法包括在襯底上形成表面具有凸起的第一電極，該第一電極包括多個導(dǎo)電顆粒；在第一電極上形成吸收層；以及在吸收層上形成第二電極。首先，在下文中將參考圖2A描述在襯底210上形成包含多個導(dǎo)電顆粒225的第一電極230。(A)用包含多個導(dǎo)電顆粒225的溶液220涂覆襯底210。此時，襯底210可以使用玻璃或透明樹脂膜。玻璃可以是平整的玻璃面板，其成分為具有良好的透明度和非導(dǎo)電性的二氧化硅(SiO2)、氧化鈉(Na2O)和氧化鈣(CaO)。溶液220可以是諸如甲醇、乙醇或酒精的任何物質(zhì)，只要其能夠使多個導(dǎo)電顆粒225散開。使用溶液220的涂覆方法可以是旋涂、浸涂或者印刷法中的任意一種。同時，多個導(dǎo)電顆粒225可以由從由氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘(Cd2O3)和氧化銦錫(ITO)組成的群組中選擇的任意一種形成。同樣地，多個導(dǎo)電顆粒225可以摻雜從由鎵(Ga)、鋁(Al)、硼⑶、氟(F)和錫(Sn)組成的群組中選擇的任意一種。在這種情況下，摻雜密度可在3%到7%的范圍內(nèi)。多個導(dǎo)電顆粒225的顆粒尺寸可以基本上在0.01到0.7μπι的范圍內(nèi)。如果導(dǎo)電顆粒225的尺寸大于0.01μm，那么隨后可以在第一電極230上形成凸起，從而擴大第一電極230的表面積。另一方面，如果導(dǎo)電顆粒225的尺寸小于0.7μm，那么也可以具有防止第一電極230的厚度變厚的有益效果。然后，(B)通過加熱涂覆有包含多個導(dǎo)電顆粒225的溶液220的襯底210來去除溶液220?？赏ㄟ^在150°C下在干燥箱中加熱1到10分鐘來去除溶液220。隨后，(C)通過在已經(jīng)將溶液去除的襯底210上沉積透明導(dǎo)電材料來形成包含多個導(dǎo)電顆粒225的第一電極230。在通過先前的加熱工藝已經(jīng)將溶液去除的襯底210上，僅留有多個導(dǎo)電顆粒225。因此，如果在形成有多個導(dǎo)電顆粒225的襯底210上沉積透明導(dǎo)電材料，那么因多個導(dǎo)電顆粒225的緣故，能形成表面具有凸起228的第一電極230。第一電極230可以由透明導(dǎo)電氧化物或金屬組成。透明導(dǎo)電氧化物可以由從由氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘(Cd2O3)和氧化銦錫(ITO)組成的群組中選擇的任意一種制成，優(yōu)選由氧化銦錫(ITO)制成。至于金屬，可以使用銀(Ag)或鋁(Al)。第一電極230可以是由透明導(dǎo)電氧化物或金屬形成的單層，但不限于此，也可以是由透明導(dǎo)電氧化物/金屬形成的兩層或多于兩層的多層。同樣地，第一電極230可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或電子束(E-beam)法來形成。因此，如圖2B所示，可以形成第一電極230，第一電極230具有形成在其表面上的凸起228和形成在襯底210上的多個導(dǎo)電顆粒225。如上所述，通過利用多個導(dǎo)電顆粒225在第一電極的表面上形成凸起，可以取代利用酸/堿蝕刻溶液在第一電極上形成凸起的傳統(tǒng)工藝。因此，通過調(diào)整導(dǎo)電顆粒的尺寸，可以很容易地調(diào)整第一電極的凸起的尺寸，并能防止由于對第一電極的損壞而引起的電學(xué)性能的惡化。同樣地，由于保持了真空工藝，因此能縮短工藝的生產(chǎn)節(jié)拍時間。然后，參考圖2C，對第一電極230進行構(gòu)圖。此時，可以使用光刻膠法、噴砂法或激光劃片(laserscribing)法對第一電極230構(gòu)圖。在這種情況下，可利用第一構(gòu)圖線235分隔第一電極230。隨后，參照圖2D，在已經(jīng)完成構(gòu)圖工藝的第一電極230上形成吸收層240。吸收層240可以由非晶硅、CdTe或CIGS(CulnGaSe2)形成，并且可以具有銷型(pin)結(jié)構(gòu)。為了舉例說明，假設(shè)吸收層240為非晶硅，則銷型結(jié)構(gòu)可以由ρ+型非晶硅層/i(本征)-型非晶硅層/n+型非晶硅層形成。在上述的假設(shè)中，銷型結(jié)構(gòu)的硅薄膜層吸收入射的太陽光，并產(chǎn)生電子_空穴對。在銷型結(jié)構(gòu)中，由通過p-n結(jié)所建立的內(nèi)建電勢先前產(chǎn)生的電子和空穴分別向η型和ρ型半導(dǎo)體移動，用于后續(xù)使用。盡管在本實施例中吸收層240為單層，但吸收層240還可以為由ρ+型非晶硅層/i(本征)-型非晶硅層/n+型非晶硅層組成的結(jié)構(gòu)。此時，可以通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)法沉積吸收層240。然后，參考圖2E，對吸收層240進行構(gòu)圖。此時，對吸收層240進行構(gòu)圖。在這種情況下，吸收層240的構(gòu)圖方法可以使用光刻膠法、噴砂法或激光劃片法。因此，吸收層240可由第二構(gòu)圖線245進行分隔。然后，參照圖2F，在已經(jīng)完成吸收層240的構(gòu)圖工藝的襯底210上形成第二電極250。與第一電極230相同，第二電極250可以由透明導(dǎo)電氧化物或金屬組成。透明導(dǎo)電氧化物可以由氧化銦錫(ITO)、氧化錫(SnO)或氧化鋅(ZnO)制成，優(yōu)選由氧化銦錫(ITO)制成。至于金屬，可以使用銀(Ag)或鋁(Al)。第二電極250可以是由透明導(dǎo)電氧化物或金屬形成的單層，但不限于此，也可以是由透明導(dǎo)電氧化物/金屬形成的兩層或多于兩層的多層。此時，與第一電極230相同，第二電極250可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或電子束(E-beam)法形成。最后，參考圖2G，為了電絕緣，對形成在襯底210上的吸收層240和第二電極250進行構(gòu)圖。此時，通過對吸收層240和第二電極250進行構(gòu)圖，可以由第三構(gòu)圖線255實現(xiàn)電絕緣。于是，如上所述，可制造出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜太陽能電池。如上所述，通過利用多個導(dǎo)電顆粒在第一電極的表面上形成凸起，可以取代利用酸/堿蝕刻溶液在第一電極上形成凸起的傳統(tǒng)工藝。因此，通過調(diào)整導(dǎo)電顆粒的尺寸，可以很容易地調(diào)整第一電極的凸起的尺寸，并能防止由于對第一電極的損壞而引起的電學(xué)性能的惡化。同樣地，由于保持了真空工藝，因此能縮短工藝的生產(chǎn)節(jié)拍時間。在下文中，將描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。下面的實施例僅用于說明目的，因此，本發(fā)明并不限于下面的實施例。<實施例1>用溶解有尺寸為0.7μm的鎵摻雜的氧化鋅(ZnO)顆粒的溶液涂覆玻璃襯底。在干燥箱中以150°C對該玻璃襯底進行五分鐘加熱處理，利用該加熱處理來去除該溶液。隨后，利用濺射法在厚度為0.4μπι的玻璃襯底上沉積氧化鋅(ZnO)來形成第一電極。<實施例2>溶解有尺寸為0.4μm的鎵摻雜的氧化鋅(ZnO)顆粒的溶液涂覆玻璃襯底。在干燥箱中以150°C對該玻璃襯底進行五分鐘加熱處理，利用該加熱處理來去除該溶液。隨后，利用濺射法在厚度為0.4μπι的玻璃襯底上沉積氧化鋅(ZnO)來形成第一電極。表1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例和第二實施例制造的第一電極的被測方塊電阻和透射率。利用SEM測量第一電極的表面。圖3Α和3Β表示測量結(jié)果。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>根據(jù)表1以及圖3A和3B，可以得出根據(jù)第一實施例和第二實施例制造的第一電極的方塊電阻和透射率都滿足大規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。如上所述，通過利用多個導(dǎo)電顆粒在第一電極的表面上形成凸起，可以取代利用酸/堿蝕刻溶液在第一電極上形成凸起的傳統(tǒng)工藝。因此，通過調(diào)整導(dǎo)電顆粒的尺寸，可以很容易地調(diào)整第一電極的凸起的尺寸，并能防止由于對第一電極的損壞而引起的電學(xué)性能的惡化。同樣地，由于保持了真空工藝，因此能縮短工藝的生產(chǎn)節(jié)拍時間。前述實施例和優(yōu)點僅為示范性的，不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。本教導(dǎo)可以很容易地應(yīng)用到其它類型的裝置。前述實施方式的描述意在起到說明作用，并不能限制權(quán)利要求的保護范圍。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，多種改變、修改和變型是顯而易見的。權(quán)利要求一種薄膜太陽能電池，包括襯底；位于所述襯底上的第一電極，所述第一電極包括多個導(dǎo)電顆粒，并具有在其表面上的凸起；位于所述第一電極上的吸收層；以及位于所述吸收層上的第二電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其中所述多個導(dǎo)電顆粒包括從由氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘(Cd2O3)和氧化銦錫(ITO)組成的群組中選擇的不止一種。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜太陽能電池，其中所述多個導(dǎo)電顆粒摻雜有從由鎵(Ga)、鋁(Al)、硼(B)、氟(F)和錫(Sn)組成的群組中選擇的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其中所述多個導(dǎo)電顆粒的顆粒尺寸基本上在0.01到0.7μπι的范圍內(nèi)。5.一種制造薄膜太陽能電池的方法，包括在襯底上形成表面具有凸起的第一電極，該第一電極包括多個導(dǎo)電顆粒；在所述第一電極上形成吸收層；以及在所述吸收層上形成第二電極。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述多個導(dǎo)電顆粒被涂覆有溶液。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述多個導(dǎo)電顆粒通過旋涂、浸涂或者印刷法中的任意一種形成。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一電極的形成包括在襯底上涂上包含所述多個導(dǎo)電顆粒的溶液；通過加熱所述襯底去除所述溶液；以及在形成有所述多個導(dǎo)電顆粒的襯底上沉積透明導(dǎo)電材料。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述多個導(dǎo)電顆粒的顆粒尺寸可基本上在0.01到0.7μπι的范圍內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述多個導(dǎo)電顆粒摻雜有從由鎵(Ga)、鋁(Al)、硼(B)、氟(F)和錫(Sn)組成的群組中選擇的任意一種。全文摘要本發(fā)明公開了薄膜太陽能電池及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的薄膜太陽能電池包括襯底；位于襯底上的第一電極，該第一電極包括多個導(dǎo)電顆粒，并具有在其表面上的凸起；位于第一電極上的吸收層；以及位于吸收層上的第二電極。文檔編號H01L31/0224GK101807612SQ20091025395公開日2010年8月18日申請日期2009年12月9日優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日發(fā)明者樸元緒,樸成基,李正禹,沈敬珍,金泰潤申請人:樂金顯示有限公司