專利名稱：拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，尤指一種具有大面積的薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
薄膜太陽能電池可在價格低廉的玻璃、塑膠或不銹鋼基板上大量制作，以生產(chǎn)出大面積的太陽能電池，而其工藝更可直接導(dǎo)入已經(jīng)相當(dāng)成熟的TFT-IXD工藝，此為其優(yōu)點(diǎn)之一，故業(yè)界無不爭相投入該領(lǐng)域的研究?；旧?，薄膜太陽能電池相對其他類型的太陽能電池而言工藝較為簡單，具有成本低、可大量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。就薄膜太陽能電池基板的組成而言，參閱圖1現(xiàn)有習(xí)知的薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)圖，其基本工藝會經(jīng)過三層沉積(deposition)、三道激光劃線(scribe) 手續(xù)，如下面所述首先，先以物理氣相沉積工藝(PVD)在預(yù)訂尺寸的玻璃基板上鍍上一層透明導(dǎo)電薄膜(Transparent Conductive Oxide，TC0)，其選擇透光性高及導(dǎo)電性佳的材質(zhì)，如氧化銦錫(ΙΤ0)、氧化錫(Sn02)、或氧化鋅(SiO)等；接著以紅外線激光劃線定義其前電極圖案(patterning)；至此為第一道沉積與劃線手續(xù)。第二階段為主吸收層 (Active layer)的制作，其一般以等離子輔助化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)工藝在電極面上長出一層p_i_n類型排列的氫化非晶硅結(jié)構(gòu) (p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H)，此主吸收層是以p_n半導(dǎo)體接面(p_njunction)作為光吸收及能量轉(zhuǎn)換的主體結(jié)構(gòu)。此步驟后同樣會進(jìn)行激光劃線步驟，為制作出的主吸收層定義圖案，至此為第二道沉積與劃線手續(xù)。最后再以濺鍍(sputter)工藝在其上形成鋁/銀材質(zhì)為主的背部電極(backcontact)，并進(jìn)行第三道激光劃線定義出其背部電極圖形。近來將有建材功能的太陽能光電模版導(dǎo)入建筑物本體，讓系統(tǒng)元件不只可以發(fā)電，并且也是建筑外殼的一部分，稱為建筑整合型態(tài)陽光電系統(tǒng)(BIPV)受到廣泛注意。其是開發(fā)具有建材功能的太陽光電模版(PV module)，然后以建筑設(shè)計手法將太陽能光電模版導(dǎo)入建筑物本體。因此BIPV是一種可反應(yīng)風(fēng)土氣候的被動式(passive)綠色建筑設(shè)計手法，其不僅具有發(fā)電及儲能的經(jīng)濟(jì)效益，更可進(jìn)而替代既有建材，降低初制成本，并且結(jié)合遮陽處理、采光照明等設(shè)計手法，以獲得建筑節(jié)能效益。先進(jìn)國家如日本與荷蘭目前均在太陽光電的發(fā)展策略與未來計劃上均有著重，故BIPV的領(lǐng)域?qū)⒂袠O大的發(fā)展?jié)摿?。目?BIPV的應(yīng)用主要有大樓帷幕墻或外墻、大樓、停車場的遮陽棚、大樓天井、斜頂式屋頂建筑的屋瓦、大型建筑物屋頂/隔音墻等。以建筑玻璃帷幕為例，采用BIPV具有下列優(yōu)勢一、可有效利用建筑物的表面積。 二、替代建筑物的外表包覆材料。三、代替屋頂、墻面、窗戶的建材。四、可遮陽，降低建筑物外表溫度。五、降低整體建筑成本。六、建筑物外觀較美觀等。為達(dá)到前述目的，市場對于透明或不透明的大面積BIPV均存在著強(qiáng)大的需求。然而如前所述，現(xiàn)有太陽光電模版工藝技術(shù)采用等離子輔助化學(xué)氣相沉積 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)工2 豐及胃一M P_i_n類型排列的氫化非晶硅結(jié)構(gòu)(p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H)作為主吸收層(Active layer)，模版尺寸受限于PECVD反應(yīng)腔室的成膜尺寸(標(biāo)準(zhǔn)尺寸為1. 4X1. Im2)，工藝起始必須先將腔室抽為真空，如需制作用于建筑整合的大面積太陽光電模版，例如尺寸為5X5m2的太陽光電模版，需研發(fā)大尺寸PECVD工藝設(shè)備，以克服主吸收層成膜不均 (Uniformity)、抽取真空不易等問題，成本及售價殊為高昂，不利使建筑整合光電系統(tǒng)的市場或其他大面積薄膜太陽能模組應(yīng)用市場。是故，有必要提供一種大面積太陽光電模版，其成本廉宜適用于建筑整合或其他大面積光電模組的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，利用數(shù)個薄膜太陽能電池單元拼合成為一大面積的薄膜太陽能電池，并在數(shù)個拼合的薄膜太陽能電池單元上方形成一大面積背板保護(hù)層。習(xí)知薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)由下而上包括基板、第一導(dǎo)電層、P-I-N 層、第二導(dǎo)電層及背板保護(hù)層，本發(fā)明則是先形成數(shù)個薄膜太陽能電池單元，其結(jié)構(gòu)下而上包括基板、第一導(dǎo)電層、P-I-N層、第二導(dǎo)電層，再將數(shù)個單元相互連接拼合。在拼合的薄膜太陽能電池單元上粘合一大面積背板保護(hù)層，藉以利用原先小尺寸的PECVD工藝產(chǎn)制大面積的薄膜太陽能電池，有效地降低產(chǎn)制大面積電池成本，以應(yīng)用于建筑物或農(nóng)業(yè)大棚等可提高能源再生及回收循環(huán)的利用。本發(fā)明另一目的是藉由選擇拼合數(shù)個透明或不透明的小尺寸薄膜太陽能電池單元，形成透明或不透明的大面積拼裝式薄膜太陽能電池模版。其是藉由在各個小尺寸薄膜太陽能電池單元的p-i-n層主吸收層的上方，形成透明導(dǎo)電層，其可以是透明導(dǎo)電電極或薄層單一過渡金屬或鋁的其中之一。本發(fā)明又另一目的是藉由在大面積拼裝式薄膜太陽能電池模組上結(jié)合透明的大面積鋼化玻璃，解決大面積鋼化玻璃不易裁切為小尺寸的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，依據(jù)本發(fā)明提出的一種拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，至少包含數(shù)個薄膜太陽能電池單元，每一單元間是相連拼合，以及一背板保護(hù)層，其形成于相連拼合的該薄膜太陽能電池單元上。其中前述每一薄膜太陽能電池單元包括一透明基板，該透明基板的一面是照光面；一第一導(dǎo)電層，其是形成于該透明基板上，用以使通過透明基板的光線進(jìn)入電池單元內(nèi)部；一 P-i-n半導(dǎo)體層，其是形成于該第一導(dǎo)電層上方，用以在受光照射后產(chǎn)生電子空穴對(或稱為電子電洞對)，以提供光電流并增加光吸收率；以及一第二導(dǎo)電層，其形成于該P(yáng)-i-n半導(dǎo)體層上，用以與前述第一導(dǎo)電層取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。本發(fā)明還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其中所述的第一導(dǎo)電層為透明導(dǎo)電電極，且第二導(dǎo)電層為透明導(dǎo)電電極或單一過渡金屬或鋁的其中之一。前述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其中所述的透明背板的材料為強(qiáng)化玻
^^ ο前述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其中所述的透明基板的材料為玻璃、石英、透明塑膠、藍(lán)寶石基板或是透明可撓性的材料。
前述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其中所述的過渡金屬為銀或鎳，其中銀的厚度介于3nm 25nm之間。前述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其中所述的第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層為氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)或氧化鋅硼(ZnO)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，至少具有下列優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，有效地降低產(chǎn)制大面積電池成本， 以應(yīng)用于建筑物或農(nóng)業(yè)大棚等可提高能源再生及回收循環(huán)的利用。二、本發(fā)明的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，可以形成大面積的結(jié)構(gòu)。三、本發(fā)明的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，在大面積拼裝式薄膜太陽能電池模組上結(jié)合透明的大面積鋼化玻璃，解決大面積鋼化玻璃不易裁切為小尺寸的問題。


圖1是現(xiàn)有已知的薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明一具體實(shí)施例的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明一具體實(shí)施例的拼裝式薄膜太陽能電池上方視圖。圖4是本發(fā)明一具體實(shí)施例的拼裝式薄膜太陽能電池上方視5是本發(fā)明一具體實(shí)施例的薄膜太陽能電池的立體視圖。圖6是本發(fā)明另一具體實(shí)施例的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)圖。100、200、300、600 拼裝式薄膜太陽能電池單元101、201、301、601 透明基板102、202、302 第一導(dǎo)電層103、203、303、602 :p-i_n 半導(dǎo)體層104、204、304、603 第二導(dǎo)電層400 背板保護(hù)層
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)其具體實(shí)施方式
、步驟、結(jié)構(gòu)、特征及其功效詳細(xì)說明。請參閱圖2，是本發(fā)明第一實(shí)施例的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)。本發(fā)明拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，至少包含數(shù)個具有相同組成結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池單元 100,200,300,每一單元間是相連拼合，以及一背板保護(hù)層400，其形成于相連拼合的薄膜太陽能電池單元100、200、300上。應(yīng)注意的是，拼裝式薄膜太陽能電池單元100、200、300 僅為例式性說明，視需要可增加或減少相連拼合的薄膜太陽能電池單元數(shù)量。各個單元包括一透明基板101、201、301，該基板的一面是照光面；一第一導(dǎo)電層102、202、302，其是形成于該透明基板101、201、301上方，用以使通過透明基板101、201、301的光射入電池內(nèi)部的p-i-n半導(dǎo)體層，以及取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。一 p-i-n半導(dǎo)體層103、203、 303，用以使通過透明基板產(chǎn)生電子空穴對，以提供光電流并增加光吸收率；以及一第二導(dǎo)電層104、204、304，其是形成于p-i_n半導(dǎo)體層103、203、303上方，用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。本發(fā)明進(jìn)一步在第二導(dǎo)電層104、204、304上方形成一大面積背板保護(hù)層， 所形成的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)相較于現(xiàn)有習(xí)知小尺寸薄膜太陽能電池(例如 1.4X1. Im2)具有較大面積，例如5X5m2，其下方視圖請參照圖2，其顯示有多個薄膜太陽能電池單元相互連接成為一大面積薄膜太陽能電池單元；參照圖3，其顯示本發(fā)明一具體實(shí)施例的薄膜太陽能電池的上方視圖，另參照圖5，顯示其顯示本發(fā)明一具體實(shí)施例的薄膜太陽能電池的立體視圖。在第二導(dǎo)電層104、204、304上方形成一大面積背板保護(hù)層的方法是先在第二導(dǎo)電層104、204、304涂敷一層太陽能電池封裝用EVA膜，再在PVB膠層上覆蓋一層大面積背板保護(hù)層。使用EVA膠層粘合大面積背板保護(hù)層與相連拼合的多個薄膜太陽能的優(yōu)勢在于，EVA膜為一種以EVA (Ethylene乙烯、Vinyl乙烯基、Acetate醋酸鹽的簡稱)為基礎(chǔ)的熱固性有粘性的膠片，用于放在夾膠玻璃中間，在加熱前呈霧狀，兩面有浮凸的紋路，經(jīng)過加熱后，變成完全透明的并且有很強(qiáng)的粘著力，在嚴(yán)苛的條件下也有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。在本發(fā)明另一具體實(shí)施例中，本發(fā)明的背板保護(hù)層可采取以EVA膠層粘合一大面積鋼化玻璃(Tempered Glass)作為背板保護(hù)層，可作為建筑物的玻璃帷幕，達(dá)到節(jié)能功效， 且由于EVA膠層相較于傳統(tǒng)以PVB粘合的玻璃對于高頻率的音波有優(yōu)異隔音效果，應(yīng)屬理想。另外，因EVA膠片粘合一大面積鋼化玻璃可以抵抗高溫、潮氣、紫外線等等，并且能長時間的在戶外使用，亦可作為農(nóng)業(yè)大棚的屋頂材料，其透光性非常適用于溫室或有機(jī)農(nóng)業(yè)栽培，且具有發(fā)電效益。在本發(fā)明又一具體實(shí)施例中，為使本發(fā)明的薄膜太陽能電池具有高度透光特性， 前述第二導(dǎo)電層可為透明導(dǎo)電電極。透明導(dǎo)電電極主要可分為兩種，一種是金屬薄膜，另一種是透明導(dǎo)電氧化物(Transparentconductiveoxide，TC0)。以TCO而言，在本實(shí)施例，該第一透明導(dǎo)電氧化物可為氧化鋅鋁(ΑΖ0)、氧化鋅鎵 (GZO)或氧化鋅硼(SiO)等透明導(dǎo)電氧化物，由于氧化鋅在室溫下的激子束縛能(60meV)與氮化鎵的激子束縛能(GaN 25meV)相比高出很多，而較大的激子束縛能代表更高的發(fā)光效率，因此是光電元件主動層的很好材枓。上述透明導(dǎo)電氧化物具有較低的電阻率，俾使增加光的穿透率。以金屬薄膜而言，可為單一過渡金屬或鋁其中之一，該過渡金屬例如為銀或鎳等等，以銀為例，銀的厚度介于3nm 25nm之間，且銀的特性在可見光范圍有良好的透光性且因銀具降低電阻值的特性，因此具有良好的導(dǎo)電性質(zhì)，較佳地，銀的厚度介于3nm 5nm、 IOnm 15nm及20nm 25nm。另外因銀的厚度很薄，使薄膜太陽能電池的整體厚度降低。 藉由半透明導(dǎo)電金屬層取代現(xiàn)有習(xí)知的透明導(dǎo)電膜，有效地增加光層及穿透長度，并增加光反射特性，以增加整體轉(zhuǎn)換效率。在本實(shí)施例中，該透明基板的材料可使用一般的玻璃、石英、透明塑膠、藍(lán)寶石基板或是透明可撓性的材料等等。當(dāng)該透明基板101、201、301的照光面受到太陽光照射，則光線藉由穿透該透明基板101、201、301及透明的第一導(dǎo)電層102、202、302進(jìn)入至該p-i-n半導(dǎo)體層103、203、303， 使太陽光照射于Pn接面上，俾使部份電子因擁有足夠的能量，離開原子而變成自由電子， 失去電子的原子因而產(chǎn)生空穴，并透過P型半導(dǎo)體及η型半導(dǎo)體分別吸引空穴與電子，把正
6電和負(fù)電分開，在pn接面兩端因而產(chǎn)生電位差，再藉由第一導(dǎo)電層102、202、302及第二導(dǎo)電層104、204、304連接一電路(圖未示)，使電子得以通過，并與在pn接面另一端的空穴再次結(jié)合，便產(chǎn)生電流，再藉由該第一導(dǎo)電層102、202、302及第二導(dǎo)電層104、204、304取出電能，以轉(zhuǎn)換成可利用的功率，且因本發(fā)明的第二導(dǎo)電層104、204、304可為過渡金屬例如為銀或鎳等，其具有良好的導(dǎo)電性，且為使在可見光范圍有良好的透光性，本發(fā)明第一導(dǎo)電層102、202、302及第二導(dǎo)電層104、204、304的厚度適中，以避免產(chǎn)生不連續(xù)島膜致使導(dǎo)電率下降。請參閱圖6，是本發(fā)明另一實(shí)施例的拼裝式薄膜太陽能電池單元600的組成結(jié)構(gòu)圖，至少包含一透明基板601，該透明基板601的一面是一照光面；一 p-i-n半導(dǎo)體層602， 是形成于該該透明基板601的上方，用以產(chǎn)生電子空穴對，以提供電流并增加光吸收率；以及數(shù)個第二導(dǎo)電層603，是形成于p-i-n半導(dǎo)體層602的上方，用以取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。本發(fā)明進(jìn)一步在第二導(dǎo)電層104、204、304上方形成一大面積背板保護(hù)層，所形成的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)相較于現(xiàn)有習(xí)知小尺寸薄膜太陽能電池(例如 1.4X1. Im2)具有較大面積，例如5X5m2，其下方視圖請參照圖2，其顯示有多個薄膜太陽能電池單元相互連接成為一大面積薄膜太陽能電池單元；上方視圖請參照圖3，其顯示為一大面積的薄膜太陽能電池。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然并非用以限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，依據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求書及說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其特征在于至少包含數(shù)個薄膜太陽能電池單元，每一單元間是相連拼合；以及一背板，其面積大于前述每一薄膜太陽能電池單元的面積，形成相連拼合的該等薄膜太陽能電池單元上；其中前述每一薄膜太陽能電池單元包括一透明基板，該透明基板的一面是照光面；一第一導(dǎo)電層，其是透明導(dǎo)電電極且形成于該透明基板上，用以使通過透明基板的光線進(jìn)入電池單元內(nèi)部；一 p-i-n半導(dǎo)體層，其是形成于該第一導(dǎo)電層上方，用以在受光照射后產(chǎn)生電子空穴對，以提供光電流并增加光吸收率；及一第二導(dǎo)電層，其形成于該P(yáng)-i-n半導(dǎo)體層上，用以與前述第一導(dǎo)電層取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。
2.如權(quán)利要求1所述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的第二導(dǎo)電層為透明導(dǎo)電電極或單一過渡金屬或鋁的其中之一。
3.如權(quán)利要求1所述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的背板的材料為強(qiáng)化玻璃。
4.如權(quán)利要求2所述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的背板的材料為強(qiáng)化玻璃。
5.如權(quán)利要求1所述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的透明基板的材料為玻璃、石英、透明塑膠、藍(lán)寶石基板或是透明可撓性的材料。
6.如權(quán)利要求2所述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的透明基板的材料為玻璃、石英、透明塑膠、藍(lán)寶石基板或是透明可撓性的材料。
7.如權(quán)利要求2所述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的過渡金屬為銀或鎳。
8.如權(quán)利要求7所述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的銀的厚度介于3nm 25nm之間。
9.如權(quán)利要求1所述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的第一導(dǎo)電層為氧化鋅鋁、氧化鋅鎵或氧化鋅硼。
10.如權(quán)利要求2所述的拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，其特征在于其中所述的第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層為氧化鋅鋁、氧化鋅鎵或氧化鋅硼。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)一種拼裝式薄膜太陽能電池組成結(jié)構(gòu)，至少包含數(shù)個薄膜太陽能電池單元，每一單元間是相連拼合，以及一背板保護(hù)層，其形成于相連拼合的該薄膜太陽能電池單元上。其中前述每一薄膜太陽能電池單元包括一透明基板，該透明基板之一面是照光面；一第一導(dǎo)電層，其形成于該透明基板上，用以使通過透明基板的光線進(jìn)入電池單元內(nèi)部；一p-i-n半導(dǎo)體層，其形成于該第一導(dǎo)電層上方，用以在受光照射后產(chǎn)生電子空穴對，以提供光電流并增加光吸收率；以及一第二導(dǎo)電層，其形成于該p-i-n半導(dǎo)體層上，用以與前述第一導(dǎo)電層取出電能與提升光電轉(zhuǎn)換的效率。
文檔編號H01L31/075GK102479843SQ20101056011
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉吉人, 劉幼海, 張一熙 申請人:吉富新能源科技(上海)有限公司