專利名稱：太陽能電池以及制造太陽能電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池以及一種制造太陽能電池的方法。
背景技術(shù)：
包括將陽光進行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換單元的太陽能電池通常具有一個背板。該背板被放在太陽能電池的背側(cè)表面，改善它相對于像下雨、刮風(fēng)和溫度變化之類的戶外環(huán)境變化的耐用性。所述背板是由堆起來的、在樹脂層之間設(shè)置有鋁箔的板所形成的，或者是由包含氟化物樹脂的板形成。另外，所述太陽能電池的背板、光電轉(zhuǎn)換單元和基板整體地由樹脂材料，包括乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或類似材料層疊而成。所述樹脂材料的功能除了作為粘接層將背板粘結(jié)到所述光電轉(zhuǎn)換單元或者類似結(jié)構(gòu)上之外，還有作為防止水氣滲入到所述光電轉(zhuǎn)換單元內(nèi)的阻擋膜的功能在上文所描述的現(xiàn)有技術(shù)的密封結(jié)構(gòu)中，光電轉(zhuǎn)換單元簡單地被樹脂材料密封起來。因此，不能充分地防止水氣的滲入。要解決這個問題，專利文獻1描述了一種密封結(jié)構(gòu)， 其中太陽能電池背側(cè)表面上的電極覆蓋有諸如氧化硅或者氧化鋁之類的氧化物膜。該氧化物膜被放置在所述背側(cè)表面電極和所述樹脂材料之間。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻日本特開 No. 2OOI-533O5。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題如上文所描述的，當(dāng)在所述背側(cè)表面電極和所述密封材料之間放置氧化硅膜或者類似的氧化物膜時，與樹脂材料堆疊在背側(cè)表面電極上的太陽能電池相比，其阻擋特性得到了改善。但是，在嚴(yán)酷的戶外條件下，比如大雨和大風(fēng)中，難以長時間保持令人滿意的耐用性。因此，需要所述密封結(jié)構(gòu)進一步改善其阻擋特性，以經(jīng)受長時間的使用。相應(yīng)地，本發(fā)明的一個目的在于提供一種太陽能電池，以及一種制造該進一步改善在戶外環(huán)境中的耐用性的電池的方法。解決問題的手段本發(fā)明的太陽能電池包括基板、放置在所述基板上且包括可滲透的第一電極層、 光電轉(zhuǎn)換層和第二電極層的光電轉(zhuǎn)換單元、以及至少覆蓋所述第二電極層的保護層。所述保護層包含有硅氮化合物。在這種結(jié)構(gòu)中，所述保護層被布置在密封材料和所述第二電極層之間。覆蓋著所述第二電極層的保護層是絕緣的并且含有阻擋特性強的硅氮化合物。因此，即使是將所述電池單元的光電轉(zhuǎn)換單元放置在戶外的情況下，也防止了水氣之類的滲入。進而，甚至是當(dāng)出現(xiàn)水氣之類滲入時，能防止所述第二電極層漏電。所述太陽能電池進一步包括覆蓋所述保護層的密封材料。在這種情況下，所述保護層被放置在所述第二電極 層和所述密封材料之間。在所述太陽能電池中，所述保護層可含有硅氮化合物。此外，所述保護層可包含含有氫的硅氮化物。在這種結(jié)構(gòu)中，所述保護層含有對水氣或類似物阻擋特性強的硅氮化合物。這進一步改善了其阻擋特性。在所述太陽能電池中，所述保護層可能含有硅氧氮化物。在這種結(jié)構(gòu)中，所述保護層含有對水氣或類似物阻擋特性強的硅氧氮化物。這進一步改善了其阻擋特性。在所述太陽能電池中，所述保護層可以具有包括多個不同的膜的堆疊式結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，所述保護層具有堆疊式結(jié)構(gòu)，當(dāng)形成所述保護層時，分多個階段形成各層。因此，在所述保護層的底層中所形成的針孔在其膜的厚度方向上是不連續(xù)的，針孔不大可能在所述厚度方向上增長。這樣可以防止針孔使所述阻擋特性變差。在所述太陽能電池中，所述保護層可能包括堆疊在所述第二電極層上的由無氮化合物形成的中間膜，以及堆疊在所述中間膜上的由硅氮化合物形成的氮化物膜。在這種結(jié)構(gòu)中，所述保護層使所述中間膜堆在所述第二電極極層上。因此，即使當(dāng)由硅氮化合物所形成的氮化物膜堆放于其上時，也避免了所述光電轉(zhuǎn)換單元受到不良的影響。相應(yīng)地，放置所述保護層防止所述光電轉(zhuǎn)換單元的惡化。在所述太陽能電池中，所述保護層在所述中間膜和所述氮化物膜之間可能包括金
屬膜或者金屬氧化物膜。在這種結(jié)構(gòu)中，所述保護層包括在所述中間膜和所述氮化物膜之間的金屬膜或者金屬氧化物膜，從而防止所述光電轉(zhuǎn)換單元的特性惡化。這樣進一步改善了所述保護層的阻擋特性。在所述太陽能電池中，可以將所述光電轉(zhuǎn)換單元放置在所述基板的一個表面上。 在這種情況下，所述保護層完全覆蓋住在所述基板的一個表面上的所述第一電極層、所述光電轉(zhuǎn)換層和所述第二電極層。所述光電轉(zhuǎn)換單元是電氣串聯(lián)的、放置在所述基板的一個表面上的多個光電轉(zhuǎn)換單元之一。在所述多個光電轉(zhuǎn)換單元中，位于兩端的單元分別電氣連接到引導(dǎo)線，所述保護層放置成包圍所述引導(dǎo)線。優(yōu)選的是，所述保護層包括由無氮化合物所形成的中間膜，和堆疊在所述中間膜上、由硅氮化合物所形成的氮化物膜。在這種情況下，所述弓I導(dǎo)線被所述中間膜和所述氮化物膜所包圍?？商鎿Q的是，在所述太陽能電池中，所述光電轉(zhuǎn)換單元可以延伸跨越所述基板的兩個表面。在這種情況下，所述保護層覆蓋住所述基板的至少一個表面上的第二電極層。所述光電轉(zhuǎn)換單元是多個電氣串聯(lián)在一起的、延伸跨過所述基板的兩個表面的多個光電轉(zhuǎn)換單元中的一個。在所述多個光電轉(zhuǎn)換單元中，位于兩端的所述單元分別電氣連接到引導(dǎo)線， 并將所述保護層設(shè)置成包圍所述導(dǎo)線。優(yōu)選的是，所述保護層包括由無氮化合物所形成的中間膜以及由堆疊在該中間膜上的、由硅氮化物所形成的氮化物膜。在這種情況下，所述引導(dǎo)線被所述中間膜和所述氮化物膜所包圍。一種用于制造本發(fā)明的太陽能電池的方法，包括在基板上形成光電轉(zhuǎn)換單元的步驟，其中所述光電轉(zhuǎn)換單元包括可滲透的第一電極層、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極層。所述方法還包括形成含有硅氮化合物且通過進行CVD工藝至少覆蓋住所述第二電極層的保護層。
在這種方法中，進行CVD工藝，在所述第二電極層上形成所述保護層。所述保護層含有阻擋特性強的硅氮化合物。相應(yīng)地，高密度的所述保護層是在短時間內(nèi)形成的。因此， 即使當(dāng)所述太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換單元是安裝在戶外的場合下，其耐雨性也得以改善。因此，提高了所述太陽能電池的長期可靠性。在 所述制造太陽能電池的方法中，所述保護層是通過堆疊多種類型的膜所形成的。在這種方法中，所述保護層進行多階段來堆疊所述多種類型的膜。因此，即使是在所述保護層的下層內(nèi)形成針孔時，該膜缺陷在接下來的膜成形步驟中是不連續(xù)的。這樣改善了所述保護層的阻擋特性。在所述用于制造太陽能電池的方法中，所述形成保護層的步驟可以包括堆疊由無氮化合物所形成的膜，以及堆疊含有硅氮化物的膜。在這種情況下，所述形成保護層的步驟在所述堆疊由無氮化合物所形成的膜的步驟和堆疊含有硅氮化合物的膜的步驟之間可以進一步包括堆疊金屬膜的步驟?？商鎿Q的是，所述形成保護層的步驟可以包括重復(fù)多次所述堆疊由無氮化合物所形成的膜的步驟以及堆疊含有硅氮化合物的膜的步驟。在這種方法中，由于所述膜是由無氮化合物所形成的，即使當(dāng)由硅氮化合物所形成的氮化物膜堆疊于其上時，也會避免讓所述光電轉(zhuǎn)換單元受到不良的影響。另外，當(dāng)堆疊所述金屬膜時，避免了所述光電轉(zhuǎn)換單元的特性惡化，進一步改善了所述保護層的阻擋特性。在所述制造太陽能電池的方法中，所述形成保護層的步驟包括堆疊含有硅氮化合物的膜以及堆疊金屬膜。本發(fā)明的效果相應(yīng)地，本發(fā)明提供一種太陽能電池，以及一種制造所述太陽能電池的方法，進一步改善了其在戶外環(huán)境下的耐用性。


圖1是顯示根據(jù)第一實施例的太陽能電池模塊的主要部分的剖視圖；圖2是比較硅氮化合物和硅氧化物的阻擋特性的圖；圖3是顯示圖1的太陽能電池的制造步驟的流程圖；圖4顯示第二實施例中的太陽能電池模塊的主要部分的剖視圖；圖5是顯示形成有氧化物膜的非晶體硅的光電轉(zhuǎn)換效率圖；圖6是顯示第三實施例中的太陽能電池模塊的主要部分的剖視圖；圖7是顯示第三實施例中的太陽能電池模塊的制造步驟的示意圖；圖8是顯示在另一個例子中太陽能電池的主要部分的剖視圖。
具體實施例方式第一實施例現(xiàn)在參考圖1至圖3描述本發(fā)明的第一實施例。圖1是顯示太陽能電池模塊1的主要部分的剖視圖。當(dāng)前實施例的太陽能電池模塊1包括由玻璃形成的基板10和在基板10上的多個光電轉(zhuǎn)換單元11 (在下文中簡單地稱作為單元)。每個光電轉(zhuǎn)換單元11包括透明的電極層12、光電轉(zhuǎn)換層13和背側(cè)表面電極層14。所述單元11，彼此被單元隔離槽15隔成條狀，電氣串聯(lián)在一起?；?0的尺寸為 400mmX 500mm。
透明電極層12是由諸如氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2)或者氧化銦錫(ITO)之類的透明導(dǎo)電薄膜形成。光電轉(zhuǎn)換層13是由非晶體硅半導(dǎo)體形成，包括，例如ρ-型層、η-型層和設(shè)置在所述P-型層和η-型層之間的i-型層。光電轉(zhuǎn)換層13可以是其中堆疊有不同的波長吸收區(qū)域的硅層的多層粘接結(jié)構(gòu)(串接結(jié)構(gòu))。光電轉(zhuǎn)換層13連接到相鄰單元11的透明電極層12。背側(cè)表面電極層14是由銀、鋁或類似材料形成。背側(cè)表面電極層14由相鄰單元 11的透明電極層12引導(dǎo)到相鄰單元11的背側(cè)表面電極層14。這樣在基板10上形成單元 11的串聯(lián)電路。保護層20形成于單元11上，覆蓋住基板10上的每個單元11。在當(dāng)前實施例中， 保護層20是由硅氮化合物所形成的單層結(jié)構(gòu)。所述硅氮化合物具有令人滿意的絕緣屬性、 高密度和防水氣滲入之類的屬性。因此，所述硅氮化合物具有優(yōu)良的阻擋功能，并有保護每個單元11的功能。硅氮化合物(SiNx)、氮氧化硅(SiON)、硅碳氮(SiCN)或者類似物可以用作硅氮化合物。特別的是，優(yōu)選含有氫的硅氮化合物(SiNx:H)，因為它具有優(yōu)良的密度且滲水性低。此外優(yōu)選的是，減少氮氧化硅的氧含量，減少碳氮化硅的碳含量。現(xiàn)在參考圖2來描述硅氮化合物的耐腐蝕性。圖2是用濕式蝕刻速率(WER)來展示可以用作當(dāng)前實施例的保護層20的由SiNx:H形成的保護層和由SiON形成的保護層的耐腐蝕性，以及由SiO形成的氧化物的耐腐蝕性。所述膜中的每一個膜是在250°C的溫度下形成的，緩沖的(buffered)氫氟酸用于濕式蝕刻。如圖2所示，SiNx:H的蝕刻速率是80nm/分鐘，SiON的蝕刻速率是150nm/分鐘。 這些蝕刻速率明顯低于500nm/分鐘，這在比較例中是SiO的蝕刻速率。相應(yīng)地，可以理解， SiNx:H和SiON的耐腐蝕性或者阻擋特性要優(yōu)于SiO。密封層21，作為密封材料，形成于阻擋特性強的硅氮化合物所形成的保護層20和所述背板(圖中未示)之間。密封層21是由樹脂合成物形成，其包括乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，作為所述背板和保護層20的粘接層。密封層21的功能還有作為從保護層20的上方保護每個單元11的阻擋層。在單元11中，位于兩端的單元11是電能采集單元。在覆蓋電能采集單元11的保護層20的預(yù)定位置形成通孔22。用于將電能輸送到外部的引導(dǎo)線16和17插在通孔22 內(nèi)。用超聲波焊接將一根引導(dǎo)線16固定在形成一個電能采集單元11的透明的電極層12 上。用超聲波焊接將另一根引導(dǎo)線17固定在形成另一個電能采集單元的背側(cè)表面電極層 14上。制造方法現(xiàn)在參考圖3來描述制造太陽能電池單元模塊1的方法。太陽能電池模塊1是使用由多個設(shè)備形成的太陽能電池制造系統(tǒng)(圖中未示)所制造的。當(dāng)基板10被基板輸送設(shè)備裝載到太陽能電池制造系統(tǒng)中時，首先由基板清洗設(shè)備清洗基板10，從基板上除去異物(步驟Si)。清洗后的基板10作為處理對象基板被輸送到透明電極膜成形設(shè)備。該透明電極膜成形設(shè)備是熱CVD設(shè)備、濺鍍設(shè)備之類。透明電極層12由透明電極膜成形設(shè)備形成于基板10的主表面上(步驟S2)。上面形成有透明的電極層12的處理體基板被基板清洗設(shè)備清洗，然后被輸送到透明電極激光蝕刻設(shè)備，將所述透明的電極圖案化(步驟S3)。這樣將透明的電極層12分成條狀。所述包括條狀的透明電極層12的處理對象基板由所述清洗設(shè)備進行清洗。接下來，將所述處理對象基板輸送到光電轉(zhuǎn)換層形成設(shè)備，該設(shè)備形成光電轉(zhuǎn)換層13(步驟S4)。這個膜形成設(shè)備，是等離子CVD(PECVD)設(shè)備，按順序形成ρ-型層、i_型層和η-型層，它們是在至少250°C或者比該溫度低的溫度下，用SiH4和H2作為原材料由非晶體硅形成的。這樣用所述非晶體硅填滿了把透明的電極層12分隔開的槽，將相鄰單元11 之間的光電轉(zhuǎn)換層13和透明的電極層12連接在一起。上面已經(jīng)形成了光電轉(zhuǎn)換層13的處理對象基板被輸送到光電轉(zhuǎn)換層激光蝕刻設(shè)備，它將光電轉(zhuǎn)換層13進行圖案化(步驟S5)。這樣在光電轉(zhuǎn)換層13內(nèi)形成槽，將光電轉(zhuǎn)換層13分成條狀。其中的光電轉(zhuǎn)換層13已經(jīng)用激光蝕刻過了的處理對象基板被輸送到具有濺鍍設(shè)備的背側(cè)表面電極膜成形設(shè)備中。背側(cè)表面電極層14形成于光電轉(zhuǎn)換層13的膜表面上 (步驟S6)。在這種情況下，背側(cè)表面電極層14可以具有一種結(jié)構(gòu)，其中摻有鍺的GZO膜和 Ag膜堆在氧化鋅(ZnO)上。當(dāng)背側(cè)表面電極層14堆在光電轉(zhuǎn)換層13上時，將光電轉(zhuǎn)換層 13分開的槽中填滿了背側(cè)表面電極層14。這樣將相鄰單元11之間的背側(cè)表面電極層14 和透明電極層12連接起來。在形成背側(cè)表面電極層14之后，將處理對象基板輸送到背側(cè)表面電極激光蝕刻設(shè)備，該設(shè)備將背側(cè)表面電極層14圖案化(步驟S7)。這樣將背側(cè)表面電極層14分成條狀，用各條分開的透明電極層12、光電轉(zhuǎn)換層13和背側(cè)表面電極層14來形成單元11。在用激光蝕刻完背側(cè)表面電極層14之后清洗所述處理對象基板。具有分開的單元11的處理對象基板被輸送到保護層膜成形設(shè)備，該設(shè)備形成覆蓋每個單元11的保護層20(步驟S8)。這個保護層膜形成設(shè)備是PECVD設(shè)備或者濺鍍設(shè)備，雖然比較優(yōu)選的是PECVD設(shè)備。在所述形成保護層20的步驟中，要避免光電轉(zhuǎn)換層13 的膜質(zhì)量下降，需要在光電轉(zhuǎn)換層13的膜成形溫度附近形成保護層20 (更優(yōu)選的是小于或等于所述膜成形溫度)，或者，具體而言，小于或者等于250°C。當(dāng)溫度超過250°C時，光電轉(zhuǎn)換層13的氫原子逃逸，大大降低了所述膜的質(zhì)量。在另一方面，當(dāng)保護層20是在低溫下形成的時候，變成原材料的所述原子不能被熱激活。這樣難以形成高密度的膜。相應(yīng)地，要在 250°C或者更低的溫度下形成膜來增加保護層20的密度，在生產(chǎn)效率方面需要使用所述具有高成膜速度的PECVD設(shè)備在短時間內(nèi)厚厚地堆疊硅氮化合物。另外，當(dāng)保護層20是用所述PECVD設(shè)備來形成時，與保護層20是由所述濺鍍設(shè)備所形成的相比，可以獲得的優(yōu)點比如是能夠保持令人滿意的覆蓋度，以及能夠減小膜的應(yīng)力，甚至當(dāng)基板的形狀是復(fù)雜的形狀時也是如此。在這種情況下，可以使用在下文所示的范圍內(nèi)的比例的各種類型的原料氣體。優(yōu)選的是SiH4 NH3 N2O N2 H2 是 1 0. 1 至 20 0. 1 至 20 0. 1 至 50 0.1至50。特別的是，對于氣體流速，優(yōu)選的是，SiH4=IOO至200sccm、NH3 :50至 IOOsccm^N2O 50 至 100sccm、N2 1300 至 3000sccm、H2 500 至 1800sccm。另夕卜，優(yōu)選的是在50至200Pa的壓力下、100°C至250°C的基板溫度下以及500至2000W的RF輸出，形成50nm至Iym或者更薄的膜。例如，當(dāng)用PECVD設(shè)備形成硅氮化合物(SiNx:H)的保護層20時，原始氣體輸送給所述設(shè)備的流速是 SiH4 :150sccm、NH3 :50sccm、N2 :2000sccm、H2 :1000sccm，在 IOOpa 的壓力下、100°C至250°C的溫度下、1000W的RF輸出形成50nm至1 μ m的膜。另外，當(dāng)以與前文描述的混合物的方式相同的方式將H2混合到所述原材料氣體中時，所述膜形成空間內(nèi)的氫離子擊打所述正在形成的膜表面并將能量施加到所述膜上被供給能量的元素，使得可以增加保護層20的密度，而不會影響保護層20的成份和屬性。當(dāng)在上文描述的條件下用氮氧化硅(SiON)形成保護層20時，僅改變所述原料氣體的成分，給所述設(shè)備輸送的成分是SiH4 :150sccm、NH3 :50sccm、N2O :50sccm、N2 2000sccm。當(dāng)在上文描述的條件下用硅碳氮(SiCN)形成保護層20時，僅改變原料氣體的成分，給所述設(shè)備輸送的成分是 SiH4 :150sccm、NH3 :50sccm、CH4 :50sccm、N2 :2000sccm。所描述的氣體流速、基板溫度和RF輸出是與基板10的大小相對應(yīng)的，但是當(dāng)基板 10的尺寸改變時可以改變這些參數(shù)。特別的是，只要保持每種氣體的流速比例，氣體流速可以與基板面積成正比地改變。例如，當(dāng)使用IlOOmmX 1400mm尺寸的基板時，優(yōu)選的是，所述流速是比上文描述的例子大約大8倍。硅氮化合物的膜的摩擦系數(shù)需要在恒定的范圍內(nèi)。特別的是，當(dāng)使用具有632. Snm 的光源波長的單波長激光測量時，摩擦系數(shù)優(yōu)選的是SiN :1. 95至2. 30、SiON :1. 60至 1. 85,SiCN=L 9至2. 3。當(dāng)上文描述的摩擦系數(shù)在其它范圍內(nèi)時，不能獲得化學(xué)計算所需要的硅氮化合物，阻擋特性變差。在完全形成保護層20的膜之后，通過進行膜打磨或者類似的操作除去與所述太陽能電池面板的邊緣部分相對應(yīng)的膜。另外，在將所述處理對象基板裝載到所述清洗設(shè)備并清洗后，通過超聲波焊接，從基板上的兩個電能采集單元11的側(cè)邊固定住引導(dǎo)線16和 17。這樣將引導(dǎo)線16和17延伸穿過保護層20，連接到透明電極層12或者背側(cè)表面電極層 14。然后，將由樹脂板形成的密封層21和所述背板堆疊在保護層20上，并在副壓狀態(tài)下加熱以進行層疊(步驟Sll)。這樣將包括基板10、電池11和保護層20的太陽能電池模塊1與所述背板通過密封層21集成在一起。然后太陽能電池模塊1進行發(fā)電測試，并被裝在面板內(nèi)，完成太陽能電池產(chǎn)品。在用這種方式制造的太陽能電池中，保護層20放置在背側(cè)表面電極層14和密封層21之間。因此，與密封層21直接形成于背側(cè)表面電極層14上相比，其阻擋特性得到了改善。此外，通過用具有強阻擋特性的硅氮化合物形成保護層20，保護層20的耐用性增加了。當(dāng)保護層20的膜形成條件與上述使用PECVD工藝的條件一致時，形成高密度的膜，保護層20的阻擋特性得到改善，而不會降低形成單元11的每個膜的屬性。上文描述的實施例具有下面描述的優(yōu)點。(1)在上文描述的實施例中，在背側(cè)表面電極層14和密封層21之間設(shè)置至少覆蓋住背側(cè)表面電極層14的保護層20，作為在太陽能電池模塊1的背側(cè)表面上的密封結(jié)構(gòu)。另夕卜，保護層20是由絕緣的、阻擋特性強的硅氮化合物形成。由于保護層20是通過用高沉積速度的等離子CVD工藝(PECVD工藝)形成，即使當(dāng)膜的形成是在低溫下進行以抑制對光電轉(zhuǎn)換層13的不良影響時，高密度的保護層20也是在短時間內(nèi)形成。相應(yīng)地，保護層20改善了在下雨之類的戶外環(huán)境下、甚至是當(dāng)由太陽能電池模塊1所形成的太陽能電池面板安裝在戶外的場合下的耐用性。這樣增加了太陽能電池長時間的可靠性第二實施例現(xiàn)在參考圖4和圖5描述本發(fā)明的第二實施例。該第二實施例與第一實施例的區(qū)別點僅在于保護層20。因此，類似的部分將不再詳細敘述。如圖4所示，當(dāng)前實施例的太陽能電池模塊1包括保護層20，其中中間膜25和氮化物膜26按順序堆疊在背側(cè)表面電極層14上。中間膜25是不含氮的膜，可以用硅氧化物(SiOx)、碳化硅(SiC)、烴膜(CH)、非晶體硅之類形成。中間膜25的厚度小于或者等于 500nm。氮化物膜26是以和第一實施例相同的方式用硅氮化合物(在這里是SiNx:H)形成，具有小于或等于500nm的厚度。換句話說，以這種方式形成保護層20，使得整個膜的厚度小于或者等于1 μ m。中間膜25增加了氮化物膜26和背側(cè)表面電極層14的粘性，防止氮離子對光電轉(zhuǎn)換層13有負面影響。換句話說，當(dāng)硅氮化合物是直接形成于背側(cè)表面電極層14上時，在制造過程中，會在所述膜形成空間內(nèi)產(chǎn)生過多的氮離子，用這樣具有過多能量的氮離子輻射背側(cè)表面電極層14，氮離子會穿過背側(cè)表面電極層14，進入到光電轉(zhuǎn)換層13。當(dāng)?shù)x子進入到光電轉(zhuǎn)換層13時，在光電轉(zhuǎn)換層13內(nèi)產(chǎn)生的載流子的輸送會受到進入的氮離子的阻擋。當(dāng)發(fā)生這樣的現(xiàn)象時，太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率會受到負面影響。圖5是顯示氮對非晶體硅層的影響圖。這個圖顯示的是具有非晶體硅層的樣本A 的光電轉(zhuǎn)換效率，具有暴露到N2等離子體30秒的非晶體硅層的樣本B的光電轉(zhuǎn)換效率，以及具有由SiO所形成的、20nm的氧化物膜的樣本C的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)，其中所述氧化物膜是在非晶體硅層上、從氧化物膜側(cè)暴露到N2等離子體30秒。樣本A至樣本C具有相同的面積。 在當(dāng)前實施例中，這些光電轉(zhuǎn)換效率與所述太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率并不對應(yīng)。樣本A的光電轉(zhuǎn)換效率是9.8%，而樣本B的光電轉(zhuǎn)換效率是7.5%，低于樣本A。 相反，樣本C，其中中間膜25是由SiO形成，具有9. 7%的光電轉(zhuǎn)換效率，與樣本A的效率基本上相同。相應(yīng)地，從這個結(jié)果明顯看出，由SiO所形成的中間膜25抑制了光電轉(zhuǎn)換層13 的腐蝕。此外，保護層20是包括中間膜25和氮化物膜26的堆疊式結(jié)構(gòu)。當(dāng)形成中間膜25 時，這樣抑制了膜諸如針孔之類缺陷的增長。更具體而言，保護層20的膜成形步驟被分成形成中間膜25的步驟和形成氮化物膜26的步驟。當(dāng)形成中間膜25時，這樣中止了針孔的增長。一旦形成針孔，所述針孔有在厚度方向增大的趨勢。但是，當(dāng)形成中間膜25時，這樣的兩層結(jié)構(gòu)在針孔之處降低了形成延伸穿過氮化物膜26的針孔的可能性。相應(yīng)地，水氣不大可能滲透穿過針孔，從而改善了保護層20的阻擋特性?，F(xiàn)在將描述當(dāng)前實施例的制造過程。當(dāng)前實施例的制造過程與所述第一實施例的制造過程的不同點僅在于保護層20的膜形成步驟。其它步驟都相同。在當(dāng)前實施例的保護層20的膜形成過程中，首先用PEV⑶設(shè)備形成中間膜25，以覆蓋住每個單元11。當(dāng)中間膜25是硅氧化物時，用SiH4和N2O作為原料氣體，膜25是用 PECVD裝置、在小于或者等于250°C的溫度下形成的。當(dāng)中間膜25是碳化硅時，可以用二甲基甲硅烷作為原料氣體，在小于或者等于250°C的低溫下形成膜25。另外，當(dāng)中間膜25是烴膜時，膜25是用所述PECVD裝置使用甲烷氣體、乙烷氣體、丙烷氣體、乙炔氣體、乙烯氣體之類作為原料氣體形成。在形成中間膜25之后，在中間膜25的膜表面上形成由硅氮化合物(SiNx:H)所形成的氮化物膜26。這種條件下的條件與上文描述的條件類似。用這種方式，通過形成保護層20為中間膜25和氮氧化物膜26這樣的兩層結(jié)構(gòu)， 保護層20具有強的阻擋特性，而不會使光電轉(zhuǎn)換層13的屬性變差。相應(yīng)地，除了所述第一實施例的優(yōu)點之外，所述第二實施例具有下列優(yōu)點。(2)在所述第二實施例中，保護層20是包括中間膜25和氮化物膜26的堆疊式結(jié)構(gòu)。因此，氮化物膜26被設(shè)置在氮化物膜26和光電轉(zhuǎn)換層13之間。這樣防止了氮使光電轉(zhuǎn)換層13的屬性變差。此外，由于有所述堆疊式結(jié)構(gòu)，在保護層20的下層(中間膜25)內(nèi)所形成的針孔容易在膜的厚度方向間斷開，針孔不大可能在所述厚度方向生長。這樣避免了針孔使所述阻擋特性變差。第三實施例現(xiàn)在參考圖6和圖7描述本發(fā)明的第三實施例。第三實施例和第一實施例的區(qū)別點僅在于保護層20的結(jié)構(gòu)。因此，類似的部分將不再詳細敘述。如圖6所示，當(dāng)前實施例的太陽能電池模塊1包括具有中間層25、金屬膜27和氮化物膜26的三層結(jié)構(gòu)，按順序疊放在背側(cè)表面電極層14上。以與第二實施例相同的方式， 中間膜25是由不含氮的膜(SiO)形成。金屬膜27是由鋁形成，設(shè)置在中間膜25和氮化物膜26之間，降低滲水性，進一步改善阻擋特性。以與第一實施例相同的方式，氮化物膜26 是由硅氮化合物形成(在這里，SiNx:H)。這樣形成當(dāng)前實施例的保護層20，使得其整體厚度小于或者等于1 μ m?，F(xiàn)在描述當(dāng)前實施例的制造過程。當(dāng)前實施例的制造過程與所述第一實施例的制造過程的區(qū)別點僅在于保護層20的膜形成步驟(步驟S8)。其它步驟相同。當(dāng)前實施例的保護層20的膜形成步驟中，首先用PECVD設(shè)備形成由SiOx形成的中間膜25，以覆蓋住每個單元11。用SiH4和N2O作為原材料氣體，在小于或等于250°C的溫度下形成所述膜。另外，如圖7所示，金屬膜27是用濺鍍設(shè)備形成的。在這里，引導(dǎo)線16和17插入于其中的插入部分27A和27B是通過用具有屏蔽部分50A和50B的掩模50覆蓋所述處理對象基板而形成的，屏蔽部分50A和50B形成于和引導(dǎo)線16和17的固定部分相對應(yīng)的位置。插入部分27A和27B比引導(dǎo)線16和17的直徑大，使得當(dāng)穿過保護層20固定引導(dǎo)線16 和17時，它們不接觸金屬膜27。在形成金屬膜27之后，在金屬膜27的膜表面上形成硅氮化合物的氮化物膜26，它是由硅氮化合物(SiNx:H)形成的。在這種情況下的條件與上文描述的條件類似。這樣用保護層20 (氮化物膜26)覆蓋住在金屬膜27內(nèi)的插入部分27A和27B的側(cè)表面。引導(dǎo)線 16和17在被氮化物膜26和中間膜25包圍的狀態(tài)下，固定在透明的電極層12或者背側(cè)表面電極層14上。在中間膜25和氮化物膜26之間設(shè)置具有較大阻擋特性的金屬膜27進一步改善了保護層20的阻擋特性。
相應(yīng)地，除了所述第一實施例的優(yōu)點之外，所述第三實施例具有下列優(yōu)點。(3)在所述第三實施例中，保護層20具有三層結(jié)構(gòu)，其中中間膜25、金屬膜27和氮化物膜26按順序堆疊。相應(yīng)地，設(shè)置中間膜25防止光電轉(zhuǎn)換層13受到不良影響，而改善了金屬膜27和氮化物膜26的阻擋特性?？梢詫ι鲜鰧嵤├M行如下修改。形成透明的光電層12、光電轉(zhuǎn)換層13和背側(cè)表面電極層14的每個步驟，以及固定引導(dǎo)線16和17的步驟不局限于前面提到的方法，可以做些改變。由硅氧氮化物形成的氮化物膜(保護層20)可以由具有SiH4、NH3> CO2和N2的氣體成分的原材料氣體形成。使用這樣的原材料氣體形成硅氮化合物的SiOCN膜。在上文描述的每個實施例中，在將背側(cè)表面電極層14圖案化之后，堆上保護層 20。但是，保護層20也可以在將背側(cè)表面電極層14圖案化之前堆上。在這種情況下，用激光蝕刻保護層20和背側(cè)表面電極層14，將背側(cè)表面電極層14分割成條。在所述第二實施例中，在中間膜25上堆疊由硅氮化物(SiNx:H)形成的氮化物膜 26。但是，氮化物膜26可以由硅氮化合物(SiNx、SiON、SiCN等等)形成，而不是由SiNx:H 形成。在所述第二實施例中，在背側(cè)表面電極層14上形成包括中間膜25和氮化物膜26 的層。但是，可以重復(fù)形成具有中間膜25和氮化物膜26的多個層。在這種情況下，中間膜 25堆疊在氮化物膜26上。因此，碳化氮容易進入到形成于氮化物膜26內(nèi)的針孔中，阻止了所述針孔的生長。在所述第三實施例中，金屬膜27可以是鋁的氧化物膜或者類似的金屬氧化物膜。 這樣的金屬氧化物膜還改善了保護層20的阻擋特性。在上面描述的每個實施例中使用PECVD工藝。但是，可以使用諸如熱CVD工藝之類的其它CVD工藝。保護層20可以是一種第一氮化物膜和第二氮化物膜堆疊在一起的兩層結(jié)構(gòu)，所述第一氮化物膜使用硅氮化物，所述第二氮化物膜使用和所述第一氮化物膜不同的硅氮化合物?？商鎿Q的是，可以堆疊多個氮混合層，每一層具有第一氮化物膜和第二氮化物膜的兩層結(jié)構(gòu)。換句話說，可以獲得第一氮化物膜、第二氮化物膜、第一氮化物膜等等之類的堆疊式結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)還改善了太陽能電池模塊1的阻擋特性。保護層20可以是由硅氮化合物形成的氮化物膜和由鋁之類形成的金屬膜所構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，氮化物膜形成于背側(cè)表面電極層14的表面上，金屬膜形成于所述氮化物膜之上?？梢詫⒍鄠€混合層堆起來，每一層包括氮化物膜和金屬膜。換句話說， 可以獲得由氮化物膜、金屬膜、氮化物膜等等之類構(gòu)成的堆疊式結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)還改善了太陽能電池模塊1的阻擋特性。在上述每個實施例中，可以用玻璃基板而不是用所述背板來密封太陽能電池模塊 1的背側(cè)表面。在上面每個實施例中，保護層20形成于太陽能電池模塊1中，在太陽能電池模塊 1中，在玻璃基板上形成包括透明的電極層12、由非晶體硅形成的光電轉(zhuǎn)換層13和背側(cè)表面電極層14在內(nèi)的各個單元11。但是，所述太陽能電池模塊1可以具有其它已知的結(jié)構(gòu)。 例如，如圖8所示，保護層20可以形成于太陽能電池模塊1內(nèi)，其中，使用由塑料形成的彈性膜30作為基板。例如，膜30是由諸如聚酰亞胺之類的耐熱塑料形成。預(yù)先形成延伸穿過膜30的電流采集孔31和串行連接孔32。金屬電極33、光電轉(zhuǎn)換層34和透明電極35堆疊于膜30的表面30A上。透明電極35穿過串行連接孔32連接到設(shè)置在膜30的背側(cè)表面 30B上的背側(cè)電極36。金屬電極33穿過電流采集孔31連接到背側(cè)電極36上。保護層20 形成于背側(cè)電極36上，覆蓋住背側(cè)電極36。保護層20可以應(yīng)用于上文描述的每個結(jié)構(gòu)。 另外，保護層20由EVA之類形成的密封層21所覆蓋。當(dāng)不用金屬時，可以形成保護層20 和密封層21，以便從透明電極35覆蓋住整個表面30A。在這個例子中，透明電極35對應(yīng)于第一電極層，背側(cè)電極36對應(yīng)于第二電極層，保護層20設(shè)置在背側(cè)電極36和密封材料21 之間，以至少覆蓋住背側(cè)電極36。在這樣的使用膜作為基板的太陽能電池模塊1中，上文描述的每個實施例中保護層20的設(shè)置改善了阻擋特性。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，包括基板；設(shè)置在所述基板上的光電轉(zhuǎn)換單元，并且所述光電轉(zhuǎn)換單元包括可滲透的第一電極層、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極層；以及至少覆蓋所述第二電極層的保護層；其中所述保護層包含有硅氮化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其進一步包括覆蓋所述保護層的密封材料，其中所述保護層被設(shè)置在所述第二電極層和所述密封材料之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述保護層含有硅氮化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述保護層含有硅氧氮化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述保護層包含含有氫的硅氮化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項權(quán)利要求的太陽能電池，其中所述的保護層具有包括多個不同的膜的堆疊式結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的太陽能電池，其中所述保護層包括堆疊在所述第二電極層上的由無氮化合物形成的中間膜，以及堆疊在所述中間膜上的由硅氮化合物形成的氮化物膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的太陽能電池，其中所述保護層包括在所述中間膜和所述氮化物膜之間的金屬膜或者金屬氧化物膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述光電轉(zhuǎn)換單元設(shè)置在所述基板的一個表面上，所述保護層完全覆蓋住所述基板的一個表面上的所述第一電極層、所述光電轉(zhuǎn)換層以及所述第二電極層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的太陽能電池，其中所述光電轉(zhuǎn)換單元是多個電氣串聯(lián)在一起的、設(shè)置在所述基板的一個表面上的多個光電轉(zhuǎn)換單元中的一個；以及在所述多個光電轉(zhuǎn)換單元中，位于兩端的單元分別電連接到引導(dǎo)線，所述保護層設(shè)置成包圍所述引導(dǎo)線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的太陽能電池，其中所述保護層包括由無氮化合物形成的中間膜以及由堆疊在所述中間膜上的硅氮化物形成的氮化物膜；以及所述弓I導(dǎo)線被所述中間膜和所述氮化物膜包圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中所述光電轉(zhuǎn)化單元延伸跨過所述基板的兩個表面，所述保護層覆蓋住在所述基板的至少一個表面上的所述第二電極層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的太陽能電池，其中所述光電轉(zhuǎn)換單元是電氣串聯(lián)在一起且延伸跨過所述基板的兩個表面的多個光電轉(zhuǎn)換單元中的一個；以及在所述多個光電轉(zhuǎn)換單元中，位于兩端的所述單元分別電連接至引導(dǎo)線上，所述保護層被設(shè)置成包圍所述引導(dǎo)線。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的太陽能電池，其中所述保護層包括由無氮化合物形成的中間膜以及由堆疊在所述中間膜上的硅氮化物形成的氮化物膜；以及所述弓I導(dǎo)線是被所述中間膜和所述氮化物膜包圍。
15.一種制造太陽能電池的方法，包括步驟在基板上形成光電轉(zhuǎn)換單元，其中該光電轉(zhuǎn)換單元包括可滲透的第一電極層、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極層；以及形成含有硅氮化合物且通過執(zhí)行CVD工藝至少覆蓋所述第二電極層的保護層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的制造太陽能電池的方法，其中所述形成保護層的步驟包括通過堆疊多種類型的膜形成所述保護層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的制造太陽能電池的方法，其中所述形成保護層的步驟包括 堆疊由無氮化合物所形成的膜；以及堆疊含硅氮化合物的膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的制造太陽能電池的方法，其中所述形成保護層的步驟進一步包括在堆疊由無氮化合物形成的膜的步驟和堆疊含有硅氮化物的膜的步驟之間堆疊金屬膜的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的制造太陽能電池的方法，其中所述形成保護層的步驟包括重復(fù)多次所述堆疊由無氮化合物所形成的膜的步驟和所述堆疊含硅氮化合物的膜的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的制造太陽能電池的方法，其中所述形成保護層的步驟包括 堆疊含有硅氮化合物的膜；以及堆疊金屬膜。
全文摘要
一種太陽能電池(1)包括基板(10)；具有可滲透性的第一電極層(12)、光電轉(zhuǎn)換層(13)和第二電極層(14)且被設(shè)置在所述基板(10)上的光電轉(zhuǎn)換層(11)；以及至少覆蓋所述第二電極層(14)的保護層(20)。保護層(20)包括硅氮化合物。
文檔編號H01L31/04GK102292822SQ201080006139
公開日2011年12月21日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月27日
發(fā)明者橋本征典, 清水美穗, 齊藤一也 申請人:株式會社愛發(fā)科