專利名稱：形成太陽(yáng)能電池中的互連件的方法
形成太陽(yáng)能電池中的互連件的方法技術(shù)領(lǐng)域
一般而言，本發(fā)明涉及光伏太陽(yáng)能電池，更具體而言，涉及薄膜太陽(yáng)能電池及其形成方法。
背景技術(shù)：
薄膜光伏(PV)太陽(yáng)能電池是一類能源器件，利用光形式的再生能源將其轉(zhuǎn)換成可以用于各種用途的有用電能。薄膜太陽(yáng)能電池是通過(guò)在襯底上沉積半導(dǎo)體和其他材料的各種薄層和膜而形成的多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。這些太陽(yáng)能電池可以被制成以由多個(gè)單獨(dú)的電互連的電池組成的一些形式存在的輕質(zhì)柔性板(light-weight flexible sheet)。輕質(zhì)和柔性的屬性給予薄膜太陽(yáng)能電池板廣泛的潛在應(yīng)用性，使其能夠作為電源用于便攜式電子設(shè)備、航空空間、住宅和商業(yè)建筑物，在這些地方中它們可以與各種建筑部件(比如屋頂木瓦、外立面和天窗)相結(jié)合。
薄膜太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體封裝件通常包括在襯底上形成的導(dǎo)電底部電極(也被稱為后接觸件)和在底部電極上方形成的透光導(dǎo)電頂部電極(也被稱作頂部接觸件)。頂部電極膜可以由例如透光透明導(dǎo)電氧化物(“TC0”)材料制成，該透光TCO材料對(duì)光基本上是透明的，并將TCO上的入射光傳遞至在太陽(yáng)能電池中的形成在下面的半導(dǎo)體層。
在底部電極和頂部電極之間沉積有源光吸收層，其基本上以公知的方式捕獲光能并將光能轉(zhuǎn)換成電能。吸收層由能夠以公知模式將入射光能轉(zhuǎn)換成電能的感光和輻射能敏感材料制成。在太陽(yáng)能電池中形成導(dǎo)電互連件以通過(guò)吸收層將TCO頂部電極層與下面的底部電極層電連接。迄今，通過(guò)在沉積TCO電極層之前形成穿過(guò)吸收層的垂直凹槽(諸如通過(guò)劃割)形成互連件。這暴露了位于互連凹槽內(nèi)的底部電極。然后在典型的單個(gè)工藝步驟中在吸收層上沉積TCO材料，該單個(gè)工藝步驟通常用TCO覆蓋吸收層的整個(gè)表面，包括至少部分地或者完全地填充互連凹槽(包括沿著垂直側(cè)壁)。TCO材料自身因而形成了通過(guò)凹槽互連至底部電極層的導(dǎo)電互連件。
期待用于薄膜太陽(yáng)能電池的改進(jìn)的互連件。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于形成薄膜太陽(yáng)能電池中的互連件的方法，所述方法包括:在襯底上形成導(dǎo)電底部電極層；在所述底部電極層上形成吸收層；在所述吸收層中形成開(kāi)口互連凹槽，所述凹槽延伸穿過(guò)所述吸收層至所述底部電極層；采用電鍍工藝在所述凹槽中沉積金屬導(dǎo)電材料，經(jīng)電鍍的凹槽限定出互連件；以及在所述吸收層上方形成透光頂部電極層，所述頂部電極層由不同于所述互連件的材料制成。
在上述方法中，其中，所述互連件由電鍍材料制成，所述電鍍材料選自由銅、鎳、金、銀、鈀、鉬、及其合金組成的組。
在上述方法中，進(jìn)一步包括:在形成所述互連凹槽之前，在所述吸收層上形成緩沖層，其中，穿過(guò)所述緩沖層和所述吸收層形成所述凹槽。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括:底部電極層，形成在襯底上；半導(dǎo)體吸收層，形成在所述底部電極層上；頂部電極層，形成在所述吸收層上方，所述頂部電極層由透光導(dǎo)電材料形成；以及導(dǎo)電互連件，垂直地延伸穿過(guò)所述吸收層并將所述頂部電極層電連接至所述底部電極層，所述互連件由不同于所述頂部電極層的導(dǎo)電金屬或金屬合金制成。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述互連件由非透光的不透明材料制成。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述互連件由非透光的不透明材料制成，其中，所述頂部電極層由透明導(dǎo)電氧化物材料制成。在上述太陽(yáng)能電池中，進(jìn)一步包括緩沖層，所述緩沖層形成在所述吸收層和所述頂部電極層之間。在上述太陽(yáng)能電池中，進(jìn)一步包括緩沖層，所述緩沖層形成在所述吸收層和所述頂部電極層之間，其中，所述緩沖層由CdS制成。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，導(dǎo)電互連材料至少部分地填充形成在所述頂部電極層和所述底部電極層之間的凹槽。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述頂部電極層由η型材料形成，所述η型材料選自由氧化鋅、摻氟氧化錫、氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化銦、氧化錫、氧化銻錫(ATO)、和碳納米管層組成的組。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述吸收層由P型硫?qū)倩衔锊牧匣駽dTe組成。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述頂部電極層具有的最大厚度為3微米。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述互連件具有上表面，所述上表面與所述吸收層的頂表面基本上齊平。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述頂部電極層沒(méi)有延伸到鄰近所述互連件的所述吸收層的頂面下方。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述互連件由非氧化物金屬或金屬合金制成，以及所述頂部電極層由透明導(dǎo)電氧化物材料制成。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，在凹槽中沉積互連導(dǎo)電材料，所述凹槽在所述頂部電極層和所述底部電極層之間延伸。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括:底部電極層，形成在襯底上；半導(dǎo)體吸收層，形成在所述底部電極層上；頂部電極層，形成在所述吸收層上方，所述頂部電極層由透光導(dǎo)電材料形成；以及導(dǎo)電互連件，垂直地延伸穿過(guò)所述吸收層并將所述頂部電極層電連接至所述底部電極層，所述互連件由不同于頂部電極層導(dǎo)電材料的導(dǎo)電材料制成。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述互連件由非透光金屬材料制成。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述互連件由非透光金屬材料制成，其中，所述頂部電極層由透明導(dǎo)電氧化物材料制成。在上述太陽(yáng)能電池中，其中，所述互連件由非透光金屬材料制成，其中，所述互連件由非氧化物金屬或金屬合金材料制成。


將參考以下附圖來(lái)描述示例性實(shí)施例的部件，在以下附圖中對(duì)相似的元件進(jìn)行相似的標(biāo)記，并且其中:
圖1至圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于形成太陽(yáng)能電池和互連件的示例性工藝中的連續(xù)步驟期間的太陽(yáng)能電池的橫截面，其中形成的互連件完全地填充互連凹槽；
圖5至圖6示出了在圖1至圖4的示例性工藝中的可選連續(xù)步驟期間的太陽(yáng)能電池的橫截面，其中形成的互連件部分地填充互連凹槽；以及
圖7是示出了圖1至圖6的示例性工藝中的連續(xù)步驟的流程圖。
所有附圖均為示意性的，并且未按比例進(jìn)行繪制。
具體實(shí)施方式
預(yù)期結(jié)合附圖一起閱讀說(shuō)明性實(shí)施例的這種描述，所述附圖被視為整個(gè)書(shū)面說(shuō)明書(shū)的一部分。在本文所公開(kāi)的實(shí)施例的描述中，對(duì)方向或者方位的任何提及僅僅是預(yù)期用于簡(jiǎn)化描述的目的，而不預(yù)期以任何方式限制本發(fā)明的范圍。相對(duì)位置的術(shù)語(yǔ)諸如“下方”、“上方”、“水平”、“垂直”、“在...上方”、“在...下方”、“向上”、“向下”、“頂部”、“底部”等及其派生詞(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)應(yīng)被解釋為是指隨后所述的或者如論述中的附圖中所示的方位。這些相對(duì)位置術(shù)語(yǔ)僅僅是為了便于說(shuō)明的目的，并且不需要在特定方位中構(gòu)造或者操作裝置。除非另有明確描述，術(shù)語(yǔ)諸如“接合”、“附接”、“連接”和“互連”是指其中結(jié)構(gòu)被直接或者通過(guò)中間結(jié)構(gòu)間接固定或接合至另一個(gè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以及二者都是可移動(dòng)的或者剛性的接合或者關(guān)系。本文用于描述結(jié)構(gòu)/元件之間的關(guān)系的術(shù)語(yǔ)“鄰近”包括所提及的相應(yīng)結(jié)構(gòu)/元件之間直接接觸和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)/元件之間存在其他中間結(jié)構(gòu)/元件。而且，參考示例性實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的部件和益處。因此，本發(fā)明顯然不應(yīng)限于這些示例性實(shí)施例，這些示例性實(shí)施例示出了可能單獨(dú)存在或者以部件的其他組合存在的部件的一些可能的非限制性組合。
圖4示出了可以由本文所公開(kāi)的示例性方法制造的具有高導(dǎo)電互連結(jié)構(gòu)的薄膜太陽(yáng)能電池的示例性實(shí)施例。太陽(yáng)能電池100通常包括襯底110、在襯底110上形成的底部電極層120、在底部電極層120上形成的吸收層130、在吸收層130上形成的緩沖層140、以及在緩沖層140上形成的TCO頂部電極層150。在一些實(shí)施例中，可以省略緩沖層140，其中直接在吸收層130上沉積TC0。
在所有情況中TCO單獨(dú)用于形成互連層可能不是十分理想的。為了在互連凹槽中具有良好的TCO側(cè)壁覆蓋，吸收層的頂部上的TCO涂層(其同時(shí)也沉積在凹槽中)的厚度不能太薄。否則由于互連件側(cè)壁上TCO層太薄導(dǎo)致出現(xiàn)高電阻。這降低了太陽(yáng)能電池的總能量轉(zhuǎn)換性能和效率。
相反，為了避免前述的互連凹槽側(cè)壁上的TCO層太薄和相應(yīng)的高電阻的問(wèn)題，在吸收層上沉積厚TCO層可能導(dǎo)致穿過(guò)TCO到達(dá)下面的有源光吸收層的透光率較低。穿過(guò)TCO的低透光率也同樣地降低了太陽(yáng)能電池的總能量轉(zhuǎn)換性能和效率。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在頂部電極層150和底部電極層120之間形成導(dǎo)電互連件160?；ミB件160垂直延伸穿過(guò)太陽(yáng)能電池100封裝件。在一個(gè)實(shí)施例中，互連件160可以由與如本文中進(jìn)一步所述的TCO頂部電極層150分開(kāi)且不同的導(dǎo)電材料形成。在一些實(shí)施例中，互連件160可以由導(dǎo)電金屬制成。在圖1中所不的實(shí)施例中，互連件160材料可以完全填充穿過(guò)吸收層130形成的互連凹槽162，以使互連件具有上表面164，該上表面164與由吸收層130限定的上表面132或者由吸收層140限定的上表面142 (任選提供的)基本上是平面的且齊平或者同延。在圖6中所示的另一可能實(shí)施例中，互連件160可以部分地填充互連凹槽162。太陽(yáng)能電池通常還包括微溝道，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中對(duì)其進(jìn)行圖案化和劃割以互連各個(gè)導(dǎo)電材料層并分隔相鄰的電池。對(duì)如本領(lǐng)域中常提及的這些微溝道或“劃割線”給定與其在半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池制造工藝期間的功能和步驟相關(guān)的“P”命名。Pl和P3劃割線基本上用于電池隔離。P2劃割線形成互連。Pl劃割線將吸收層互連至襯底，并圖案化TCO板至在單個(gè)電池內(nèi)。P2劃割線去除吸收材料，將頂部TCO電極互連至底部電極，從而阻止中間緩沖層充當(dāng)頂部電極和底部電極之間的阻擋物。P3劃割線完全穿過(guò)TC0、緩沖層和吸收層延伸至底部電極或者襯底，從而隔離由Pl和P2劃割線限定的每個(gè)電池?，F(xiàn)在將描述圖4中所示的用于形成太陽(yáng)能電池100的方法的示例性實(shí)施例。圖7示出了形成工藝中的基本方法步驟?，F(xiàn)在參考圖1和圖7，首先通過(guò)本領(lǐng)域中所用的任何合適的常規(guī)方式清潔襯底110 (步驟200)，從而制備用于接收底部電極層的襯底?？梢杂糜谝r底110的合適的常規(guī)材料包括但不限于玻璃，諸如，例如但不限于堿石灰玻璃；陶瓷；金屬，諸如，例如但不限于不銹鋼和鋁的薄片；或者聚合物，諸如，例如但不限于聚酰胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthalates)、聚合烴、纖維素類聚合物、聚碳酸酯、聚醚、和其他。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，玻璃可以用于襯底110。接下來(lái)，然后通過(guò)本領(lǐng)域中常用的任何常規(guī)方法包括但不限于濺射、原子層沉積(ALD)、化學(xué)汽相沉積(CVD)或其他技術(shù)在襯底110上形成底部電極層120 (步驟210)。在一個(gè)實(shí)施例中，底部電極層120可以由鑰(Mo)制成；然而，可以使用本領(lǐng)域中通常所用的其他合適的導(dǎo)電金屬材料和半導(dǎo)體材料，諸如Al、Ag、Sn、T1、N1、不銹鋼、ZnTe等。在一些代表性而非限制性的實(shí)施例中，底部電極層120可以優(yōu)選具有處于約0.1至2(包括0.1和2)微米(μπι)以上范圍內(nèi)的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，層120具有近似約
0.5μπι的代表性厚度。接著，在底部電極層120的頂部上形成半導(dǎo)體光吸收層130 (步驟220)，如圖1中所示。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收層130可以是本領(lǐng)域中常用的P型摻雜的硫?qū)倩衔?chalcogenide)材料,在一些可能的實(shí)施例中，優(yōu)選但不限于CIGSCu (In, Ga) Se20可以使用其他合適的硫?qū)倩衔锊牧希ǖ幌抻贑u (In，Ga) (Se，S)2*“CIGSS”、CuInSe2,CuGaSe2, CuInS2 和 Cu (In, Ga) S2。通常可以用于形成吸收層130的合適的P型摻雜劑包括但不限于硼(B)或元素周期表中的II族或III族的其他元素?？梢酝ㄟ^(guò)本領(lǐng)域中通常所用的任何合適的真空或非真空工藝形成由CIGS形成的吸收層130。這些工藝包括但不限于硒化、蒸發(fā)、濺射、化學(xué)汽相沉積等。
在一些代表性而非限制性的實(shí)施例中，吸收層130可以優(yōu)選具有處于0.5至3(包括0.5和3)微米(ym)范圍內(nèi)的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，吸收層130具有近似約2μπι的代表性厚度。
繼續(xù)參考圖1和圖7，然后可以任選地在吸收層130上形成η型薄緩沖膜或?qū)?40 (步驟230)以建立電有源η-ρ結(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖層140可以是CdS?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域中常用的任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬删彌_層140。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)本領(lǐng)域中為形成這些層常用的電解質(zhì)化學(xué)浴沉積(CBD)工藝使用包含硫的電解質(zhì)溶液形成緩沖層140。在一些代表性而非限制性的實(shí)施例中，緩沖層140可以優(yōu)選具有處于約O至0.1 (包含O和0.1)微米(μπι)范圍內(nèi)的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖層140具有近似約0.02 μ m的代表性厚度。
在形成CdS緩沖層140 (如果有的話)之后，或者如果沒(méi)有緩沖層在形成吸收層130之后，接著切割P2劃割線穿過(guò)吸收層130，從而暴露出位于開(kāi)口劃割線或溝道內(nèi)的底部電極層120的頂部最上表面(步驟240，圖7)。該步驟還形成了互連凹槽162，該互連凹槽162具有垂直的側(cè)壁166，以及顯示其中的底部電極層120的開(kāi)口頂部和開(kāi)口底部?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中通常所用的任何合適的方法來(lái)切割P2劃割線，形成互連凹槽162，包括但不限于機(jī)械(例如，刻針)或激光劃割。到目前為止形成的具有互連凹槽162的太陽(yáng)能電池100半導(dǎo)體封裝件在圖2中示出。
在部分形成的太陽(yáng)能電池100上沉積TCO材料以形成頂部電極層之前，接著可以如圖3中所示制造導(dǎo)電互連件160。在一個(gè)實(shí)施例中，采用電化學(xué)沉積(EOT)電鍍工藝在互連凹槽162內(nèi)沉積導(dǎo)電材料，從而形成互連件160 (步驟250，圖7)。E⑶是濕式化學(xué)工藝，用于逐步建立導(dǎo)電互連件并使用包含主要導(dǎo)電材料和其他添加劑的電解溶液。實(shí)施E⑶電鍍工藝以逐步并相繼地在凹槽162內(nèi)建立互連件160。將導(dǎo)電互連材料沉積到凹槽162內(nèi)暴露的底部電極層120上，并從底部向上逐漸垂直地填充凹槽。導(dǎo)電互連材料從側(cè)壁166向相對(duì)的側(cè)壁水平地或橫向地填充互連凹槽以消除或最小化沿著側(cè)壁的薄的導(dǎo)電材料區(qū)域，該薄的導(dǎo)電材料區(qū)域可能導(dǎo)致不想要的高電阻，降低太陽(yáng)能電池的性能。
在一些實(shí)施例中，可以在互連凹槽162內(nèi)通過(guò)E⑶電鍍工藝相繼垂直地建立用于互連件160的導(dǎo)電材料，直到該材料基本上填充凹槽162，并且互連件的頂面164與圖4中所示的吸收層130的頂面132基本上齊平或平面(除了可能的較小的互連頂面凹凸或變化)。在其他實(shí)施例中，可以相繼地建立導(dǎo)電材料，并且如圖5中所示至少部分地填充互連凹槽162，最后形成圖6中所示的太陽(yáng)能電池100。期望導(dǎo)電互連材料最大程度地填充凹槽162以便可能地最小化TCO材料的量，該TCO材料在后來(lái)形成TCO層時(shí)將與凹槽內(nèi)的吸收層的側(cè)壁166相接觸。用于實(shí)施電鍍的ECD電鍍方法和機(jī)器的工藝局限性可能阻止凹槽162被完全填充，并且在完成電鍍工藝之后可能發(fā)生一些收縮。
在一個(gè)實(shí)施例中，為形成互連件160而電鍍?cè)谔?yáng)能電池100的凹槽162內(nèi)的吸收層130和底部電極層120上的導(dǎo)電材料是與用于形成頂部電極層150的透光導(dǎo)電TCO材料顯著不同類型的材料。因此，用于互連件160的導(dǎo)電材料可以是非氧化物且非透光的導(dǎo)電材料，而不是用于頂部電極的透光TCO材料，并可以在與在吸收層130上沉積TCO分開(kāi)的工藝步驟中形成。在一些實(shí)施例中，互連件160導(dǎo)電材料可以對(duì)光不透明，因?yàn)榛ミB件直接形成在底部電極層120上并被限制在互連凹槽162內(nèi)，互連凹槽162將不會(huì)干擾到達(dá)有源吸收層130的透光率。
在一些實(shí)施例中，可以用于互連件160的導(dǎo)電材料可以包括光學(xué)不透明材料和金屬?？梢杂糜诨ミB件160的合適的金屬材料包括但不限于銅、鎳、金、銀、鈀、鉬、和合金或者前述金屬與其他元素的組合。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以使用銅。
使用有機(jī)添加物的表面選擇性電化學(xué)電鍍工藝可以用于形成互連件160。這種工藝優(yōu)先地將導(dǎo)電材料專門(mén)對(duì)準(zhǔn)和沉積在直接位于底部電極層120 (參加圖2和圖3)的暴露的最上頂面122上的互連凹槽162的區(qū)域內(nèi)。表面選擇性工藝最小化或消除了并行的和不想要的金屬導(dǎo)電材料在其余區(qū)域(諸如吸收層130的暴露的水平頂面132)上的電鍍，這種電鍍可能干擾光透射到層130并降低太陽(yáng)能電池的性能。因此，將在位于底部電極材料頂部上的凹槽162內(nèi)表面選擇性地沉積并形成導(dǎo)電材料。有利的是，本文所公開(kāi)的互連件形成和選擇性E⑶電鍍工藝不需要保護(hù)吸收層頂面132不被導(dǎo)電互連材料電鍍的掩模。合適的電化學(xué)電鍍?cè)“ǖ幌抻谒峄驂A金屬離子溶液。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以使用具有雜環(huán)氮化合物的硫酸銅電化學(xué)電鍍?cè)　?br> 可以以可操作用于該目的的任何合適的可商購(gòu)的ECD電鍍機(jī)(諸如例如購(gòu)自Novellus Systems, Inc.0f San Jose, CA 的 Sabre System ;來(lái)自 AppliedMaterials, Inc.0f Santa Clara, CA的Raider-S E⑶；和其他)來(lái)實(shí)施用于形成互連件160的電化學(xué)電鍍工藝。在本示例性制造工藝中，首先將圖2中所示的部分完成的太陽(yáng)能電池100裝載到ECD電鍍機(jī)中，并安裝在ECD電鍍機(jī)中。然后以剛才在上面所述的方式形成互連件160。然后可以從E⑶電鍍機(jī)去除帶有完成的互連件160的太陽(yáng)能電池100，以便完成剩余的制造步驟，諸如頂部電極層150沉積和其他步驟。
在一些實(shí)施例中，如果導(dǎo)電互連材料在互連凹槽162外面的吸收層區(qū)域上(諸如在頂面132上)有一些移行(carryover)和電鍍，那么可以在沉積TCO頂部電極層150之前，任選地使用常規(guī)等離子體蝕刻工藝(在圖7中的步驟250和260之間)，先從吸收層去除不想要的導(dǎo)電材料薄膜。
現(xiàn)在參考圖4，在形成導(dǎo)電互連件160之后，接著在吸收層130或者緩沖層140 (如果使用的話)的頂部上形成η型摻雜的透光頂部電極層150 (步驟260，圖7)，用于從電池收集電流(電子)，同時(shí)吸收最少量的穿過(guò)光吸收層130的光。在一些實(shí)施例中，頂部電極層150可以由氧化物材料(諸如TCO材料)制成。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖4中所示，可以大量沉積沉積的TCO材料以完全覆蓋圖3中所示的太陽(yáng)能電池100的整個(gè)上表面，包括吸收層130的暴露的頂部水平表面132和在其中形成的導(dǎo)電互連件160的上部或頂部暴露的表面164。通過(guò)在本工藝步驟之前預(yù)先形成的單獨(dú)的導(dǎo)電互連件160將TCO頂部電極層150電連接至底部電極層120，代替使用TCO自身形成如過(guò)去一些太陽(yáng)能電池封裝件中的互連件。有利的是，這產(chǎn)生了更高導(dǎo)電性互連件，因?yàn)榭梢杂糜谛纬苫ミB件160的材料可以是非氧化物、非透光的，并因此是高質(zhì)量電導(dǎo)體。在本文所述的實(shí)施例中，TCO頂部電極層150因而可以是在如圖4中所示的具有基本上平坦的相對(duì)的頂部和底部區(qū)域的整個(gè)太陽(yáng)能電池100中具有基本上均勻的厚度(垂直測(cè)量)的膜。
鋁是常用于薄膜太陽(yáng)能電池中的TCO頂部電極的一種可能的η型摻雜劑；然而，可以使用其他合適的常規(guī)摻雜劑諸如但不限于磷(P)、砷(As)或元素周期表中的V族或VI族的其他元素。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于頂部電極層150的TCO可以是本領(lǐng)域中常用于薄膜太陽(yáng)能電池的任何常規(guī)材料?？梢允褂玫暮线m的TCO包括但不限于氧化鋅(ZnO)、摻氟氧化錫(“FTO”或 SnO2 = F)、氧化銦錫(“ΙΤ0”)、氧化銦鋅(“ ΙΖ0”或 In203/Zn0)、氧化銦(In2O3)、氧化銻錫(ΑΤ0)、氧化錫(SnO2)、碳納米管層、或擁有用于頂部電極的期望性質(zhì)的任何其他合適的涂層材料。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，所用的TCO是ΖηΟ。在其中頂部電極層150可以由ZnO制成的一些可能的實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)注意到:在形成較厚的η型摻雜的TCO頂部電極層150期間有時(shí)可以在吸收層130的頂部上形成薄本征ZnO膜(未示出)?？梢岳斫猓?yàn)榕cTCO不同的且分開(kāi)的導(dǎo)電材料形成互連件160，可以使TCO層的厚度(垂直測(cè)量)最小化至僅僅提供良好質(zhì)量的頂部電極層150所必需的厚度。TCO層在其最上表面上接收入射光，并將該光傳輸至下面的有源吸收層。有利的是，薄TCO層使到達(dá)下面的吸收層的透光率最大化。在一個(gè)實(shí)施例中，可以沉積具有最大厚度為0.5微米或以下的薄TCO頂部電極層150。估計(jì)該TCO厚度使透光率從約80%增加至約90%，從而改善太陽(yáng)能電池性能和能量轉(zhuǎn)換效率。在形成本文所公開(kāi)的薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)之后可以實(shí)施額外的常規(guī)后段(backend of line)工藝和層壓，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知和了解的。這可以包括用處于頂部覆蓋玻璃和電池結(jié)構(gòu)之間的封裝劑(諸如但不限于EVA(乙烯醋酸乙烯酯)和丁酯的組合)在電池結(jié)構(gòu)上層壓頂部覆蓋玻璃，從而密封電池。EVA和丁酯封裝劑是本領(lǐng)域中常用的，并且在本實(shí)施例中可以直接施加于TCO頂部電極層150，接著在其上施加頂部覆蓋玻璃。然后可以完成合適的另外的后端工藝，其可以包括以本領(lǐng)域中公知的常規(guī)方式形成前導(dǎo)電柵格接觸件和一個(gè)或多個(gè)抗反射涂層(未示出)。柵格接觸件將向上伸出穿過(guò)并超出任何抗反射涂層的頂面，用于連接外部電路。太陽(yáng)能電池制造工藝生產(chǎn)出完成的和完整的薄膜太陽(yáng)能電池模塊。根據(jù)本發(fā)明，用于形成薄膜太陽(yáng)能電池中的互連件的一種示例性方法包括:在襯底上形成導(dǎo)電底部電極層；在底部電極層上形成吸收層；在吸收層中形成開(kāi)口互連凹槽，該凹槽延伸穿過(guò)吸收層到達(dá)底部電極層；采用電鍍工藝在凹槽中沉積金屬導(dǎo)電材料，經(jīng)電鍍的凹槽限定出互連件；以及在吸收層的上方形成透光頂部電極層，該頂部電極層由與互連件不同的材料制成。在一些實(shí)施例中，頂部電極由透明導(dǎo)電氧化物材料制成，而互連件由光學(xué)不透明金屬制成。根據(jù)本發(fā)明，用于形成薄膜太陽(yáng)能電池中的互連件的另一示例性方法包括:在襯底上形成導(dǎo)電底部電極層；在底部電極層上形成吸收層；穿過(guò)吸收層劃割開(kāi)口 P2劃割線，該劃割線限定出互連凹槽，該互連凹槽延伸穿過(guò)吸收層并暴露出其中的底部電極層；用直接沉積到暴露的底部電極層上的金屬導(dǎo)電材料至少部分地填充互連凹槽，該金屬導(dǎo)體限定出互連件；以及在吸收層的上方形成頂部電極層，該頂部電極層由與互連件不同的導(dǎo)電材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)電化學(xué)沉積電鍍實(shí)施填充步驟。因此，在一些實(shí)施例中，該方法可以進(jìn)一步包括在填充步驟之前在電化學(xué)沉積電鍍機(jī)中定位并安裝太陽(yáng)能電池的步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，互連件由電鍍材料制成，該電鍍材料選自由銅、鎳、金、銀、鈀、鉬、及其合金組成的組。根據(jù)本發(fā)明，一種示例性薄膜太陽(yáng)能電池包括:在襯底上形成的底部電極層；在底部電極層上形成的半導(dǎo)體吸收層；在吸收層上方形成的頂部電極層，該頂部電極層由透光導(dǎo)電材料形成。該太陽(yáng)能電池進(jìn)一步包括導(dǎo)電互連件，該導(dǎo)電互連件垂直延伸穿過(guò)吸收層并將頂部電極層電連接至底部電極層。該互連件由與頂部電極層導(dǎo)電材料不同的導(dǎo)電材料制成，并且是與頂部電極分開(kāi)的分立結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電材料是光學(xué)不透明的非透光金屬。在一個(gè)實(shí)施例中，頂部電極層由透明導(dǎo)電氧化物材料制成。
盡管前面的描述和附圖代表本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是可以理解在不背離所附的權(quán)利要求的等效物的精神和范圍的情況下，可以在其中進(jìn)行各種添加、更改和替換。特別是，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例、尺寸并且采用其他元素、材料和組分來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不背離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，可以采用在本發(fā)明的實(shí)踐中所用的許多更改的結(jié)構(gòu)、布置、比例、尺寸、材料和元件等等來(lái)使用本發(fā)明，所述更改尤其適合于具體環(huán)境和可操作性要求，而不背離本發(fā)明的原理。此外，可以在本文所述的示例性方法和工藝進(jìn)行眾多變化，而不背離本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施例在各個(gè)方面中都被視為是說(shuō)明性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由附隨的權(quán)利要求及其等效物來(lái)限定，而不局限于前面的描述或者實(shí)施例。而且，附隨的權(quán)利要求應(yīng)按廣義解釋以包括本發(fā)明的其他變體和實(shí)施例，其可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本文所公開(kāi)的實(shí)施例的等效物的范圍的情況下制造出。
權(quán)利要求
1.一種用于形成薄膜太陽(yáng)能電池中的互連件的方法，所述方法包括: 在襯底上形成導(dǎo)電底部電極層； 在所述底部電極層上形成吸收層； 在所述吸收層中形成開(kāi)口互連凹槽，所述凹槽延伸穿過(guò)所述吸收層至所述底部電極層； 采用電鍍工藝在所述凹槽中沉積金屬導(dǎo)電材料，經(jīng)電鍍的凹槽限定出互連件；以及在所述吸收層上方形成透光頂部電極層，所述頂部電極層由不同于所述互連件的材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述互連件由電鍍材料制成，所述電鍍材料選自由銅、鎳、金、銀、鈀、鉬、及其合金組成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 在形成所述互連凹槽之前，在所述吸收層上形成緩沖層，其中，穿過(guò)所述緩沖層和所述吸收層形成所述凹槽。
4.一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括: 底部電極層，形成在襯底上； 半導(dǎo)體吸收層，形成在所述底部電極層上； 頂部電極層，形成在所述吸收層上方，所述頂部電極層由透光導(dǎo)電材料形成；以及導(dǎo)電互連件，垂直地延伸穿過(guò)所述吸收層并將所述頂部電極層電連接至所述底部電極層，所述互連件由不同于所述頂部電極層的導(dǎo)電金屬或金屬合金制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述互連件由非透光的不透明材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述頂部電極層由透明導(dǎo)電氧化物材料制成。
7.一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括: 底部電極層，形成在襯底上； 半導(dǎo)體吸收層，形成在所述底部電極層上； 頂部電極層，形成在所述吸收層上方，所述頂部電極層由透光導(dǎo)電材料形成；以及導(dǎo)電互連件，垂直地延伸穿過(guò)所述吸收層并將所述頂部電極層電連接至所述底部電極層，所述互連件由不同于頂部電極層導(dǎo)電材料的導(dǎo)電材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述互連件由非透光金屬材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述頂部電極層由透明導(dǎo)電氧化物材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能電池，其中，所述互連件由非氧化物金屬或金屬合金材料制成。
全文摘要
一種薄膜太陽(yáng)能電池及其形成工藝。該太陽(yáng)能電池包括底部電極、半導(dǎo)體光吸收層、和頂部電極?？梢酝ㄟ^(guò)在電極之間形成的凹進(jìn)區(qū)域中電化學(xué)電鍍導(dǎo)電材料，在頂部電極和底部電極之間形成互連件。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電材料可以是具有非透光性質(zhì)的光學(xué)不透明金屬。互連件是高度導(dǎo)電的，并使頂部電極層的厚度最小化，從而增強(qiáng)透光率和電池能量轉(zhuǎn)換性能。本發(fā)明還提供一種形成太陽(yáng)能電池中的互連件的方法。
文檔編號(hào)H01L31/18GK103137785SQ20121042997
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者楊弦升, 李文欽 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司