太陽能電池及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種太陽能電池及其制造方法。所述太陽能電池包括：支撐基板；在所述支撐基板上的背電極層；在所述背電極層上的光吸收層；以及在所述光吸收層上的前電極層。所述背電極層包括至少三個層。所述方法包括：在支撐基板上形成第一層；在所述第一層上形成第二層；在所述第二層上形成第三層；在所述第三層上形成光吸收層；以及在所述光吸收層上形成前電極層。
【專利說明】太陽能電池及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 用于太陽光發(fā)電的太陽能電池的制造方法如下：首先，制備基板以后，在所述基板 上形成背電極層并且通過使用激光形成圖案，從而形成多個背電極。
[0003] 此后，在所述背電極上依次形成光吸收層、緩沖層和高電阻緩沖層。為了形成上 述光吸收層，已經(jīng)廣泛使用各種方案，例如，通過同時或者分別蒸鍍Cu、In、Ga和Se形成 Cu(In，Ga)Se2(CIGS)基光吸收層的方案，以及在金屬前體層形成以后進行硒化工藝的方 案。所述光吸收層的能量帶隙在約leV至約1.8eV范圍內(nèi)。
[0004] 然后，通過濺射工藝在所述光吸收層上形成包含硫化鎘（CdS)的緩沖層。所述緩 沖層的能量帶隙在約2. 2eV至約2. 4eV范圍內(nèi)。在此之后，通過濺射工藝在緩沖層上形成 包含氧化鋅（ZnO)的高電阻緩沖層。所述高電阻緩沖層的能量帶隙在約3. leV至約3. 3eV 范圍內(nèi)。
[0005] 此后，在光吸收層、緩沖層，和高電阻緩沖層中可以形成凹槽圖案。
[0006] 然后，在高電阻緩沖層上層疊透明導(dǎo)電材料并且在凹槽圖案中填充透明導(dǎo)電材 料。因此，在高電阻緩沖層上形成透明電極層，并且在凹槽圖案中形成連接線。構(gòu)成所述透 明電極層和所述連接線的材料可以包含鋁摻雜氧化鋅（ΑΖ0)。所述透明電極層的能量帶隙 可以在約3. leV至約3. 3eV范圍內(nèi)。
[0007] 然后，在透明電極層中形成凹槽圖案，所以可以形成多個太陽能電池單元。透明電 極和高電阻緩沖層分別與所述電池單元相對應(yīng)。所述透明電極和高電阻緩沖層可以設(shè)置為 條狀或者矩陣形式。
[0008] 透明電極和背電極相互錯開，并且通過連接線相互電連接。因此，太陽能電池可以 相互串聯(lián)電連接。
[0009] 如上所述，為了將太陽光轉(zhuǎn)換成電能，各種太陽能電池裝置已經(jīng)被制造并且使用。 在韓國未審查專利公開No. 10-2008-0088744中提供了上述太陽能電池裝置中的一種。 [0010] 同時，為了通過使用激光在背電極層上通常形成圖案，并且為了在單元電池中形 成所述背電極層以允許背電極層的串聯(lián)連接，而執(zhí)行P1工藝。此時，在支撐基板上沉積的 背電極層中，在邊緣區(qū)域設(shè)置的接受激光工藝的背電極層，可以會由于激光所導(dǎo)致的熱沖 擊或沖擊波而與所述基板分開或從支撐基板剝離。在執(zhí)行隨后工藝以后，上述缺陷可以提 供電流短路路徑或者可以引起電損耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 技術(shù)問題
[0012] 本發(fā)明提供一種能夠具有改進可靠性的太陽能電池裝置。
[0013] 技術(shù)方案
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種太陽能電池，包括：支撐基板；在所述支撐基板上的背電極 層；在所述背電極層上的光吸收層；以及在所述光吸收層上的前電極層。所述背電極層包 括至少三個層。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種太陽能電池的制造方法，包括：在支撐基板上形成第一層； 在所述第一層上形成第二層；在所述第二層上形成第三層；在所述第三層上形成光吸收 層；以及在所述光吸收層上形成前電極層。
[0016] 有益效果
[0017] 根據(jù)本發(fā)明所述的太陽能電池包括背電極層，并且所述背電極層包括第一至第三 層。為了減輕所述層的熱膨脹和熱收縮，第一至第三層具有不同精細(xì)結(jié)構(gòu)。換言之，當(dāng)對所 述背電極層進行P1工藝時，第一至第三層的不同精細(xì)結(jié)構(gòu)充當(dāng)阻擋激光沖擊波的緩沖結(jié) 構(gòu)。換言之，在第一至第三層210至230中，逐漸執(zhí)行熱收縮，所以可以防止毛刺現(xiàn)象（burr) 和剝離現(xiàn)象。因此，可以防止太陽能電池的激光工藝所引起的缺點。因此，在執(zhí)行隨后工藝 以后可以防止短路路徑和結(jié)構(gòu)缺陷，所以可以保證可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的截面圖；并且
[0019] 圖2是圖1的A部分的放大圖。

【具體實施方式】
[0020] 在本發(fā)明的描述中，應(yīng)理解，當(dāng)層（膜）、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)被稱為位于另一基 板、層（膜）、區(qū)域、焊盤或者另一圖案"上"或者"下"時，其可以"直接"或"間接"位于所 述另一基板、層（膜）、區(qū)域、焊盤或者另一圖案上，也可以存在一個或多個中間層。結(jié)合附 圖來描述每一層的此類位置。
[0021] 為了使描述簡便且清晰，附圖中所示的每一層（膜）、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)的厚度 或大小可以被夸大，省略或示意性示出。另外，每一層（膜）、區(qū)域、圖案或者結(jié)構(gòu)的大小并 非完全反映實際大小。
[0022] 在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本公開的實施例。
[0023] 在下文中，將參照圖1和圖2詳細(xì)描述根據(jù)第一實施例的太陽能電池。圖1是示 出根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的截面圖；圖2是圖1的A部分的放大圖。
[0024] 參照圖1和圖2,太陽能電池包括：支撐基板100、粘附增強層700、背電極層200、 光吸收層300、緩沖層400、高電阻緩沖層500,以及前電極層600。
[0025] 支撐基板100呈板形并且支撐背電極層200、光吸收層300、緩沖層400,和前電極 層 600。
[0026] 支撐基板100可以是絕緣體。支撐基板100可以是玻璃基板、塑料基板，或者金屬 基板。詳言之，支撐基板100可以是鈉鈣玻璃基板。支撐基板100可以是透明的。
[0027] 背電極層200設(shè)置在支撐基板100的頂表面上。背電極層200是導(dǎo)電層。例如， 構(gòu)成背電極層200的材料可以包含諸如鑰（Mo)的金屬。
[0028] 背電極層200可以包括至少三個層。在這種情況下，通過使用同種金屬或者不同 金屬可以形成所述層。
[0029] 詳言之，參照圖2,背電極層200可以包括第一至第三層210、220和230。
[0030] 第一層210可以放置在支撐基板100上。第一層210可以與支撐基板100接觸。 第一層210可以包括與構(gòu)成第三層230的材料相同的材料。換言之，第一層210可以包含 諸如Mo或者鑰鈉（MoNa)的金屬，但是本發(fā)明并不限于此。換言之，第一層210可以充當(dāng)包 括氧化硅（Si0 2)、氮化硅（Si3N4)，或者氮化鈦（TiN)的阻擋層。換言之，第一層210充當(dāng)阻 擋層，因此當(dāng)支撐基板100是金屬基板時，防止由于來自支撐基板100的鐵（Fe)的擴散降 低太陽能電池的效率。
[0031] 第二層220設(shè)置在第一層210上。第二層220可以包含諸如Mo或者MoNa的金屬。
[0032] 第三層230設(shè)置在第二層220上。第三層230可以包含諸如Mo或者MoNa的金屬。
[0033] 第一層210可以包括多個孔隙，第一層210的孔隙率小于第二層220或者第三層 230的孔隙率。第一層210包含多個孔隙來作為放置在第一層210和支撐基板100上的第 二層220和第三層230之間的緩沖。
[0034] 第一層210包含第一微粒。第二層220包含第二微粒。第三層230包含第三微粒。 此時，第一至第三微粒的尺寸滿足下述公式1。
[0035] 公式 1
[0036] 第三微粒的尺寸〉第二微粒的尺寸彡第一微粒的尺寸
[0037] 第三微粒設(shè)置為最大尺寸，從而減小背電極層200的電阻。另外，與支撐基板100 接觸的第一層210的第一微粒設(shè)置為最小尺寸，從而提高與支撐基板100的粘接強度。
[0038] 其后，第一層210、第二層220和第三層230的厚度滿足下述公式2。
[0039] 公式 2
[0040] 1彡第三層的厚度（T3)/第一層的厚度（Tl) +第二層的厚度（T2)彡2
[0041] 如果（第三層的厚度（Τ3)/第一層的厚度（Tl) +第二層的厚度（Τ2))的值小于1 或者大于2,第一層210不能作為緩沖。
[0042] 第一層210、第二層220和第三層230具有不同精細(xì)結(jié)構(gòu)以減輕所述層的熱膨脹和 熱收縮。詳言之，通常執(zhí)行Ρ1工藝通過使用激光來使背電極層200形成圖案，并且在單元 電池中形成背電極層200以允許背電極層200的串聯(lián)連接。當(dāng)進行Ρ1工藝時，第一至第三 層210至230的不同精細(xì)結(jié)構(gòu)作為阻擋激光所引起的沖擊波的緩沖。換言之，熱收縮在第 一至第三層210至230中逐漸進行，所以可以防止毛刺現(xiàn)象或者剝離現(xiàn)象。因此，太陽能電 池可以防止被激光工藝損害，并且可以防止進行了隨后的工藝以后引起的短路路徑和結(jié)構(gòu) 缺陷，所以可以保證可靠性。
[0043] 光吸收層300設(shè)置在背電極層200上。光吸收層300包含I-III-VI族化合物。例 如，光吸收層 300 可以具有 CIGSS(Cu(In，Ga) (Se，S)2)晶體結(jié)構(gòu)、CISS(Cu(In) (Se，S)2)晶 體結(jié)構(gòu)，或者CGSS(Cu(Ga) (Se，S)2)晶體結(jié)構(gòu)。
[0044] 光吸收層300的能量帶隙可以在約leV至約1. 8eV范圍內(nèi)。
[0045] 緩沖層400設(shè)置在光吸收層300上。緩沖層400直接接觸光吸收層300。
[0046] 緩沖層400可以包含硫化物。例如，緩沖層400可以包括硫化鎘（CdS)。
[0047] 高電阻緩沖層500設(shè)置在緩沖層400上。高電阻緩沖層500包含i-ΖηΟ,即未摻雜 雜質(zhì)的氧化鋅。高電阻緩沖層500的能量帶隙在約3. leV至約3. 3eV范圍內(nèi)。
[0048] 前電極層600設(shè)置在光吸收層300上。更詳言之，前電極層600設(shè)置在高電阻緩 沖層500上。
[0049] 前電極層600可以是透明的。例如，構(gòu)成前電極層600的材料可以包含鋁摻雜氧 化鋅（ΑΖ0)、銦鋅氧化物（ΙΖ0)，或者銦錫氧化物（ΙΤ0)。
[0050] 前電極層600的厚度可以在約500nm至約1.5μπι范圍內(nèi)。而且，當(dāng)前電極層500 由鋁摻雜氧化鋅形成時，鋁的摻雜比例在約1. 5wt%至約3. 5wt%的范圍內(nèi)。前電極層600 是導(dǎo)電層。
[0051] 在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的制造方法。在下述描述中，為了描述 簡便且清晰，將省略與上述描述中相同或者極其相似的結(jié)構(gòu)和部件的細(xì)節(jié)。
[0052] 根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的制造方法包括下述步驟：形成第一層210,形成第二 層220,形成第三層230,形成光吸收層，以及形成前電極層。
[0053] 首先，可以在支撐基板100上形成包括第一層210、第二層220和第三層230的背 電極層200。詳言之，可以在支撐基板100上形成第一層210?？梢栽诘谝粚?10上形成第 二層220?？梢栽诘诙?20上形成第三層230。第一層210、第二層220和第三層230可 以通過沉積工藝形成。例如，第一層210、第二層220和第三層230可以通過濺射工藝形成。 第一層210、第二層220和第三層230可以通過具有不同工藝條件的三個工藝形成。因此， 當(dāng)?shù)谝粚?10、第二層220和第三層230形成時，第一層210、第二層220和第三層230可以 通過采用不同工藝條件來形成不同的精細(xì)結(jié)構(gòu)。例如，第一層210、第二層220和第三層230 的孔隙率可以通過調(diào)整真空泵功率或者氣體分壓來調(diào)整。
[0054] 同時，可以在支撐基板100和背電極層200之間插入諸如抗擴散層的額外層。
[0055] 然后，在背電極層200上形成光吸收層300。光吸收層300可以通過濺射工藝或者 蒸鍍工藝形成。
[0056] 例如，為了形成上述光吸收層300,通過同時或者分別蒸鍍Cu、In、Ga和Se形成 Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)基光吸收層的方案，以及在形成金屬前體層以后進行硒化工藝的方案 已經(jīng)廣泛使用。
[0057] 關(guān)于在形成金屬前體層以后進行硒化工藝的細(xì)節(jié)，通過采用Cu靶、In靶，或者Ga 靶的濺射工藝在背電極層200上形成所述金屬前體層。
[0058] 其后，所述金屬前體層接受硒化處理從而形成Cu(In，Ga)Se2(CIGS)基光吸收層 300。
[0059] 另外，采用Cu靶、In靶以及Ga靶的濺射工藝和硒化工藝可以同時進行。
[0060] 另外，CIS或者CIG基光吸收層300可以通過僅采用Cu和In靶或者僅采用Cu和 Ga靶的濺射工藝和硒化工藝形成。
[0061] 然后，進行在光吸收層300上形成緩沖層400的步驟。在此情況中，可以在通過濺 射工藝或者CBD (化學(xué)浴沉積）工藝沉積CdS之后形成緩沖層400。
[0062] 其后，通過濺射工藝在緩沖層400上沉積氧化鋅來形成高電阻緩沖層500。
[0063] 緩沖層400和高電阻緩沖層500以薄厚度沉積。例如，緩沖層400和高電阻緩沖 層500的厚度在約lnm至約80nm范圍內(nèi)。
[0064] 進行在高電阻緩沖層500上形成前電極層600的步驟。前電極層600可以通過濺 射工藝在高電阻緩沖層500上沉積諸如鋁（A1)摻雜氧化鋅（ΑΖ0)的透明導(dǎo)電材料來形成。
[0065] 在本說明書中，任何對于" 一個實施例"、"實施例"、"示例性實施例"等的參考指的 是結(jié)合所述實施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。 在說明書中各個地方出現(xiàn)的這類短語不一定都是指相同的實施例。而且，當(dāng)結(jié)合任何實施 例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性時，結(jié)合其它實施例實現(xiàn)這些特征、結(jié)構(gòu)或特性應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為 是本領(lǐng)域技術(shù)人員技術(shù)范圍內(nèi)。
[0066] 盡管已參考本發(fā)明的數(shù)個說明性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以構(gòu)思出歸入本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)的眾多其他修改和實施例。更具體地 講，在本說明書、附圖和所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的主題組合布置的組成部分和/或布置 上的各種變化和修改是可能的。除了在組成部分和/或布置上的變化和修改以外，替代使 用對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員也是顯然的。
【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能電池，包括： 支撐基板； 在所述支撐基板上的背電極層； 在所述背電極層上的光吸收層；以及 在所述光吸收層上的前電極層， 其中，所述背電極層包括至少三個層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述背電極層包括在所述支撐基板上的 第一層、在所述第一層上的第二層以及在所述第二層上的第三層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述第一層與所述支撐基板接觸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述第一層包括多個孔隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述第一層的孔隙率小于所述第二層或 者第三層的孔隙率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述第一層包含第一微粒，所述第二層包 含第二微粒，所述第三層包含第三微粒，并且其中所述第一微粒、第二微粒和第三微粒的尺 寸滿足公式1， 公式1 第三微粒的尺寸〉第二微粒的尺寸>第一微粒的尺寸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述第一層、第二層和第三層中的每一層 的厚度滿足公式2， 公式2 1 <第三層的厚度八第一層的厚度+第二層的厚度2。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述第一層包含與構(gòu)成所述第三層的材 料相同的材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述第一層包括選自由鑰（Mo)、鑰鈉 (MoNa)、氧化硅（Si02)、氮化硅（Si 3N4)和氮化鈦（TiN)構(gòu)成的組的材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述第二層包括鑰（Mo)或者鑰鈉 (MoNa)。
11. 一種太陽能電池的制造方法，所述方法包括： 在支撐基板上形成第一層； 在所述第一層上形成第二層； 在所述第二層上形成第三層； 在所述第三層上形成光吸收層；以及 在所述光吸收層上形成前電極層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一層、第二層和第三層的形成通過具有 不同工藝條件的沉積工藝進行。
【文檔編號】H01L31/042GK104067398SQ201280067688
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月21日
【發(fā)明者】李東根 申請人:Lg伊諾特有限公司