CN103999231A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种太阳能电池及其制造方法。所述太阳能电池包括：支撑衬底；在所述支撑衬底上的背电极层，所述背电极层形成有至少一个第一通孔，以暴露所述支撑衬底的顶表面的一部分；在所述背电极层上的光吸收层；在所述光吸收层上的缓冲层；在所述缓冲层上的窗口层；以及在形成所述第一通孔的所述背电极层的横向侧上的高电阻区域，所述高电阻区域具有比所述光吸收层的电阻值高的电阻值。
Description
技术领域
实施例涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
近来，因为能耗增大，所以已经对将太阳能转换为电能的太阳能电池的进行了开发。
特别地，已经广泛使用CIGS基的太阳能电池，其中，CIGS基的太阳能电池是具有衬底结构的PN异质结装置，该衬底结构包括玻璃衬底、金属背电极层、P型CIGS基光吸收层、高电阻缓冲层和N型透明电极层。
另外，为了提高太阳能电池的效率，已经进行了各种研究。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种能够通过减小漏电流而改善可靠性的太阳能电池及其制造方法。
技术方案
根据实施例的一种太阳能电池包括：支撑衬底；在所述支撑衬底上的背电极层，所述背电极层形成有至少一个第一通孔，以暴露所述支撑衬底的顶表面的一部分；在所述背电极层上的光吸收层；在所述光吸收层上的缓冲层；在所述缓冲层上的窗口层；以及在形成所述第一通孔的所述背电极层的横向侧上的高电阻区域，所述高电阻区域具有比所述光吸收层的电阻值高的电阻值。
根据实施例的一种太阳能电池的制造方法包括：在支撑衬底的一部分上形成具有带状的凸出部分；在所述衬底和所述凸出部分上形成背电极层，使得所述背电极层具有比所述凸出部分的高度低的高度；去除所述凸出部分；在所述背电极层上形成光吸收层；在所述光吸收层上形成缓冲层；并且在所述缓冲层上形成窗口层。
有益效果
根据实施例，因为通过蚀刻背电极层的一部分使得可以部分暴露支撑衬底而形成的通孔具有向上逐渐变窄的宽度，所以被制备来填充通孔的光吸收层可能未完全填满通孔，使得光吸收层与形成通孔的背电极层的横向侧部分地分开。
因此，在形成通孔的背电极层的横向侧处形成具有比光吸收层的电阻高的电阻的高电阻区域，因此，可以减小在由通孔划分的背电极层处发生的漏电流，由此改善装置的可靠性。
附图说明
图1是示出了根据实施例的太阳能电池的平面图；
图2是沿着图1的A-A′线截取的剖视图；并且
图3至9是示出了根据实施例的太阳能电池的制造方法的剖视图。
具体实施方式
在实施例的描述中，可以明白，当衬底、层（或膜）、区域、图案或结构被称为在另一衬底、另一层（或膜）、另一区域、另一个焊盘或另一个图案“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一衬底、层（或膜）、区域、焊盘或图案上，或者也可以存在一个或多个介入层。已经参考附图描述了层的这些位置。为了方便或清楚，可能夸大、省略或示意地示出附图所示各个层的厚度和大小。另外，元件的大小不完全反映实际大小。
图1是示出了根据实施例的太阳能电池的平面图，并且图2是沿着图1的A-A′线截取的剖视图。
参见图1和2，根据实施例的太阳能电池包括支撑衬底100、背电极层200、光吸收层300、缓冲层400和窗口层500。
支撑衬底100具有板状，并且支撑背电极层200、光吸收层300、缓冲层400和窗口层500。
支撑衬底100可以包括绝缘体。支撑衬底100可以包括玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底。更详细地，支撑衬底100可以包括钠钙玻璃衬底。支撑衬底100可以是透明的。支撑衬底100可以是刚性的或柔性的。
可以在支撑衬底100上设置背电极层200。背电极层200可以是导电层。背电极层200可以包括金属，诸如钼。
背电极层200可以包括至少两层。在这种情况下，所述层包括相同的金属或不同的金属。
在背电极层200上形成第一通孔TH1。第一通孔TH1是开放区域，以暴露支撑衬底100的顶表面。当在平面图中观察时，第一通孔TH1可以在一个方向上延伸。
第一通孔TH1的宽度在约40微米至约100微米的范围内变化。
背电极层200被第一通孔TH1划分为多个背电极。换句话说，通过第一通孔TH1来限定背电极。
背电极通过第一通孔TH1而彼此分开。背电极以带状排列。
另外，背电极可以以矩阵的形式来排列。在这种情况下，当在平面图中观察时，可以以网格的形式来配置第一通孔TH1。
第一通孔TH1的下部宽度m2可以大于第一通孔TH1的上部宽度m1。详细地讲，第一通孔TH1的宽度逐渐向上变窄。第一通孔TH1的上部宽度m1在60微米至70微米的范围内变化，并且第一通孔TH1的下部宽度m2在60微米至150微米的范围内变化。
形成第一通孔TH1的背电极层200的横向侧210可以具有曲面。详细地讲，背电极层200的横向侧210具有不垂直于支撑衬底100的梯度。另外，背电极层200的横向侧210可以具有从支撑衬底100向上逐渐平滑的梯度。
可以在背电极层200上形成光吸收层300。另外，可以在第一通孔TH1中填充光吸收层300中包括的材料。因为第一通孔TH1的宽度向上逐渐变窄，所以第一通孔TH1可能未被光吸收层300填满，因此，可能在背电极层200的横向侧210处形成高电阻区域310。高电阻区域310可以具有从支撑衬底100向上逐渐地变窄的宽度。
高电阻区域310具有比光吸收层300的电阻高的电阻，并且在高电阻区域310中可以存在空气。因此，由于高电阻区域310，所以可以防止电路流回由第一通孔TH1划分的背电极层200和填充第一通孔TH1的光吸收层300，因此可以减小漏电流。
光吸收层300包括I-III-IV族化合物。例如，光吸收层300可以具有Cu-In-Ga-Se基（Cu(In,Ga)Se2；CIGS）晶体结构、Cu-In-Se基晶体结构、Cu-Ga-Se基晶体结构。
光吸收层300可以具有约1eV至1.8eV的带隙能量。
通过第二通孔TH2在光吸收层300中限定了多个光吸收部分。详细地讲，第二通孔TH2将光吸收层300划分为多个光吸收部分。
在光吸收层300上形成缓冲层400。在根据实施例的太阳能电池中，在作为包括CIGS化合物薄膜或CIGSS化合物薄膜的P型半导体的光吸收层300与作为N型半导体的窗口层500之间形成PN结。然而，因为上述两种材料在晶格常数和带隙能量上存在巨大的差别，所以需要具有在该两种材料的带隙之间的中等带隙的缓冲层，以便形成优越的结。
缓冲层400包括CdS，并且具有约2.2eV至约2.4eV的能量带隙。
在光吸收层300和缓冲层400中形成第二通孔TH2。第二通孔TH2是用于暴露背电极层200的顶表面的开放区域。
第二通孔TH2与第一通孔TH1相邻。详细地讲，当在平面图中观察时，第二通孔TH2紧挨着第一通孔TH1排列。
第二通孔TH2可以具有约40微米至约100微米的宽度。
在缓冲层400上形成窗口层500。窗口层500是透明导电层。另外，窗口层500的电阻大于背电极层200的电阻。例如，窗口层500的电阻比背电极层200的电阻大10倍至200倍。
窗口层500包括氧化物。例如，窗口层500可以包括氧化锌、铟锡氧化物（ITO）或铟锌氧化物（IZO）。
另外，该氧化物可以包括导电杂质，诸如铝（Al）、三氧化二铝（Al2O3）、镁（Mg）或镓（Ga）。更详细地，窗口层500可以包括掺铝氧化锌（AZO）或掺镓氧化锌（GZO）。
在第二通孔TH2中布置了连接部分550。连接部分550从窗口层500向下延伸，以便与背电极层200接触。例如，连接部分550从第一电池的窗口延伸，并且连接到第二电池的背电极。
因此，相邻的电池通过连接部分550彼此连接。详细地讲，电池C1、C2、…和Cn的窗口通过连接部分550连接到C1、C2、…和Cn的背电极。
连接部分550与窗口层500形成为一体。详细地讲，连接部分550的材料与用于窗口层500的材料相同。
在光吸收层300、缓冲层400和窗口层500中形成第三通孔TH3。第三通孔TH3是用于暴露背电极层200的顶表面的开放区域。例如，第三通孔TH3可以具有约80微米至约200微米的宽度。
第三通孔TH3与第二通孔TH2相邻。详细地讲，第三通孔TH3紧挨着第二通孔TH2排列。更详细地，当在平面图中观察时，第三通孔TH3紧挨着并且平行于第二通孔TH2排列。
第三通孔TH3将缓冲层划分为多个缓冲器。
另外，第三通孔TH3将窗口层500划分为多个窗口。详细地讲，通过第三通孔TH3来限定窗口。
该窗口具有与背电极的形状相对应的形状。详细地讲，以带的形式来排列窗口。另外，可以以矩阵的形式来排列窗口。
另外，通过第三通孔TH3来限定电池C1、C2、…和Cn。详细地讲，通过第二和第二通孔TH2和TH3来限定电池C1、C2、…和Cn。换句话说，根据实施例的太阳能电池被第二和第三通孔TH2和TH3划分为电池C1、C2、…和Cn。
如上所述，因为在形成第一通孔TH1的背电极层200的横向侧210处形成具有比光吸收层300的电阻高的电阻的高电阻区域310，所以可以减小在由第一通孔TH1划分的背电极层处发生的漏电流，使得可以改善装置的可靠性。
图3至9是示出了根据实施例的太阳能电池的制造方法的剖视图。将根据关于已经如上所述的太阳能电池的描述来给出太阳能电池的制造方法的细节。
参见图3至5，在支撑衬底100上形成凸出部分150。
当在平面图中观察时，凸出部分150具有在一个方向上延伸的带状。
凸出部分150可以包括作为高分子化合物的光致抗蚀剂或聚甲基丙烯酸甲酯，但是实施例不限于此。例如，凸出部分150可以包括可以能被光或热固化并且容易被清洁溶液去除的各种材料。凸出部分150的表面可以是弯曲的，或者可以具有向上逐渐变窄的宽度。
然后，对凸出部分150执行光固化工艺或热固化工艺。因此，将凸出部分150硬化，使得可以容易地形成背电极层200。
此后，在支撑衬底100和凸出部分150上沉积背电极层200。背电极层200排列成比凸出部分150的高度h1低。然后，去除凸出部分150以形成第一通孔TH1。可以通过使用诸如丙酮或H2SO4等剥离溶液来去除凸出部分150。此时，凸出部分150可能部分残留在背电极层200的横向侧210处。因此，在支撑衬底100上形成多个背电极。
通过具有比上部宽度m1大的下部宽度m2的第一通孔TH1来暴露支撑衬底100的顶表面。
另外，可以在支撑衬底100和背电极层200之间形成诸如扩散阻挡层的附加层。在这种情况下，也通过第一通孔TH1暴露该附加层的顶表面。
参见图6，在背电极层200上形成光吸收层300。可以通过溅镀处理或蒸发方案来形成光吸收层300。
例如，可以通过各种方案来形成光吸收层300，该各种方案例如是：通过同时或分别蒸发Cu、In、Ga和Se来形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基的光吸收层300的方案；以及在金属前体膜形成之后执行硒化处理的方案。
关于在金属前体膜形成之后的硒化处理的细节，通过使用Cu靶、In靶或Ga靶的溅镀处理来在背电极层200上形成金属前体层。
此后，将金属前体层进行硒化处理，使得形成Cu(In,Ga)Se2(CIGS)基的光吸收层300。
与上述不同，采用Cu靶、In靶或Ga靶的溅镀处理和硒化处理可以同时执行。
此外，可以通过仅采用Cu靶和In靶或仅采用Cu靶和Ga靶的溅镀处理和硒化处理来形成CIS基或CIG基光吸收层300。
虽然在填充第一通孔TH1的同时生长光吸收层300，但是因为第一通孔TH1具有向上逐渐变窄的宽度，所以第一通孔TH1可能未被光吸收层300填满，并且在背电极层200的横向侧210处存在空气。因此，因为该空气而形成高电阻区域310。高电阻区域310具有比光吸收层300的电阻高的电阻，并且防止电流流向背电极层200的横向侧。
参见图7，在光吸收层300上形成缓冲层400。例如，可以通过PVD（物理气相沉积）或MOCVD（金属有机化学气相沉积）来形成缓冲层400。
参见图8，部分地去除光吸收层300和缓冲层400，由此形成第二通孔TH2。
可以通过诸如刀片的机械装置或激光器来来形成第二通孔TH2。
例如，可以通过具有约40微米至约180微米宽度的刀片来使光吸收层300和缓冲层400图案化。另外，可以通过具有约200nm至约600nm波长的激光器来形成第二通孔TH2。
第二通孔TH2可以具有在约40微米至约150微米的范围内变化的宽度。另外，第二通孔TH2暴露背电极层200的部分顶表面。
然后，在缓冲层400上和第二通孔TH2中形成窗口层500。换句话说，通过在缓冲层400上和在第二通孔TH2中沉积透明导电材料来形成窗口层500。
在这种情况下，在第二通孔TH2中填充透明导电材料，并且，窗口层500直接地接触背电极层200。
在这种情况下，可以通过在无氧气氛中沉积透明导电材料来形成窗口层500。更详细地，可以通过在不含氧气的惰性气体气氛中沉积氧化锌来形成窗口层500。
参见图9，去除光吸收层300、缓冲层400和窗口层500的一部分以形成第三通孔TH3。因此，将窗口层500图案化，由此限定多个窗口和多个电池C1、C2、…和Cn。各个第三通孔TH3的宽度可以在约80微米至约200微米的范围内变化。
如上所述，根据实施例的太阳能电池的制造方法，在形成第一通孔TH1的背电极层200的横向侧210处形成具有比光吸收层300的电阻高的电阻的高电阻区域310，因此，可以减小在由第一通孔TH1划分的背电极层200处发生的漏电流，由此改善装置的可靠性。
在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用的意思是本发明的至少一个实施例中包括结合实施例描述的特定特征、结构或特性。在本说明书中的各个位置出现这种短语不一定全部指的是同一实施例。
另外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，认为它在本领域内的技术人员实现与实施例的其他一些相关的这样的特征、结构或特性的范围内。
虽然已经参考本发明的多个说明性实施例而描述了实施例，但是应当明白，在本发明的精神和原理范围内，本领域内的技术人员可以设计多种其他修改和实施例。更具体地，在本发明、附图和所附的权利要求书的范围内，能够对主组合布置的组成部分和/或布置进行各种改变和修改。除了对组成部分和/或布置的改变和修改之外，替代使用对本领域的技术人员也是显而易见的。
Claims (12)
1.一种太阳能电池，包括：
支撑衬底；
在所述支撑衬底上的背电极层，所述背电极层形成有至少一个第一通孔，以暴露所述支撑衬底的顶表面的一部分；
在所述背电极层上的光吸收层；
在所述光吸收层上的缓冲层；
在所述缓冲层上的窗口层；以及
在形成所述第一通孔的所述背电极层的横向侧上的高电阻区域，所述高电阻区域具有比所述光吸收层的电阻值高的电阻值。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一通孔的下部宽度大于所述第一通孔的上部宽度。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述高电阻区域包括空气。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述高电阻区域具有从所述支撑衬底向上逐渐变窄的宽度。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一通孔的上部宽度处于约60微米至约70微米的范围内。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一通孔的下部宽度处于约60微米至约150微米的范围内。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，进一步包括在形成所述第一通孔的所述背电极层的所述横向侧处形成的光致抗蚀剂或压克力。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，形成所述第一通孔的所述背电极层的所述横向侧是弯曲的。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，形成所述第一通孔的所述背电极层的所述横向侧具有向上逐渐平滑的梯度。
10.一种太阳能电池的制造方法，所述方法包括：
在支撑衬底的一部分上形成具有带状的凸出部分；
在所述衬底和所述凸出部分上形成背电极层，使得所述背电极层具有比所述凸出部分的高度低的高度；
去除所述凸出部分；
在所述背电极层上形成光吸收层；
在所述光吸收层上形成缓冲层；并且
在所述缓冲层上形成窗口层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述凸出部分通过丙酮或H2SO4去除。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：在形成所述凸出部分之后执行热固化工艺或光固化工艺。
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