CN102844879B

CN102844879B - 太阳能电池设备及其制造方法

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Publication number: CN102844879B
Application number: CN201180015276.1A
Authority: CN
Inventors: 池奭宰
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: WO2011119001A2; KR20110107171A; US20130008496A1; JP2013522927A; EP2439788A4; EP2439788A2; JP5881675B2; US8962984B2; WO2011119001A3; KR101210168B1; CN102844879A; EP2439788B1; ES2580854T3

Abstract

公开一种太阳能电池设备及其制造方法。该太阳能电池设备包括：支撑衬底；布置在所述支撑衬底上的第一后电极；布置在所述第一后电极上的光吸收部；布置在所述光吸收部上的缓冲部；以及从所述缓冲部延伸并且布置在所述光吸收部的侧面上的阻挡膜。

Description

太阳能电池设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池设备及其制造方法。

背景技术

近来，随着对能源的需求增加，已经积极研制了将太阳能转换为电能的太阳能电池。

具体地，已广泛使用基于铜铟镓硒（基于CIGS）的太阳能电池，所述太阳能电池是具有衬底结构的PN异质结设备。在本文中，所述衬底结构包括玻璃衬底、金属后电极层、P型基于CIGS的光吸收层、高阻缓冲层和N型窗口层。

发明内容

技术问题

实施例提供一种阻止漏电流并且具有提高的光电转换效率的太阳能电池设备及其制造方法。

技术方案

在一个实施例中，一种太阳能电池设备包括：支撑衬底；布置在所述支撑衬底上的第一后电极；布置在所述第一后电极上的光吸收部；布置在所述光吸收部上的缓冲部；以及布置在所述光吸收部的侧面上并且从所述缓冲部延伸的阻挡膜。

在另一实施例中，一种太阳能电池设备包括：支撑衬底；布置在所述支撑衬底上的后电极层；光吸收层，布置在所述后电极层上，并且所述光吸收层中形成有贯穿槽；布置在所述光吸收层的上表面和所述贯穿槽的内表面上的缓冲层；以及布置在所述缓冲层上的窗口层。

在又一实施例中，根据又一实施例的制造太阳能电池设备的方法包括：在支撑衬底上形成后电极层；在所述后电极层上形成光吸收层；在所述光吸收层上形成贯穿槽；在所述光吸收层的上表面和所述贯穿槽的内表面上形成缓冲层；以及在所述缓冲层上形成开口区域，该开口区域露出所述后电极层并且与所述贯穿槽部分重叠。

有益效果

因此，根据实施例的太阳能电池设备具有阻挡膜。阻挡膜可以使光吸收部的侧面绝缘。因此，根据实施例的太阳能电池设备防止电流通过光吸收部的侧面泄漏。

因此，根据实施例的太阳能电池设备防止漏电流并且具有提高的发电效率。

具体地，阻挡膜可以由未掺杂杂质的氧化锌和硫化镉形成，并且因此阻挡膜具有高电阻。因此，阻挡膜可以有效地防止漏电流。

并且，可以通过倾斜沉积过程形成缓冲部和阻挡膜。因此，阻挡膜可以比缓冲部相对厚。因此，根据实施例的太阳能电池设备更有效地防止漏电流并且具有提高的发电效率。

附图说明

图1是图示根据一个实施例的太阳能电池设备的平面图；

图2是沿图1的A-A’线截取的剖视图；

图3至7是图示根据一个实施例的太阳能电池设备制造方法的剖视图；

图8是图示根据另一实施例的太阳能电池设备的剖视图；

图9至11是图示根据另一实施例的太阳能电池设备制造方法的剖视图。

具体实施方式

在实施例的描述中，应该理解，当衬底、膜、电极、槽或层被表述为在其它衬底、膜、电极、槽或层“上”或“下”时，术语“上”和“下”包括“直接地”和“间接地”的含义。此外，将基于附图涉及每个部件的“上”和“下”。另外，为了进一步理解本公开，可以夸大元件的尺寸和元件之间的相对尺寸。

图1是示出根据实施例的太阳能电池设备的平面图。图2是沿图1的A-A’线截取的剖视图。

参照图1和2，所述太阳能电池设备包括支撑衬底100、后电极层200、光吸收层310、第一缓冲层320、第二缓冲层330、阻挡膜303、窗口层400和连接部500。

支撑衬底100具有板形形状并且支撑后电极层200、光吸收层310、第一缓冲层320、第二缓冲层330、窗口层400和连接部500。

支撑衬底100可以是电绝缘体。支撑衬底100可以是玻璃衬底、塑料衬底或金属衬底。更详细地，支撑衬底100可以是钠钙玻璃衬底。支撑衬底100可以是透明的。支撑衬底100可以是刚性或挠性的。

后电极层200布置在支撑衬底100上。后电极层200是导电层。例如，后电极层200可以由诸如钼（Mo）的金属形成。

此外，后电极层200可以包括两层或更多层。在此情形中，所述两层或更多层可以由相同金属或不同金属形成。

后电极层200中形成第一贯穿槽TH1。第一贯穿槽TH1是露出支撑衬底100的上表面的开口区域。当俯视时，第一贯穿槽TH1可以沿一个方向延伸。

第一贯穿槽TH1可以具有约80μm至约200μm的宽度。

第一贯穿槽TH1将后电极层200划分为多个后电极210、220…。就是说，第一贯穿槽TH1限定多个后电极210、220…。在图3中，示出后电极210、220…中的第一后电极210和第二后电极220。

后电极210、220…通过第一贯穿槽TH1彼此分隔开。后电极210、220…布置为条状形式。

或者，后电极210、220…可以布置为矩阵形式。在此情形中，当俯视时，第一贯穿槽TH1可以具有网格形状。

光吸收层310布置在后电极层200上。并且，形成光吸收层310的材料填充在第一贯穿槽TH1中。

光吸收层310包括I-III-V族化合物。例如，光吸收层310可以具有基于铜铟镓硒（Cu(In,Ga)Se₂；基于CIGS）的晶体结构、基于铜铟硒的晶体结构或基于铜镓硒的晶体结构。

光吸收层310可以具有约1eV至约1.8eV的能带隙。

在光吸收层310中形成第二贯穿槽TH2。第二贯穿槽TH2穿过光吸收层310。并且，第二贯穿槽TH2是露出后电极层200的上表面的开口区域。

第二贯穿槽TH2与第一贯穿槽TH1相邻。就是说，当俯视时，第二贯穿槽TH2平行于第一贯穿槽TH1。

第二贯穿槽TH2可以具有约80μm至约200μm的宽度。

并且，通过第二贯穿槽TH2，光吸收层310限定多个光吸收部311、312…。就是说，光吸收层310被第二贯穿槽TH2划分为多个光吸收部311、312…。

第一缓冲层320布置在光吸收层310的上表面和第二贯穿槽TH2的内表面上。第一缓冲层320包括硫化镉（CdS），并且具有约2.2eV至约2.4eV的能带隙。

第二缓冲层330布置在第一缓冲层320上。并且，第二缓冲层330可以布置在第二贯穿槽TH2的内表面上。第二缓冲层330包括未掺杂杂质的氧化锌（i-ZnO）。第二缓冲层330具有约3.1eV至约3.3eV的能带隙。

第一缓冲层320和第二缓冲层330在光吸收层310和窗口层400之间执行缓冲功能。并且，可以仅将第一缓冲层320布置在光吸收层310和窗口层400之间并且独立地执行缓冲功能。或者，可以仅将第二缓冲层330布置在光吸收层310和窗口层400之间并且独立地执行缓冲功能。

与第二贯穿槽TH2重叠的开口区域OR将第一缓冲层320划分为多个下缓冲部321、322…，第一阻挡膜323和第一虚设部324。

同样，开口区域OR将第二缓冲层330划分为多个上缓冲部331、332…，第二阻挡膜333和第二虚设部334。

开口区域OR部分地去除第一缓冲层320和第二缓冲层330，以露出后电极层200的上表面。

第一阻挡膜323从布置在第一光吸收部311上的第一下缓冲部321延伸，并且布置在第一光吸收部311的侧面上。第一阻挡膜323与第一下缓冲部321一体形成，并且被布置在第一光吸收部311和第二阻挡膜333之间。

第一虚设部324从第一阻挡膜323沿后电极层200的上表面延伸。更详细地，第一虚设部324从第一阻挡膜323延伸，并且与第二后电极220的上表面接触。第一虚设部324与第一阻挡膜323一体形成。

第二阻挡膜333从布置在第一下缓冲部321上的第一上缓冲部331延伸，并且布置在第一阻挡膜323上。第二阻挡膜333与第一上缓冲部331一体形成，并且被布置在第一阻挡膜323和第一连接部500之间。

与第一上缓冲部331相同，第二阻挡膜333具有高电阻。

第二虚设部334从第二阻挡膜333沿后电极层200的上表面延伸。更详细地，第二虚设部334从第二阻挡膜333延伸，并且与第一虚设部324的上表面相接触。第二虚设部334与第二阻挡膜333一体形成。

以此方式，第一阻挡膜323和第二阻挡膜333构成阻挡膜303。就是说，阻挡膜303从下缓冲部321、322…和上缓冲部331、332…延伸，并且布置在光吸收部311、312…的侧表面上。

同样，第一虚设部324和第二虚设部334构成虚设部。该虚设部从阻挡膜303沿后电极层200的上表面延伸。

窗口层400布置在第二缓冲层330上。窗口层400是透明导电层。窗口层400的电阻大于后电极层200的电阻。例如，窗口层400的电阻可以是后电极层200的电阻的约10至200倍。例如，窗口层400可以由掺杂Al的ZnO（AZO）形成。

在窗口层400中形成第三贯穿槽TH3。第三贯穿槽TH3是露出后电极层200的上表面的开口区域。例如，第三贯穿槽TH3可以具有约80μm至约200μm的宽度。

第三贯穿槽TH3与第二贯穿槽TH2相邻。更详细地，第三贯穿槽TH3布置在第二贯穿槽TH2旁边。就是说，当俯视时，第三贯穿槽TH3平行于第二贯穿槽TH2。

第三贯穿槽TH3将窗口层400划分为多个窗口410、420…。就是说，第三贯穿槽TH3限定多个窗口410、420…。

窗口410、420…的形状与后电极210、220…的形状相对应。就是说，窗口410、420…被布置为条状形式。或者，窗口410、420…可以被布置为矩阵形状。

并且，第三贯穿槽TH3限定多个电池C1、C2…。更详细地，通过第二贯穿槽TH2和第三贯穿槽TH3限定电池C1、C2…。就是说，根据实施例的太阳能电池设备被第二贯穿槽TH2和第三贯穿槽TH3划分为电池C1、C2…。

就是说，根据实施例的太阳能电池设备包括多个电池C1、C2…。例如，根据实施例的太阳能电池设备包括布置在支撑衬底100上的第一电池C1和第二电池C2。

第一电池C1包括第一后电极210、第一光吸收部311、第一下缓冲部321、第一上缓冲部331和第一窗口410。

第一后电极210布置在支撑衬底100上。第一光吸收部311、第一下缓冲部321和第一上缓冲部331顺序地层叠在第一后电极210上。第一窗口410布置在第一上缓冲部331上。

就是说，第一后电极210和第一窗口410彼此面对，同时第一光吸收部311插置在第一后电极210和第一窗口410之间。

尽管附图中未示出，但是，第一光吸收部311和第一窗口410覆盖第一后电极210，同时部分地露出第一后电极210的上表面。

第二电池C2布置在支撑衬底100上，并且与第一电池C1相邻。第二电池C2包括第二后电极220、第二光吸收部312、第二下缓冲部322、第二上缓冲部332和第二窗口420。

第二后电极220布置在支撑衬底100上，并且与第一后电极210分隔开。第二光吸收部312布置在第二后电极220上，并且与第一光吸收部311分隔开。第二窗口420布置在第二上缓冲部332上，并且与第一窗口410分隔开。

第二光吸收部312和第二窗口420覆盖第二后电极220，同时部分地露出第二后电极220的上表面。

连接部500布置在第二贯穿槽TH2的内表面上。

连接部500从窗口层400向下延伸，并且与后电极层200直接接触。例如，连接部500从第一窗口层410向下延伸，以与第二后电极层220直接接触。

因此，连接部500将包括在相邻电池C1、C2…中的每个中的窗口和后电极相连接。就是说，连接部500将第一窗口410和第二后电极220连接。

连接部500与窗口410、420…一体形成。换言之，连接部500和窗口层400由相同材料形成。

阻挡膜303使光吸收部311、312…的侧面绝缘。就是说，阻挡膜303分别布置在光吸收部311、312…和连接部500之间。因此，阻挡膜303可以阻挡来自光吸收部311和312的侧面的漏电流。例如，阻挡膜303可以防止电流从连接部500通过第一光吸收部311的侧面漏到第一后电极210。。

不必增加第一贯穿槽TH1的宽度来阻挡漏电流。就是说，即使第一贯穿槽TH1的宽度减小，阻挡膜303也可以有效地阻挡漏电流。

因此，根据实施例的太阳能电池设备，可以减小第一贯穿槽TH1的宽度，并且可以减小无法发电的死区。

因此，根据实施例的太阳能电池设备具有提高的发电效率。

图3至7是示出根据实施例的太阳能电池设备制造方法的剖视图。将参照太阳能电池设备的前述描述来描述该方法。

参照图3，后电极层200形成在支撑衬底100上。并且，图案化后电极层200以形成第一贯穿槽TH1。因此，在支撑衬底100上形成多个后电极210、220…。利用激光图案化后电极层200。

第一贯穿槽TH1可以露出支撑衬底100的上表面，并且可以具有约80μm至约200μm的宽度。

并且，可以在支撑衬底100和后电极层200之间布置诸如扩散阻挡膜的额外层。在此情形中，第一贯穿槽TH1露出该额外层的上表面。

参照图4，在后电极200上形成光吸收层310。

光吸收层310可以利用溅射过程或蒸发方法形成。

例如，可以通过同时或单独蒸发铜、铟、镓和硒的光吸收层的方法，或者形成金属前驱膜、然后利用硒化过程的方法形成基于铜铟镓硒（Cu(In,Ga)Se₂；基于CIGS）半导体化合物的光吸收层310。

关于形成金属前驱膜、然后利用硒化过程的更多细节，是通过利用铜靶、铟靶或镓靶的溅射过程在后电极200上形成金属前驱膜。

之后，通过利用金属前驱膜的硒化过程，形成基于铜铟镓硒（Cu(In,Ga)Se₂；基于CIGS）半导体化合物的光吸收层310。

或者，可以同时执行利用铜靶、铟靶和镓靶的溅射过程和硒化过程。

或者，可以通过利用铜靶和铟靶或利用铜靶和镓靶的溅射过程以及硒化过程形成基于CIS或CIG半导体化合物的光吸收层310。

部分地去除光吸收层310以形成第二贯穿槽TH2。

可以通过利用诸如尖头工具的机械装置或激光装置形成第二贯穿槽TH2。

例如，可以利用宽度为约40μm至约180μm的尖头工具来图案化光吸收层310和第一缓冲层320。此外，可以利用波长为约200nm至约600nm的激光来形成第二贯穿槽TH2。

在此情形中，第二贯穿槽TH2可以具有约100μm至约200μm的宽度。并且，第二贯穿槽TH2部分地露出后电极层200的上表面。

参照图5，利用溅射过程或化学浴沉积（CBD）方法在光吸收层310的上表面和第二贯穿槽TH2的内表面上沉积硫化镉，以形成第二缓冲层320。

之后，通过溅射过程在第一缓冲层320上沉积氧化锌，以形成第二缓冲层330。

参照图6，通过激光或机械划线部分地去除第一缓冲层320和第二缓冲层330，以形成开口区域OR。开口区域OR与第二贯穿槽TH2部分重叠。就是说，开口区域OR偏离第二贯穿槽TH2。

因此，在光吸收部311、312…的侧面中的每个上形成阻挡膜303，并且在后电极层200上形成虚设部。

就是说，在形成开口区域OR的过程中，难以精确地控制用于进行划线或激光图案化的位置，以留下阻挡膜303。因此，由于第二缓冲层330被图案化以留下少量边缘部分，由此形成虚设部。

参照图7，在第二缓冲层330上形成窗口层400。在此情形中，形成窗口层400的材料填充在第二贯穿槽TH2中。

为了形成窗口层400，在第二缓冲层330上层叠透明导电材料。透明导电材料填充在第二贯穿槽TH2中。例如，透明导电材料可以是掺杂铝的氧化锌（AZO）。

因此，在第二贯穿槽TH2的内表面上形成从窗口层400延伸并且与后电极层200接触的连接部500。

之后，部分去除窗口层400以形成第三贯穿槽TH3。就是说，图案化窗口层400，从而限定多个窗口410、420…和多个电池C1、C2…。

第三贯穿槽TH3可以具有约80μm至约200μm的宽度。

以此方式，可以形成阻挡膜303，由此提供具有高效率的太阳能电池设备。

图8是图示根据另一实施例的太阳能电池设备的剖视图。本实施例涉及以上描述的实施例并且额外描述第一贯穿槽和第二贯穿槽。就是说，除了不同的部分，前述实施例的描述可以合并在本实施例的以下描述中。

参照图8，第一贯穿槽TH1和第二贯穿槽TH2彼此重叠。因此，阻挡膜303完全覆盖光吸收部311、312…的侧面。并且，虚设部324和334与支撑衬底100接触。

就是说，第一缓冲层320和第二缓冲层330可以延伸到第一贯穿槽TH1内。此外，第一缓冲层320和第二缓冲层330可以布置在第一贯穿槽TH1的内表面上。

阻挡膜303及虚设部324和334布置在多个后电极210、220…之间。就是说，阻挡膜303及虚设部324和334布置在第一贯穿槽TH1的内表面上。

由于阻挡膜303完全覆盖光吸收部311、312…的侧面，因此阻挡膜303可以容易地阻挡多个后电极210、220…之间的漏电流。就是说，第一光吸收部311通过阻挡膜303与第二光吸收部312有效地绝缘。

此外，根据本发明的太阳能电池设备可以利用阻挡膜303容易地阻挡漏电流，由此减小第一贯穿槽TH1的宽度。因此，根据实施例的太阳能电池设备可以减小死区并具有提高的发电效率。

图9至11是图示根据另一实施例的太阳能电池设备制造方法的剖视图。本实施例涉及以上描述的太阳能电池设备及其制造方法。就是说，除了不同的部分，前述实施例的描述可以合并在本实施例的制造方法的描述中。

参照图9，利用溅射过程或化学浴沉积（CBD）方法在光吸收层310的上表面和第二贯穿槽TH2的内表面和下表面上沉积硫化镉，以形成第一缓冲层320。

之后，通过溅射过程在第一缓冲层320上沉积掺杂镓的氧化锌、掺杂镓的氧化铟或未掺杂杂质的氧化锌，以形成第二缓冲层330。

在此情形中，形成第二缓冲层330的材料可以沿相对于支撑衬底倾斜的方向沉积在第一缓冲层320上。例如，沉积用于形成第二缓冲层330的材料的方向相对于支撑衬底100倾斜约10°至约40°。

第二缓冲层330被描述为通过倾斜沉积过程形成，但本公开不限于此。就是说，可以通过倾斜沉积过程形成第一缓冲层320，或者通过倾斜沉积过程形成第一缓冲层320和第二缓冲层330两者。

因此，第二阻挡膜335可以形成为具有大厚度T2。就是说，第二阻挡膜335的厚度可以大于形成在光吸收层310上表面上的第二缓冲层330的厚度T1。就是说，在第二缓冲层330中，形成在光吸收层310上的第二缓冲层331和332的厚度T1可以小于形成在光吸收部311的侧面上的第二阻挡膜335的厚度T2。

参照图10，通过激光或机械划线部分地去除第一缓冲层320和第二缓冲层330，以形成开口区域OR。开口区域OR与第二贯穿槽TH2部分重叠。就是说，开口区域OR偏离第二贯穿槽TH2。

参照图11，在第二缓冲层330上形成窗口层400和第三贯穿槽TH3。

根据本实施例的太阳能电池设备包括相对厚的阻挡膜304，即第二阻挡膜335。因此，可以进一步提高光吸收部311的侧面的绝缘性。

因此，根据本实施例的太阳能电池设备进一步改进电池之间的连接并且具有提高的发电效率。

以上实施例中描述的特征、结构和效果合并到本公开的至少一个实施例中，但是不限于仅一个实施例中。此外，在本领域技术人员可以将一个实施例中举例说明的特征、结构和效果容易地结合和改进用于另一实施例。因此，这些结合和改进应该被认为落在本公开的范围内。

尽管已参照本发明的若干示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本领域技术人员可以推导出的许多其它改进和实施例都将落在本公开的原理的精神和范围内。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内可以对所讨论的结合布置的组成部件和/或排列方式进行各种变型和改进。除了对组成部件和/或排列方式进行变型和改进之外，替换使用对本领域技术人员来说也是显而易见的。

工业应用性

根据实施例的太阳能电池设备可应用于太阳能光伏领域。

Claims

1.一种太阳能电池设备，包括：

支撑衬底；

布置在所述支撑衬底上的第一后电极；

布置在所述第一后电极上的光吸收部；

布置在所述光吸收部上的缓冲部；以及

布置在所述光吸收部的侧面上并且从所述缓冲部延伸的阻挡膜，

其中，所述缓冲部包括：布置在所述光吸收部上的第一缓冲部；以及布置在所述第一缓冲部上的第二缓冲部，并且其中，所述阻挡膜包括：从所述第一缓冲部延伸的第一阻挡膜；以及从所述第二缓冲部延伸的第二阻挡膜，并且

其中，所述第一阻挡膜与所述第一缓冲部一体形成，并且所述第二阻挡膜与所述第二缓冲部一体形成，

其中，所述太阳能电池设备进一步包括：

布置在所述第一后电极旁边的第二后电极；

布置在所述缓冲部上的窗口；以及

从所述窗口延伸并且与所述第二后电极连接的连接部，

其中，所述第一阻挡膜和所述第二阻挡膜布置在所述光吸收部的侧面和所述连接部之间，

其中，所述太阳能电池设备进一步包括沿所述第二后电极的上表面从所述第一阻挡膜延伸的第一虚设部和从所述第二阻挡膜延伸的第二虚设部。

2.根据权利要求1所述太阳能电池设备，其中，所述第一阻挡膜和所述第二阻挡膜布置在所述第一后电极和所述第二后电极之间。

3.根据权利要求1所述太阳能电池设备，其中，所述第一阻挡膜包括硫化镉，并且所述第二阻挡膜包括未掺杂杂质的氧化锌。

4.根据权利要求1所述太阳能电池设备，其中，所述第一阻挡膜和所述第二阻挡膜的厚度和比所述缓冲部厚。