專利名稱：太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來，隨著對(duì)能量需求的增長(zhǎng)，用于將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池得到發(fā)展。具體地，已廣泛使用基于CIGS的太陽能電池，所述基于CIGS的太陽能電池是異質(zhì)結(jié)設(shè)備，具有包括金屬后電極層、P型基于CIGS的光吸收層、緩沖層以及N型窗口層的襯底結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^形成在光吸收層和緩沖層中的通孔將后電極層與N型窗口層連接。由于利用機(jī)械和激光圖案化過程來形成通孔，因此在通孔中存留顆粒，由此存在產(chǎn)生漏電流的可能性。另外，光吸收層在高溫下形成，因此使用能夠經(jīng)受高溫過程的剛性襯底。因此，襯底的使用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的實(shí)施例提供一種太陽能電池及其制造方法。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽能電池包括后電極，形成在襯底上并且被第一通孔隔開；光吸收層，形成在包括所述第一通孔的所述后電極上；第二通孔，通過所述光吸收層露出所述后電極；緩沖層，形成在所述光吸收層的表面上；前電極層，形成在所述緩沖層上；以及連接線，從所述前電極層延伸并且形成在所述第二通孔中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的太陽能電池的制造方法包括在支撐襯底上形成后電極層并且形成第一通孔，從而使所述后電極層彼此隔開；在載體襯底上形成光吸收層；形成穿過所述光吸收層的第二通孔，使所述第二通孔的位置與所述第一通孔相鄰；將所述支撐襯底與所述載體襯底黏合，從而在所述后電極層上形成所述光吸收層；去除所述載體襯底，以露出所述光吸收層；在所述光吸收層上形成緩沖層；以及在所述緩沖層上形成前電極層并且在第二通孔內(nèi)形成連接線。有益效果根據(jù)本發(fā)明的所述實(shí)施例，提供了提高的電特性。具體地，將用于產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)的CIGS光吸收層圖案化為電池單元，并且在被露出的表面上形成緩沖層，由此防止漏電流。另外，可以提高光電荷產(chǎn)生率，并且擴(kuò)大光吸收層與緩沖層的結(jié)合面積。而且，在載體襯底上單獨(dú)形成光吸收層之后，可以將形成有后電極層的支撐襯底與光吸收層黏合。因此，支撐襯底可以使用各種襯底，S卩，剛性或撓性襯底。另外，所述襯底可以是輕
4薄的，以便應(yīng)用于各種領(lǐng)域。而且，光吸收層形成在載體襯底上，并且可以進(jìn)行高溫過程，從而可以提高光吸收層的結(jié)晶度。通過這種方式，可以提高光吸收層的電特性。根據(jù)實(shí)施例的太陽能電池可以應(yīng)用于各種襯底，即，剛性或撓性襯底。


圖1至圖10是圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽能電池制造方法的剖視圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)各個(gè)襯底、層、膜、電極等形成在各個(gè)襯底、層、膜或電極“上”或“下”時(shí)，“上”或“下”包括“直接地”或通過其它部件“間接地”的意思。此外，基于附圖描述“上”和“下”的標(biāo)準(zhǔn)。可以夸大附圖中各個(gè)部件的尺寸，以便描述清楚，并且不表示將該尺寸實(shí)際應(yīng)用于所述部件。圖1至圖10是圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽能電池制造方法的剖視圖。參照?qǐng)D1，后電極層200和導(dǎo)電粘合層300形成在支撐襯底100上。支撐襯底100使用玻璃，也可以使用陶瓷襯底、金屬襯底、聚合物襯底等等。例如，玻璃襯底可以使用鈉鈣玻璃或高應(yīng)變點(diǎn)鈉玻璃。金屬襯底使用包括不銹鋼或鈦的襯底，聚合物襯底可以使用聚酰亞胺。支撐襯底100可以是透明的。另外，該襯底100可以是剛性的或撓性的。具體地，本發(fā)明提供一種撓性襯底100。例如，支撐襯底100可以使用諸如塑料的聚合物系列襯底和不銹鋼(SUS)系列的撓性襯底。后電極層200等可以由諸如金屬等導(dǎo)體制成。例如，后電極圖案可以使用鉬作為靶通過濺射過程而形成。這是因?yàn)殂f具有高電導(dǎo)率、歐姆接觸特性和在％氣氛下的高溫穩(wěn)定性。作為后電極層的鉬(Mo)薄膜必須具有如電極一樣低的電阻率(specificresistance)，并且必須提供與襯底100的優(yōu)異粘合性，從而不會(huì)由于熱膨脹系數(shù)差異而導(dǎo)致脫層現(xiàn)象。盡管附圖中未示出，但是后電極層200可以由至少一層形成。當(dāng)后電極層200由多個(gè)層形成時(shí)，組成該后電極圖案的層可以由不同的材料形成。粘合層300形成在后電極層200上。導(dǎo)電粘合層300可以是導(dǎo)電粘合劑。例如，導(dǎo)電粘合層300可以是混合有金屬、樹脂和諸如碳、鋁和鎢的熔塊的粘合劑材料。導(dǎo)電粘合層300的電阻率為1 X 10_5到10 X 10_5，并且導(dǎo)電粘合層300與后電極層200電連接。該導(dǎo)電粘合層的厚度范圍可以形成在0.5到2μπι。參照?qǐng)D2，形成穿過后電極層200和導(dǎo)電粘合層300的第一通孔。第一通孔Pl使得支撐襯底100的上表面露出。第一通孔Pl可以將后電極層200和導(dǎo)電粘合層300劃分為多個(gè)。
后電極層200和導(dǎo)電粘合層300通過第一通孔Pl被布置為條狀或矩陣形式并且與各個(gè)電池對(duì)應(yīng)。同時(shí)，后電極層200不限于上述形式，并且可以形成為各種形式。參照?qǐng)D3，子電極層210和光吸收層400形成在載體襯底110上。載體襯底110由玻璃制成，也可以使用陶瓷襯底、金屬襯底、聚合物襯底等等。載體襯底100可以使用剛性襯底。例如，載體襯底110可以使用鈉鈣玻璃、也可以使用無堿玻璃和低堿玻璃。載體襯底110可以形成為比支撐襯底100厚。例如，支撐襯底100和載體襯底110的厚度可以形成為1 3 10。這是載體襯底110具有足以承受在高溫下進(jìn)行的形成光吸收層的高溫過程的厚度和固體屬性的原因。子電極層210形成在載體襯底110上。后電極層210可以由諸如金屬等的導(dǎo)體制成。子電極層210必須提供與載體襯底110的優(yōu)異粘合性，從而不會(huì)產(chǎn)生由于熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的脫層現(xiàn)象。例如，子電極層210可以使用鉬(Mo)作為靶通過濺射過程而形成。同時(shí)，也可以不形成子電極層210。光吸收層400形成在子電極層210上。光吸收層400可以由基于Ib-IIIb-VIb的化合物制成。更詳細(xì)地，光吸收層400包括基于銅銦鎵硒(Cu (In，GaWe2，基于CIGS)的化合物。與此對(duì)照，光吸收層400可以包含基于銅銦硒(Cdr^e2，基于CIS)或銅鎵硒 (Cufe^e2，基于CGS)的化合物。為了形成光吸收層400，使用銅靶、銦靶和鎵靶在后電極圖案210上形成基于CIG 的金屬前驅(qū)體。隨后，利用硒化過程，金屬前驅(qū)膜與硒(Se)反應(yīng)，以形成基于CIGS的光吸收層 400。另外，光吸收層400可以利用共蒸發(fā)沉積方法由Cu、In, Ga和％形成。光吸收層400接收外部入射光并且將外部入射光轉(zhuǎn)換為電能。光吸收層400通過光電效應(yīng)產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)。光吸收層400在1000°C以上的高溫下形成，由此提高結(jié)晶度。參照?qǐng)D4，形成穿過光吸收層400的第二通孔P2。通孔P2使后電極圖案210的上
表面露出。光吸收層400與相鄰的光吸收層隔開，并且可以被隔開為電池單元。參照?qǐng)D5和圖6，對(duì)支撐襯底100和載體襯底110進(jìn)行黏合過程。支撐襯底100和載體襯底110通過黏合過程一體地形成。在將形成在支撐襯底100上的導(dǎo)電粘合層300放置為與載體襯底110的光吸收層 400相面對(duì)之后，可以進(jìn)行黏合過程。具體地，在進(jìn)行黏合過程時(shí)施加熱和壓力，以提高支撐襯底100與載體襯底110的
黏合強(qiáng)度。
光吸收層400通過導(dǎo)電粘合層300可以形成在后電極層200上。參照?qǐng)D7，去除載體襯底110和子電極層210，從而可以露出光吸收層。通過剝離將載體襯底110和子電極層210從光吸收層400中去除。因此，后電極層200、導(dǎo)電粘合層300和光吸收層400層疊在支撐襯底100上。由于導(dǎo)電粘合層300是導(dǎo)電材料，因此可以將后電極200和光吸收層400電連接。另外，后電極層200的第一通孔Pl和光吸收層400的第二通孔P2可以彼此相鄰地形成。例如，第一通孔Pl與第二通孔P2之間可以具有約80士20 μ m的第一間隙G1。如上所述，在形成了單獨(dú)的載體襯底110之后，光吸收層400與支撐襯底100黏合，從而在后電極層200上形成光吸收層400。通過這種方式，不對(duì)支撐襯底100進(jìn)行用于形成光吸收層的高溫過程，由此防止支撐襯底100的缺陷。另外，不對(duì)支撐襯底100應(yīng)用高溫過程，使得支撐襯底100可以輕薄。另外，光吸收層形成在載體襯底110上，從而可以進(jìn)行高溫過程，由此提高包含在光吸收層400中的CIGS的結(jié)晶度。通過這種方式，可以提高光吸收層400的電特性。參照?qǐng)D8，緩沖層500和高阻緩沖層600沿著光吸收層400的表面堆疊。緩沖層500和高阻緩沖層600可以選擇性地僅形成在光吸收層400的上表面和側(cè)表面上，從而選擇性地露出導(dǎo)電粘合層300的一部分，即第二通孔P2的底面。例如，在沿著光吸收層400的和第二通孔P2表面輪廓形成緩沖層500之后，高阻緩沖層600沿著該緩沖層的表面輪廓形成。另外，可以執(zhí)行劃線過程從而露出作為第二通孔P2底面的導(dǎo)電粘合層300?？梢岳眉す夂蜋C(jī)械過程執(zhí)行劃線過程。在此情形中，第二通孔P2可以露出導(dǎo)電粘合劑300的所述表面，但是第二通孔P2可以形成為露出后電極層200。在光吸收層400上可以形成至少一層緩沖層500。通過利用CBD過程由堆疊的硫化鎘(CcK)形成該緩沖層。在此情形中，緩沖層500是η型半導(dǎo)體層，光吸收層400是ρ型半導(dǎo)體層。因此，光吸收層400和緩沖層500形成ρ-η結(jié)。具體地，緩沖層500形成為包圍光吸收層400的上表面和側(cè)表面，以擴(kuò)大緩沖層500與光吸收層400之間的接觸面積。通過這種方式，擴(kuò)大了 ρ-η結(jié)的面積，并且可以提供高的光電荷產(chǎn)生率。另外，緩沖層500可選擇地只形成在光吸收層400的表面上，從而防止相鄰電池之間的漏電流。高阻緩沖層600通過用氧化鋅(SiO)作為靶進(jìn)行濺射過程，使得氧化鋅層可以進(jìn)一步形成在硫化鎘(CcK)上。高阻緩沖層600可以形成在緩沖層500上，作為透明電極。例如，高阻緩沖層600可以由ΙΤ0、ZnO和i_ZnO中的任意一種形成。緩沖層500和高阻緩沖層600布置在光吸收層400與后面形成的前電極之間。
換言之，由于光吸收層400與前電極層之間的能帶隙和晶格常數(shù)的差異大，因此在兩種材料中間會(huì)需要緩沖層500和高阻緩沖層，以形成良好的結(jié)。在本實(shí)施例中，盡管在光吸收層400上形成兩個(gè)緩沖層500，但本發(fā)明不限于此， 并且緩沖層500可以只形成一層。參照?qǐng)D9，透明導(dǎo)電材料層疊在包括第二通孔P2的高阻緩沖層600上，從而形成前電極層700。在形成前電極700時(shí)，透明導(dǎo)電材料也被插入第二通孔P2中，以形成連接線800。 就是說，連接線800可以與導(dǎo)電粘合層300接觸。前電極層700進(jìn)行濺射過程，以形成摻雜鋁(Al)或氧化鋁(Al2O3)的氧化鋅。前電極層700是與光吸收層形成p-n結(jié)的窗口層，其中窗口層用作太陽能電池前表面的透明電極，因而該窗口層由具有高透光率和高電導(dǎo)率的氧化鋅(aio)形成。因此，通過使氧化鋅摻雜鋁或氧化鋁，可以形成具有低電阻的電極。作為前電極層700的氧化鋅薄膜的形成方法包括利用RF濺射法沉積氧化鋅靶、利用ai靶的反應(yīng)濺射法和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法。另外，具有優(yōu)異光電特性的ITO(氧化銦錫)可以形成沉積在ZnO薄膜上的雙層結(jié)構(gòu)。通過連接線800將各個(gè)電池彼此連接。就是說，連接線800可以將彼此相鄰的電池的后電極200與前電極700電連接和物理連接。盡管附圖中未示出，但連接線800通過第二通孔P2可以保持與后電極層200的直接接觸。通過這種方式，可以提高連接線800和后電極層200的接觸特性。緩沖層500和高阻緩沖層600圍繞連接線800形成，以提高電結(jié)合特性，由此提供所需的電流流動(dòng)。就是說，緩沖層500和高阻緩沖層600布置在光吸收層400與連接線800之間，以實(shí)現(xiàn)阻止漏電流產(chǎn)生并且減少串聯(lián)電阻部件，從而提高電特性。參照?qǐng)D10，形成穿過前電極層700、高阻緩沖層600、緩沖層500和光吸收層400的
第三通孔P3。第三通孔P3可以選擇性地露出后電極層200。第三通孔P3可以配置為與第二通孔P2相鄰。例如，第二通孔P2與第三通孔P3之間可以具有約80 士 20 μ m的第二間隙G2。第三通孔P3可以通過激光照射方法或諸如尖頭工具的機(jī)械方法形成。因此，可以將光吸收層400、緩沖層500、高阻緩沖層600和前電極層700分隔為單元電池。此外，盡管示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于上述具體實(shí)施例，并且在不脫離本實(shí)施例基本特性的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變型或應(yīng)用。 例如，在實(shí)施例中具體表示的各實(shí)施要素可變更實(shí)施，這些變更與應(yīng)用有關(guān)的不同之處應(yīng)理解為包含于權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，包括后電極，形成在襯底上并且被第一通孔隔開；光吸收層，形成在包括所述第一通孔的所述后電極上；第二通孔，通過所述光吸收層露出所述后電極；緩沖層，形成在所述光吸收層的上表面和側(cè)表面上；前電極層，形成在所述緩沖層上；以及連接線，從所述前電極層延伸并且形成在所述第二通孔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，進(jìn)一步包括形成在所述后電極上的導(dǎo)電粘合層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述襯底包括撓性襯底或剛性襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述襯底包括聚合物襯底或不銹鋼襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，進(jìn)一步包括形成在所述緩沖層的表面上的高阻緩沖層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其中，所述導(dǎo)電粘合層的電阻率為1X10—5到10Χ1(Γ5 Ω Cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第一通孔與所述第二通孔以60到100 μ m的間隔形成。
8.一種太陽能電池的制造方法，所述方法包括在支撐襯底上形成后電極層并且形成第一通孔，從而使所述后電極層彼此隔開；在載體襯底上形成光吸收層；形成穿過所述光吸收層的第二通孔，使所述第二通孔的位置與所述第一通孔相鄰；將所述支撐襯底與所述載體襯底黏合，從而在所述后電極層上形成所述光吸收層；去除所述載體襯底，以露出所述光吸收層；在所述光吸收層上形成緩沖層；以及在所述緩沖層上形成前電極層并且在第二通孔內(nèi)形成連接線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池的制造方法，其中，在所述支撐襯底的所述后電極層上形成所述導(dǎo)電粘合層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制造方法，其中，所述導(dǎo)電粘合層由諸如碳、鋁、鎢等的金屬粉末與樹脂的混合物形成，并且導(dǎo)電粘合層的電阻率為1 X IO-5到10 X IO-5 Ω cm。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制造方法，其中，所述支撐襯底形成為聚合物或不銹鋼系列的撓性襯底，所述載體襯底形成為鈉鈣玻璃、無堿玻璃和低堿玻璃的剛性襯底。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池的制造方法，其中，在所述載體襯底上形成所述光吸收層之前，形成包含鉬的子電極層。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池的制造方法，其中，所述緩沖層形成為多個(gè)層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的太陽能電池的制造方法，其中，在所述緩沖層形成為多個(gè)層時(shí)，所述多個(gè)緩沖層形成為具有彼此不同的電阻值。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池的制造方法，其中，形成穿過所述后電極層、所述緩沖層和所述光吸收層的第三通孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的太陽能電池的制造方法，其中，所述第一通孔與所述第二通孔之間的間隙和所述第二通孔與所述第三通孔之間的間隙形成為間距60到100 μ m。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池的制造方法，其中，所述載體襯底的厚度被形成為所述支撐襯底的厚度的3至10倍。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的太陽能電池包括后電極，形成在襯底上并且被第一通孔隔開；光吸收層，形成在包括所述第一通孔的所述后電極上；第二通孔，通過所述光吸收層露出所述后電極；緩沖層，形成在所述光吸收層的上表面和側(cè)表面；前電極層，形成在所述緩沖層上；前電極層在所述緩沖層上；以及連接線，從所述前電極層延伸并且形成在所述第二通孔中。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102598301SQ201080049592
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者林真宇 申請(qǐng)人:Lg伊諾特有限公司