专利名称：一种叠层太阳能电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种叠层太阳能电池，属于薄膜太阳能电池制造领域。
技术背景非晶硅太阳能电池相对晶体硅太阳能电池或其它太阳能电池，对可见光有 较强的吸收，但其缺点是具有光致衰减效应。为了减弱这种效应，目前采用多 结叠层结构，即是叠加两层或多层光电转换层，叠加的光电转换层可以是相同 的材料，如都是非晶硅材料，或是不同的材料，如非晶硅一多晶硅、非晶硅一 掺杂锗、碳或氟的非晶硅等，叠层结构既提高了拓展了光谱吸收范围，提高了 光吸收效率，而且还增加了太阳能电池的寿命，减弱了光致衰减效应。 一般叠层电池采用PIN-PIN结构，相当于将两个子电池串联起来，虽然这种电池能够 提高转换效率，减弱光致衰减效应，但串联的两个子电池存在电流匹配问题。 目前，在生产工艺上，不论是同质结或异质结的太阳能电池，通过控制各子电 池的厚度使各子电池的电流接近匹配，但是在不同的光照强度、不同的光谱下， 太阳能电池的电流匹配状态就会不同，使用时不能达到完全匹配。同时，两个子电池串联，会增大电池的开压，但是在某些应用中，例如太 阳能光伏幕墙，需要太阳能电池板提供相对较大的电流。目前应用中，只能减 小栅节数目，增大每一栅节面积来实现，但是这样会带来太阳能电池板的"大 面积效应"，即增大面积，就会减小转换效率。美国专利US4948436 "Thin-film solar cell arrangement"公开了一种叠层太阳 能电池，其结构如图4所示，此发明的设计方案是叠层电池采用并联的方式， 而电池的节与节之间使用串联的方式。叠层电池实现并联是采用与传统叠层不 同的沉积顺序，其顺序为前电极2、 Pl层3、 11层4、 N层5， 12层6、 P2层7，背电极8，两子电池共用N层。电池节与节之间通过激光刻槽的方式实现串联，在激光刻槽中分别做出前电极2和N层5的两个台阶17、 19，将槽中除台阶部 分和后一节电池的背电极8之外的其余部分用绝缘材料20绝缘，并且用导电材 料21填充激光刻槽，采用这种方式，前一节电池的N层5，即电池的负极通过 导电材料21与后一节电池的前电极2和背电极8相连，从而实现电池节与节之 间的串联。但这种方案要求在薄膜的一端覆盖一层绝缘材料，并且必需保证露 出两个台阶17、 19，其加工精度高，如果加宽激光刻槽，就会减少太阳能电池 的有效面积。 实用新型内容由以上所述，本实用新型的目的是解决现有叠层电池中两层子电池的电流 不匹配问题，并提供一种可以实现大电流、低电压的太阳能电池。本实用新型采用的技术方案是研究一种叠层太阳能电池，包含集成若干 个串联在一起的光电单元，每个光电单元由绝缘衬底、前电极、中间透明导电 膜、光电转换层、背电极组成，并包括相邻光电单元之间正负电极的连接线； 所述每个光电单元至少有两个相互并联叠加的光电转换层，中间透明导电膜夹 在两个光电转换层之间；前电极、中间透明导电膜、光电转换层、背电极分别 设有相应的沟道。作为一种优选方案，所述光电转换层由一个非晶硅P-I-N光电转换层和一 个非晶硅N-I-P光电转换层并联叠加组成。作为又一种优选方案，正负电极连接线由P-I-N光电转换层的沟道内填充 透明导电膜材料和N-I-P光电转换层的沟道内填充背电极材料构成。进一步优选的方案是所述N-I-P光电转换层的沟道位于P-I-N光电转换层 的沟道的纵向正上方，宽度小于0.1mm。又一种优选方案，背电极的隔离沟位于前电极的沟道的纵向正上方，宽度小于O.lmm。又一种优选方案，光电转换层的沟道与前电极的沟道之间的间距为0.1 0.3mm。又一种优选方案，中间透明导电膜是由氧化锌、氧化锡或ITO材料制成。 本实用新型的有益效果是避免了两个子电池的电流不匹配问题，并且可以 在某些场合满足大电流、低电压的需求。此外，实用新型提供的叠层太阳能电 池与美国专利US4948436叠层太阳能电池相比，不仅结构简单，而且背电极的 隔离沟位于前电极的沟道的纵向正上方，有效地提高了太阳能电池的有效面积。
图1是本实用新型的叠层太阳能电池的截面图； 图2是本实用新型叠层太阳能电池的正负极连接示意图； 图3是本实用新型所述太阳能电池结构的等效电路图； 图4是美国专利US4948436公开的一种叠层太阳能电池结构图。 图1中，26为玻璃衬底；27为前电极；顶电池28为P-I-N非晶硅光电转换 层；28-l为顶电池的P层；28-2为顶电池的1层；28-3为顶电池的N层；29为 中间透明导电膜；底电池30为N-I-P非晶硅光电转换层；30-1为底电池的N层； 30-2为底电池的I层；30-3为底电池的P层；31为背电极；32为底电池的沟道；33为顶电池的沟道；34为前电极的沟道；35为背电极的沟道；36为中间透明 导电膜的沟道；37、 38为相邻的两节电池。结合图2说明叠层太阳能电池的原理，首先太阳光由玻璃衬底26穿过透明 导电的前电极27，入射到顶电池，顶电池吸收部分光，转变为电能。前电极与 顶电池的P层28-1相连，为顶电池的正极；透明导电膜29与顶电池N层28-2 相连，为顶电池的负极。没有被顶电池吸收的部分太阳光，入射到底电池，底 电池的N层30-1与透明导电膜29相连，为底电池的负极，背电极31与底电池的P层30-3相连，为底电池的正极。两个子电池的负极通过透明导电膜29相连， 正极通过沟道32、 33相连，从而实现两个子电池并联。前节电池37的负极与 后节电池38的正极相接，也就实现了节与节电池的串联。图4是美国专利US4948436的叠层太阳能电池截面图，如图4所示，美国 专利US4948436的叠层太阳能电池采用并联的方式，而电池的节与节之间使用 串联的方式。叠层电池实现并联是采用与传统叠层不同的沉积顺序，其顺序为 前电极2、 Pl层3、 II层4、 N层5， 12层6、 P2层7，背电极8，两子电池共 用N层。电池节与节之间通过激光刻槽的方式实现串联，在激光刻槽中分别做 出前电极2和N层5的两个台阶17、 19，将槽中除台阶部分和后一节电池的背 电极8之外的其余部分用绝缘材料20绝缘，并且用导电材料21填充激光刻槽， 采用这种方式，前一节电池的N层5，即电池的负极通过导电材料21与后一节 电池的前电极2和背电极8相连，从而实现电池节与节之间的串联。 具体实施例如图2所示，本实用新型提供的叠层太阳能电池，在垂直于方向，其结构 为玻璃衬底26、前电极27、顶电池28、透明导电膜29、底电池30、背电极 31。采用这种结构，使叠层电池的两个子电池负极相连，并且正极通过两个子 电池上的沟道32、 33相连，即达成了叠层电池的并联。每个子电池的N层为负 极即两个子电池的负极通过透明导电膜29相连，而前电极27、背电极31与每 个子电池的正极P层相连；前电极27通过沟道33与中间透明导膜29相连，背 电极31通过沟道32与中间透明导电膜29相连，这样前一节电池的负极通过中 间透明导电膜29，与下一节电池的前电极27和背电极31相连，即与下一节电 池的正极相连，从而达成了节与节的串联连接。结合图2说明叠层太阳能电池的原理首先太阳光由玻璃衬底26穿过透明 导电膜前电极27，入射到顶电池，顶电池吸收部分光，转变为电能。前电极与顶电池的P层28-1相连，为顶电池的正极；中间透明导电膜29与顶电池N层 28-3相连，为顶电池的负极。没有被顶电池吸收的部分太阳光，入射到底电池， 底电池的N层30-1与中间透明导电膜29相连，为底电池的负极，背电极31与 底电池的P层30-3相连，为底电池的正极。两个子电池的负极通过透明导电膜 29相连，正极通过沟道32、 33相连，从而实现两个子电池并联。前节电池37 的负极与后节电池38的正极相接，也就实现了节与节电池的串联。图3为本实用新型叠层太阳能电池芯板的等效电路图。如果将单节太阳能电 池看作是一个光电二极管，那么本发明所述结构相当于将两个光电二极管22、 23或24、 25并联连接，然后再整体串联在一起。本实用新型提供的叠层太阳能电池的生产工艺过程如下步骤一、用红外光激光器刻划出前电极27的沟道34;步骤二、使用CVD方法在前电极27上沉积顶电池28，即依次沉积顶电池 的P层28-1、 I层28-2、 N层28-3;步骤三、使用绿光激光器刻出顶电池的沟道33，宽度小于0.1mm;顶电池 的沟道33与前电极27的沟道34之间的距离为0.1 0.3mm;步骤四、使用溅射的方法制备一层中间透明导电膜29，同时采用掩膜线制 备中间透明导电膜29的沟道36;步骤五、再依次沉积底电池的N层30-1、 I层30-2、 P层30画3;步骤六、利用绿光激光器刻划底电池的沟道32，宽度小于0.1mm;步骤七、利用蒸镀的方法制备背电极31，同时采用掩膜线制备背电极31的 沟道35。
权利要求1、一种叠层太阳能电池，包含集成若干个串联在一起的光电单元，其特征在于每个光电单元由绝缘衬底、前电极、中间透明导电膜、光电转换层、背电极组成，并包括相邻光电单元之间正负电极的连接线；所述每个光电单元至少有两个相互并联叠加的光电转换层，中间透明导电膜夹在两个光电转换层之间；前电极、中间透明导电膜、光电转换层、背电极分别设有相应的沟道。
2、 根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于所述光电转换层 由一个非晶硅P-I-N光电转换层和一个非晶硅N-1-P光电转换层并联叠加组成。
3、 根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于正负电极连接线 由P-I-N光电转换层的沟道内填充透明导电膜材料和N-I-P光电转换层的沟道 内填充背电极材料构成。
4、 根据权利要求3所述的叠层太阳能电池，其特征在于所述N-I-P光电 转换层的沟道位于P-I-N光电转换层的沟道的纵向正上方，宽度小于0.1mm。
5、 根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于所述背电极的沟 道位于前电极的沟道的纵向正上方，宽度小于0.1mm。
6、 根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于所述光电转换层 的沟道与前电极的沟道之间的间距为0.1 0.3mm。
7、 根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于所述中间透明导 电膜是由氧化锌、氧化锡或ITO材料制成。
专利摘要本实用新型涉及一种叠层太阳能电池，包含集成若干个串联在一起的光电单元，每个光电单元由绝缘衬底、前电极、中间透明导电膜、光电转换层、背电极组成，并包括相邻光电单元之间正负电极的连接线；所述每个光电单元至少有两个相互并联叠加的光电转换层，中间透明导电膜夹在两个光电转换层之间；前电极、中间透明导电膜、光电转换层、背电极分别设有相应的沟道。本实用新型解决了两个子电池的电流不匹配问题，并且在某些场合可以满足大电流、低电压的需求。
文档编号H01L31/042GK201126823SQ20072017272
公开日2008年10月1日 申请日期2007年10月25日 优先权日2007年10月25日
发明者徐祥福, 毅 李 申请人:毅 李