专利名称：用于制作部分透明的光伏模块的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及部分透明的光伏电池和模块以及其制造工艺。
背景技术：
光伏电池将光能转换为电能。典型的光伏电池包含透明衬底，以及按次序安置于 衬底上的前部电极、光电转换元件和后部电极。传入的光通过衬底和前部电极透射到光电 转换层。前部电极由透明导电氧化物(例如，氧化锡、氧化铟或氧化铟锡)制成以用于将传 入的光透射到光电转换元件中。光电转换元件以p-i-n或p-n结结构由非晶硅、单晶硅、多 晶硅、碲化镉和其它半导体材料制成，以用于将光能转换为电能。后部电极由金属(例如， 八13§、!14§、慰、411或(>)制成且大体上覆盖光伏电池的整个表面。此后部电极防止光穿 过电池。在某些应用中，例如当在交通工具或建筑物中用作窗、日光屏、天蓬、屋顶等时，光 伏电池准许部分光透射通过电池是合意的。使用透明导电氧化物作为后部电极是使光伏电 池透明的一种方式。然而，透明导电氧化物与常规金属后部电极相比具有较高电阻且较昂 贵。US 4，795，500揭示一种部分透明的光伏装置，其包括具有多个用于光透射的孔的金属 后部电极。孔的区域的部分决定了光透射率因数。根据US 4，795，500，孔是通过光刻工艺 进行选择性蚀刻来形成的。光刻工艺使光伏装置制造工艺变复杂。US6，858，461揭示一种 用于制作部分透明的光伏模块的工艺，其包括穿过金属后部电极进行激光划线而划出多个 激光划线，使得光可在金属被移除的地方穿过模块。然而，在激光操作期间，将产生灰尘微 粒，且因此需要清洁步骤。另外，如US 6，858，461中揭示，如果具有高反射率的金属(例如 A1)用作后部电极，那么难以防止在具有高反射率的后部电极的直接切除所必要的功率密 度下的激光操作损坏下伏的半导体材料，这可能导致光伏电池的电短路。为了解决所述问 题，激光应以将切除半导体材料以同时对金属后部电极层和下伏半导体材料进行划线的功 率电平来操作。由于光电转换半导体材料的一部分被牺牲，因此将存在光伏电池的额外的 6%到10%的功率损失。鉴于上述内容，具有简单且具成本效益的用于制作部分透明的光伏电池的工艺是 合意的。具有不仅提供足够的光透射而且提供良好的光电转换的部分透明的光伏电池也是
合意的o
发明内容
本发明提供一种用于制作部分透明的光伏电池的工艺，所述部分透明的光伏电池 包括按次序安置于透明衬底上的透明前部电极、光电转换元件和经图案化后部电极，所述 工艺包括通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积 来形成所述后部电极。本发明还提供一种用于制作部分透明的光伏模块的工艺，所述部分透明的光伏模 块包括串联连接或并联连接的光伏电池，所述光伏电池中的每一者包括按次序安置于透明
4衬底上的透明前部电极、光电转换元件和经图案化后部电极，所述工艺包括通过丝网印刷、 喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积来形成所述经图案化后部 电极。本发明进一步提供一种用于制作部分透明的光伏模块的工艺，所述部分透明的光 伏模块包括串联连接的光伏电池，所述工艺包括以下步骤(a)提供透明衬底；(b)在所述衬底上形成透明前部电极，其中所述透明前部电极通过第一凹槽而彼 此分隔；(c)在所述透明前部电极和所述第一凹槽上形成光电转换元件，其中所述光电转 换元件通过设置于所述透明前部电极上的第二凹槽而彼此分隔；以及(d)通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴影掩模进行沉 积而形成经图案化后部电极，其中所述经图案化后部电极通过第三凹槽而彼此分隔。
图1是根据本发明的工艺制作的光伏电池的示意图。图2展示根据本发明的具有圆形孔的图案的实施例。图3(a)和图3(b)说明根据本发明一个实施例的用于制作部分透明的光伏模块的工艺。图3(c)是图3(b)的经图案化金属层的图案的俯视图。图4(a)到4(c)是根据本发明的经图案化金属层的图案的示意图。图5(a)和图5(b)说明根据本发明的用于制作部分透明的光伏模块的工艺。图5(c)是图5(b)的光伏模块的经图案化后部电极的俯视图。
具体实施例方式下文参考附图通过实施例详细说明本发明，附图既定不限制本发明的范围。将了 解，所属领域的技术人员可容易实现的任何修改或变更均属于本说明书的揭示内容的范围 内。图1说明根据本发明的工艺制作的光伏电池。如图1所示，光伏电池 10包括按次 序安置于透明衬底11上的前部电极12、光电转换元件13和经图案化后部电极14。本发明 的透明衬底11可为所属领域的技术人员已知的任何衬底，例如塑料或玻璃。前部电极12 可由所属领域的技术人员已知的任何合适材料制成，例如(但不限于)透明导电氧化物，例 如氧化锡、氧化铟或氧化铟锡。光电转换元件13可根据常规工艺中的任一者由此项技术中 已知的半导体材料制成，例如非晶硅、单晶硅、多晶硅、碲化镉和类似物。光电转换元件13 的结构不受具体限制，且可为例如p-i-n或p-n结。经图案化后部电极14的材料可为金 属、透明导电氧化物(TCO)或其组合，且优选地，经图案化后部电极由经图案化金属层和具 有或不具有图案的任选TCO层组成。本发明中使用的金属的种类是此项技术中已知的，例 如(但不限于)A1、Ag、TiAg, Ni、Au、Cr或其合金，且本发明中使用的TCO的种类也是此项 技术中已知的，例如(但不限于)铝掺杂氧化锌(AZO)、镓掺杂氧化锌(GZO)或铝和镓掺杂 氧化锌(AGZO)。
在本发明的工艺中，可根据此项技术中已知的任何合适工艺来制作透明衬底11、 前部电极12以及光电转换元件13的堆叠，且随后通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或 经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积来在光电转换元件13上形成经图案化后部电极 14。经图案化后部电极经设计以使得光电转换元件的至少一部分未由后部电极覆盖，且光 可经由其透射穿过光伏电池。与其中在后部电极的形成之后进行蚀刻、激光划线或其它图 案化步骤以便形成用于光透射的特定图案的用于制作部分透明的光伏电池或模块的常规 工艺相反，本发明的工艺可直接形成经图案化后部电极。根据本发明，后部电极层的图案是 在安置后部电极层的同时确定的，使得工艺的复杂性和成本可降低。
已知透明导电氧化物由于其透明度的缘故而可在无需额外图案化步骤的情况下 直接安置于光电转换元件上作为部分透明的光伏电池的后部电极。然而，透明导电氧化物 比金属昂贵。此外，如果后部电极仅由TCO制成，那么必须使用厚TCO层以便实现较好的电 性能，从而增加成本。根据本发明的一个优选实施例，经图案化后部电极由经图案化金属层 和具有或不具有图案的任选TCO层组成。在此实施例中，不必使用厚TCO层，使得成本可降 低；且金属层上的图案可为各种各样的，因为TCO层可形成有任何合适图案以保持整个后 部电极电连接。在此实施例中，通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴影 掩模进行沉积来在光电转换元件上形成经图案化金属层，以便具有所需图案，且随后在经 图案化金属层上安置TCO层。TCO层可通过此项技术中已知的任何合适工艺(例如沉积) 或通过根据本发明的工艺(即，丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴 影掩模进行沉积)而安置于经图案化金属层上。另外，虽然仅由TCO层制成的经图案化后 部电极可能由于透明导电氧化物的成本的缘故而不是合意的，但应了解，此实施例或基于 此实施例的任何修改或变更仍属于本发明的范围内。在本发明中，当经图案化后部电极包括经图案化金属层和具有或不具有图案的任 选TCO层时，将开口比率界定为未由经图案化金属层覆盖的部分的面积除以包含未由金属 覆盖的部分的后部电极的总面积。如果开口比率过低，那么光伏电池或模块无法有效地透 射光，如果开口比率过高，那么后部电极的电阻将增加。然而，开口比率的范围不受具体限 制，因为开口比率可依据所使用金属的种类而在广范围内变化，例如从50%到90%。后部电极上的图案将影响开口比率，以致影响光透射和光电转换的效率。根据本 发明，图案可在形成后部电极的同时通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干 开口的阴影掩模进行沉积来制作。在本发明中可使用的图案类型是各种各样的，例如(但 不限于)网状图案、具有若干孔(例如，圆形孔或矩形孔)的图案、具有线性或非线性开口 (例如，条纹状开口)的图案或具有任何其它类型开口的图案。如果需要，也可根据上述方 法将商标形成为后部电极的图案或图案的部分。图1中展示根据本发明的网状图案的实施例(后部电极14)。图2中展示根据本 发明的具有圆形孔的图案的实施例。根据本发明，通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴影掩 模进行沉积，可在形成后部电极的同时确定后部电极的图案。通过丝网印刷、喷射印刷、成 卷式处理或阴影掩模沉积在衬底上形成所需图案的方法是此项技术中已知的，且在许多领 域中广泛使用。然而，本发明的发明人发现这些方法尤其适合于制造部分透明的光伏电池或模块的后部电极。通过使用这些方法，容易在无需额外图案化步骤的情况下形成能够透 射光的经图案化后部电极，使得工艺的复杂性和成本可降低；且后部电极的图案可经简单 修改，使得可根据后部电极的材料的种类、最终用途的要求等来调整光透射和光电转换的 效率。根据本发明，在丝网、卷和掩模上预先设计所需图案的对应形状；且随后使用例如金 属或TC0等导电材料来分别通过丝网印刷、成卷式处理和阴影掩模沉积而形成具有所需图 案的后部电极。根据本发明，当选择喷射印刷工艺时，通过控制印刷头的路线来确定图案， 且通过喷射印刷形成经图案化后部电极。根据本发明，通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴影掩 模进行沉积来形成经图案化后部电极，其中经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积是优选 的。为了沉积经图案化后部电极的目的，使用具有具所需图案的若干开口的阴影掩模，使得 以如所述开口界定的图案形成后部电极。阴影掩模和沉积装置是此项技术中众所周知的，且常用于制造显示器，例如制造 用于有机子像素和阴极窗图案化的有机发光二极管。阴影掩模和沉积装置以及使用其的工 艺的揭示内容可在US 7，442，258和US 2008/0000420中找到。最近，US 2008/0145521揭 示一种包含刚性框架和由横杆分隔的多个开口的阴影掩模，以及一种用于在沉积工艺中通 过所述阴影掩模制造太阳能电池模块的方法。在US 2008/0145521的方法中，阴影掩模用 于沉积太阳能电池模块的光电转换元件和后部电极，光电转换元件中的每一者由阴影掩模 的开口界定且通过由于横杆的掩蔽形成的间隙而彼此分隔，且后部电极也是如此。光电转 换元件与后部电极之间的距离可通过在从0. 02mm到2mm的范围内选择横杆的宽度来调整。 通过改变阴影掩模和衬底的相对位置，US 2008/0145521的方法可连续地在光伏电池中制 造多个层，使得其与某些常规工艺相比较简单且较清洁。本发明的发明人进一步发现阴影 掩模尤其适合于制造部分透明的光伏电池或模块以用于沉积用于透射光的经图案化后部 电极。通过设计阴影掩模上的开口的大小和形状且随后穿过开口沉积金属或TC0，可以由所 述开口界定的图案形成经图案化后部电极。根据本发明，阴影掩模沉积的步骤可进行一次或一次以上，以形成特定图案。举例 来说，图1的网状图案可通过在第一阴影掩模沉积步骤中在x方向上沉积金属或TC0材料 且随后在第二阴影掩模沉积步骤中在y方向上沉积所述金属或TC0材料来产生。由于阴影 掩模上的开口可以任何合适的类型和大小来设计，因此可依据针对光透射和光电转换的要 求而按需要修改后部电极上的图案。图3(a)和图3(b)说明根据本发明一个实施例的用于制作部分透明的光伏模块的 工艺。如图3(a)所示，根据常规工艺中的任一者在衬底21上形成前部电极24、光电转换元 件25以及第一和第二凹槽27和28 ；且通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若 干开口的阴影掩模进行沉积而在光电转换元件25和第二凹槽28上安置金属，以便形成具 有具条纹状开口 30的图案的经图案化金属层261。根据图3(b)，在所述经图案化金属层上 沉积不具有图案的TC0层(图3(a)中未图示)之后，随后使用例如激光划线等常规工艺来 形成第三凹槽29以分隔邻近的后部电极26和光电转换元件25，且产生包括多个串联连接 的光伏电池220、221和222的部分透明的光伏模块20。因此，光伏模块20由安置于透明衬 底21上的多个串联连接的光伏电池220、221和222组成。光伏电池中的每一者包括前部 电极24、光电转换元件25以及由经图案化金属层261和TC0层262组成的经图案化后部电极26。图3(c)是图3(b)的光伏模块20的经图案化金属层261的俯视图。根据图3(c)， 后部电极26中的每一者均具有带有条纹状开口 30的经图案化金属层261。如上文陈述，经图案化金属层上的图案的类型不受具体限制且可为各种各样的， 例如网状图案、具有若干孔的图案或具有线性或非线性开口的图案。根据本发明的另一实 施例，部分透明的光伏模块的后部电极26中的每一者均具有在x方向上带有条纹状开口 30 且在y方向上带有条纹状开口 31的经图案化金属层(如图4 (a)所示)，或在其它方向上带 有条纹状开口 30和31的经图案化金属层(如图4(b)所示)，或带有商标的经图案化金属 层(如图4(c)所示)。在任何情况下，可任选地使用TC0层来保持每一电池的整个后部电 极电连接或减少任何其它不利效应。图5(a)和图5(b)进一步说明根据本发明又一实施例的用于制作部分透明的光伏 模块的工艺。如图5(a)所示，根据常规工艺中的任一者在衬底51上形成前部电极54、光 电转换元件55以及第一和第二凹槽57和58 ；且通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经 由具有若干开口的阴影掩模进行沉积而在光电转换元件55和第二凹槽58上安置金属，以 便形成具有具条纹状开口 60的图案的经图案化后部电极56。随后，如图5(b)所示，随后 使用例如激光划线等常规工艺来形成第三凹槽59以分隔邻近的后部电极56和光电转换元 件55，且产生包括多个串联连接的光伏电池520和521的部分透明的光伏模块50。根据图 5 (b)，光伏模块50由安置于透明衬底51上的多个串联连接的光伏电池520和521组成。光 伏电池中的每一者包括前部电极54、光电转换元件55以及经图案化后部电极56。图5(c) 是图5(b)的光伏模块50的经图案化后部电极56的俯视图。根据图5(c)，经图案化后部电 极56中的每一者均具有条纹状开口 60。虽然上述描述是针对仅包括多个串联连接的光伏电池的部分透明的光伏模块，但 所属领域的技术人员基于本发明的揭示内容及其在此项技术中的知识将了解如何制作包 括并联连接的光伏电池的部分透明的光伏模块。根据一个优选实施例，本发明提供一种用于制作包括串联连接的光伏电池的部分 透明的光伏模块的工艺，所述工艺包括以下步骤(a)提供透明衬底；(b)在所述衬底上形成透明前部电极，其中所述透明前部电极通过第一凹槽而彼 此分隔；(c)在所述透明前部电极和所述第一凹槽上形成光电转换元件，其中所述光电转 换元件通过设置于所述透明前部电极上的第二凹槽而彼此分隔；以及(d)通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴影掩模进行沉 积而形成经图案化后部电极，其中所述经图案化后部电极通过第三凹槽而彼此分隔。根据本发明，可通过穿过具有若干开口的阴影掩模沉积所述透明前部电极和所述 光电转换元件来形成所述第一和第二凹槽。根据本发明，也可通过对透明前部电极层或光 电转换层进行蚀刻、机械划线、放电划线和激光划线或任何其它常规方法来形成第一和第 二凹槽。激光划线对于制作具有小宽度(即，小于0.080mm)的凹槽是优选的，且因此光电 转换效率的损失可减少。根据本发明的一个实施例，可在通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有 若干开口的阴影掩模进行沉积而形成经图案化后部电极的同时制作第三凹槽。根据本发明的另一实施例，也可通过例如机械划线、放电划线和激光划线等常规工艺来制作第三凹槽， 其中激光划线是优选的。 虽然已参看说明性实施例描述了本发明，但应了解所属领域的技术人员可容易实 现的任何修改或变更将属于本说明书和所附权利要求书的揭示内容的范围内。
权利要求
一种用于制作部分透明的光伏电池的工艺，所述部分透明的光伏电池包括按次序安置于透明衬底上的透明前部电极、光电转换元件和经图案化后部电极，所述工艺包括通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积来形成所述经图案化后部电极。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中通过经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积来形 成所述经图案化后部电极。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中所述经图案化后部电极的材料包括金属、透明导 电氧化物(TCO)或其组合。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中所述经图案化后部电极由经图案化金属层和任选 透明导电氧化物(TCO)层组成。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中所述经图案化后部电极具有网状图案、具有若干 孔的图案或具有线性或非线性开口的图案。
6.根据权利要求2所述的工艺，其中经图案化后部电极由经图案化金属层和透明导电 氧化物(TCO)层组成，且其中通过经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积来形成所述经图 案化金属层，且随后在所述经图案化金属层上安置TCO层。
7.一种用于制作部分透明的光伏模块的工艺，所述部分透明的光伏模块包括串联连接 或并联连接的光伏电池，所述光伏电池中的每一者包括按次序安置于透明衬底上的透明前 部电极、光电转换元件和经图案化后部电极，所述工艺包括通过丝网印刷、喷射印刷、成卷 式处理或经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积来形成所述经图案化后部电极。
8.根据权利要求7所述的工艺，其中通过经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积来形 成所述经图案化后部电极。
9.根据权利要求7所述的工艺，其中所述经图案化后部电极中的每一者的材料包括金 属、透明导电氧化物(TCO)或其组合。
10.根据权利要求7所述的工艺，其中所述经图案化后部电极中的每一者由经图案化 金属层和具有或不具有图案的任选透明导电氧化物(TCO)层组成。
11.根据权利要求7所述的工艺，其中所述后部电极具有网状图案、具有若干孔的图案 或具有线性或非线性开口的图案。
12.一种用于制作部分透明的光伏模块的工艺，所述部分透明的光伏模块包括串联连 接的光伏电池，所述工艺包括以下步骤(a)提供透明衬底；(b)在所述衬底上形成透明前部电极，其中所述透明前部电极通过第一凹槽而彼此分隔；(c)在所述透明前部电极和所述第一凹槽上形成光电转换元件，其中所述光电转换元 件通过设置于所述透明前部电极上的第二凹槽而彼此分隔；以及(d)通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积而 形成经图案化后部电极，其中所述经图案化后部电极通过第三凹槽而彼此分隔。
13.根据权利要求12所述的工艺，其中通过经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积来 形成所述经图案化后部电极。
14.根据权利要求12所述的工艺，其中所述经图案化后部电极中的每一者的材料包括金属、透明导电氧化物(TC0)或其组合。
15.根据权利要求12所述的工艺，其中所述经图案化后部电极中的每一者由经图案化 金属层和任选透明导电氧化物(TC0)层组成。
16.根据权利要求12所述的工艺，其中所述经图案化后部电极具有网状图案、具有若 干孔的图案或具有线性或非线性开口的图案。
17.根据权利要求12所述的工艺，其中通过激光划线形成所述第一或第二凹槽或两者o
18.根据权利要求12所述的工艺，其中在通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由 具有若干开口的阴影掩模进行沉积而形成所述经图案化后部电极的同时制作所述第三凹 槽；或者通过激光划线制作所述第三凹槽。
全文摘要
本发明提供一种用于制作部分透明的光伏电池或包括串联连接或并联连接的光伏电池的部分透明的光伏模块的工艺，其包括以下步骤通过丝网印刷、喷射印刷、成卷式处理或经由具有若干开口的阴影掩模进行沉积来形成经图案化后部电极。所述后部电极的图案是在安置所述后部电极的同时确定的，使得所述工艺的复杂性和成本可降低。
文档编号H01L31/18GK101877371SQ20101017357
公开日2010年11月3日 申请日期2010年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者叶协鑫, 李纪莱, 陈烜平 申请人:杜邦太阳能有限公司