专利名称：光伏发电装置及其制造方法
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，随着能源消耗的增加，已经研制出了将太阳光转换为电能的太阳能电池。具体地，已广泛使用基于CIGS的太阳能电池设备，所述电池设备是具有包括玻璃衬底、金属后电极层、基于P型CIGS的光吸收层、高阻缓冲层和N型窗口层的衬底结构的PN异质结设备。已经进行了各种学习和研究来提高太阳能电池设备的电特性，诸如低电阻和高透射率。
发明内容
技术问题本发明提供一种太阳能电池设备及其制造方法，所述太阳能电池设备能够表现提高的发电效率。技术方案根据实施例，提供一种太阳能电池设备，包括:衬底；在所述衬底上的后电极层；在所述后电极层上的光吸收层；在所述光吸收层上的窗口层；以及设置在所述光吸收层旁边的母线，所述母线与所述后电极层连接。根据实施例，提供一种太阳能电池设备，包括:包括有源区和围绕所述有源区的非有源区的衬底；在所述非有源区中的第一母线；在所述有源区中的第一电池；以及将所述第一电池与所述第一母线连接的第一连接电极，其中，所述第一电池包括:在所述衬底上的第一后电极；在所述第一后电极上的第一光吸收部；以及在所述第一光吸收部上的第一窗口，并且其中，所述第一连接电极从所述第一后电极延伸到所述非有源区。根据实施例，提供一种太阳能电池设备的制造方法，所述方法包括:在衬底上形成后电极层；在所述后电极层上形成母线；在所述后电极层上并在所述母线旁边形成光吸收层；以及在所述光吸收层上形成窗口层。有益效果根据实施例的太阳能电池设备包括与后电极层连接的母线。因此，可以减小后电极层和母线之间的接触电阻。因此，可以减小后电极层和母线之间的电损耗，并且根据实施例的太阳能电池设备可以表现提高的电性能。此外，由于母线与包括金属的后电极层耦接，因此即使母线的宽度窄，也不会降低母线和后电极层之间的耦接特性。因此，可以减小母线的宽度。此外，母线位于光吸收层旁边，S卩，位于非有源区中。因此，可以增大根据实施例的太阳能电池设备的有效面积，并且根据实施例的太阳能电池设备可以表现提高的发电效率。
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的线A-A’线截取的剖视图；以及图3至10是示出根据其它实施例的太阳能电池设备制造方法的视图。
具体实施例方式在实施例的描述中，应该理解，当衬底、层、膜或电极被表述为在另一个衬底、另一个层、另一个膜或另一个电极“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一个板、另一个母线、另一个框架、另一个衬底、另一个槽、另一个膜上，或者也可以存在一个或多个中间层。参照附图描述了层的这种位置关系。为了解释起见，可以夸大附图中示出的元件的尺寸，并且元件的尺寸不完全反映实际尺寸。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的线A-A’线截取的剖视图。参照图1和2，根据实施例的太阳能电池设备包括支撑衬底100、后电极层200、第一母线11、第二母线12、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500、窗口层600。支撑衬底100具有板形形状并且支撑后电极层200、第一母线11、第二母线12、光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600。支撑衬底100可以是绝缘体。支撑衬底100可以是玻璃衬底或金属衬底。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。支撑衬底100包括有源区AR和非有源区NAR。换言之，支撑衬底100被划分为有源区AR和非有源区NAR。有源区AR被限定在支撑衬底100的中心部分处。有源区AR占据支撑衬底100的大部分面积。根据实施例的太阳能电池设备在有源区AR处将太阳光转换为电能。非有源区NAR围绕有源区AR。非有源区NAR对应于支撑衬底100的外缘部分。非有源区NAR可以具有比有源区AR的面积窄很多的面积。非有源区NAR是不发电的区域。后电极层200设置在支撑衬底100上。后电极层200是导电层。后电极层200可以包括诸如钥(Mo)的金属。后电极层200形成在有源区AR和非有源区NAR中。后电极层200可以包括至少两层。在此情形中，所述多个层可以包括相同金属或不同金属。后电极层200中设置有第一通孔THl。第一通孔THl是露出支撑衬底100的上表面的开口区域。当俯视时，第一通孔THl可以具有沿一个方向延伸的形状。第一通孔THl的宽度可以在约80 iim至约200 iim的范围内。后电极层200被第一通孔THl划分为多个后电极201、202和230以及两个连接电极210和220。第一通孔THl限定多个后电极201、202和230以及两个连接电极210和220。后电极层200包括后电极201,202和230以及第一连接电极210和第二连接电极220。后电极201、202和230设置在有源区AR中。后电极201、202和230设置为互相平行。后电极201、202和230通过第一通孔THl彼此分隔开。后电极201、202和230设置为条状形式。或者，后电极201、202和230可以设置为矩阵形式。在此情形中，当俯视时，第一通孔THl可以形成为网格形式。第一连接电极210和第二连接电极220设置在非有源区NAR中。换言之，第一连接电极210和第二连接电极220从有源区AR延伸到非有源区NAR。更详细地，第一连接电极210与第一电池Cl的窗口连接。此外，第二连接电极220从第二电池C2的后电极延伸到非有源区NAR。换言之，第二连接电极220可以与第二电池C2的后电极202 —体形成。第一母线11设置在非有源区NAR中。第一母线11设置在后电极层200上。更详细地，第一母线11设置在第一连接电极210上。第一母线11可以与第一连接电极210的上表面直接接触。第一母线11与第一电池Cl平行地延伸。第一母线11可以通过形成在支撑衬底100中的孔延伸到支撑衬底100的下表面。第一母线11连接到第一电池Cl。更详细地，第一母线11通过第一连接电极210连接到第一电池Cl。第二母线12设置在非有源区NAR中。第二母线12设置在后电极层200上。更详细地，母线12设置在第二连接电极220上。第二母线12可以与第二连接电极220直接接触。第二母线12与第二电池C2平行地延伸。第二母线12可以通过形成在支撑衬底100中的孔延伸到支撑衬底100的下表面。第二母线12连接到第二电池C2。更详细地，第二母线12通过第二连接电极220连接到第二电池C2。第一母线11和第二母线12互相面对。此外，第一母线11与第二母线12对称。第一母线11和第二母线12包括导体。第一母线11和第二母线12可以包括表现高导电率的金属，诸如银(Ag)。第一母线11和第二母线12可以通过额外的电线来电连接到相邻太阳能电池模块或蓄电池。光吸收层300设置在后电极层200上。此外，构成光吸收层300的材料填充在第一通孔THl中。光吸收层300设置在有源区AR中。更详细地，光吸收层300的外缘部分可以对应于有源区AR的外缘部分。光吸收层300包括1-1I1-VI族化合物。例如，光吸收层300可以具有Cu (In，Ga)Se2 (CIGS)晶体结构、Cu (In) Se2晶体结构或Cu (Ga) Se2晶体结构。光吸收层300的能带隙在约IeV至约1.8eV的范围内。缓冲层400设置在光吸收层300上。此外，缓冲层400设置在有源区AR中。缓冲层400包括CdS，并且缓冲层400的能带隙在约2.2eV至约2.4eV的范围内。高阻缓冲层500设置在缓冲层400上。此外，高阻缓冲层500设置在有源区AR中。高阻缓冲层500可以包括1-ZnO，其为未掺杂杂质的氧化锌。高阻缓冲层500的能带隙在约
3.1eV至约3.3eV的范围内。光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500中形成有第二通孔TH2。第二通孔TH2形成为穿过光吸收层300。此外，第二通孔TH2是露出后电极层200的上表面的开口区域。
第二通孔TH2与第一通孔THl相邻。换言之，当俯视时，第二通孔TH2的一些部分形成在第一通孔THl旁边。每个第二通孔TH2的宽度可以在约80 ii m至约200 U m的范围内。此外，在光吸收层300中通过第二通孔TH2限定多个光吸收部。换言之，光吸收层300被第二通孔TH2划分为多个光吸收部。此外，缓冲层400被第二通孔TH2划分为多个缓冲区。类似地，高阻缓冲层500被第二通孔TH2划分为多个高阻缓冲区。窗口层600设置在高阻缓冲层500上。窗口层600设置在有源区AR中。窗口层600是透明的，并且是导电层。此外，窗口层600的电阻大于后电极层200的电阻。例如，窗口层600的电阻是后电极层200的电阻的约100倍至200倍。窗口层600包括氧化物。例如，窗口层600可以包括氧化锌、氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。此外，氧化物可以包括导电杂质，诸如铝(Al)、氧化铝(Al2O3)^M(Mg)或镓(Ga)。换言之，窗口层600可以包括掺杂Al的ZnO (AZO)或掺杂Ga的氧化锌(GZ0)。窗口层600的厚度可以在约800nm至约1200nm的范围内。光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600中形成有第三通孔TH3。第三通孔TH3是露出后电极层200的上表面的开口区域。例如，第三通孔TH3的宽度可以在约80 ii m至约200 u m的范围内。第三通孔TH3与第二通孔TH2相邻。更详细地，第三通孔TH3形成在第二通孔TH2旁边。换言之，当俯视 时，第三通孔TH3形成在第二通孔TH2旁边。窗口层600被第三通孔TH3划分为多个窗口。换言之，通过第三通孔TH3限定多个窗口。窗口 600的形状与后电极201、202和230的形状相对应。换言之，窗口被布置为条状形式。此外，窗口 600可以被布置为矩阵形式。窗口层600包括通过在第二通孔TH2中填充透明导电材料而形成的多个连接部700。此外，通过第三通孔TH3限定第一电池Cl、第二电池C2和多个第三电池C3。更详细地，通过第二通孔TH2和第三通孔TH3限定第一电池Cl、第二电池C2和第三电池C3。换言之，根据实施例的太阳能电池设备包括设置在支撑衬底100上的第一电池Cl、第二电池C2和第三电池C3。第三电池C3插置在第一电池Cl和第二电池C2之间。第一电池Cl、第二电池C2和第三电池C3互相串联连接。第一电池Cl可以包括依次层叠在支撑衬底100上的后电极201、光吸收部301、缓冲区、高阻缓冲区和窗口 601。在此情形中，第一电池Cl的窗口 601通过连接部701和第一连接电极210与第一母线11连接。就是说，第一母线11通过第一连接电极210与第一电池Cl连接。详细地，第一母线11通过第一连接电极210与第一电池Cl的窗口 601连接。第二电池C2包括依次层叠在支撑衬底100上的后电极202、光吸收部302、缓冲区、高阻缓冲区和窗口 602。在此情形中，第二电池C2的后电极202通过第二连接电极220与第二母线12连接。就是说，第二母线12通过第二连接电极220与第二电池C2连接。详细地，第二母线12通过第二连接电极220与第二电池C2的后电极202连接。在此情形中，第二电池C2的后电极220可以与第二连接电极220 —体形成。连接部700设置在第二通孔TH2内。连接部700从窗口层600向下延伸，从而使得连接部700与后电极层200连接。因此，连接部700将相邻电池互相连接。更详细地，连接部700将构成相邻电池的窗口和后电极互相连接。光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600的外缘部分可以基本互相匹配。换言之，光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600的外缘部分可以互相对应。在此情形中，光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600的外缘部分可以与有源区AR和非有源区NAR之间的边界相匹配。因此，第一母线11和第二母线12设置在光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600旁边。换言之，第一母线11和第二母线12可以围绕光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600的侧面。换言之，第一母线11和第二母线12围绕第一电池Cl、第二电池C2和第三电池C3。此外，第一母线11和第二母线12的下表面与光吸收层300的下表面设置在相同的平面上。换言之，第一母线11和第二母线12的下表面与后电极层200的上表面接触，并且甚至光吸收层300的下表面也与后电极层200的上表面接触。第一母线11和第二母线12可以与后电极层200连接，同时与后电极层200直接接触。在此情形中，第一母线11和第二母线12包括诸如银(Ag)的金属。类似地，后电极层200可以包括诸如钥(Mo)的金属。就是说，第一母线11和第二母线12包括金属，并且后电极层200包括金属。因此，在第一母线11和后电极层200之间以及第二母线12和后电极层200之间获得金属与金属耦接特性。因此，改进第一母线11和后电极层200之间以及第二母线12和后电极层200之间的接触特性。因此，减小第一母线11和后电极层200之间的接触电阻以及第二母线12和后电极层200之间的接触电阻，从而根据实施例的太阳能电池设备可以表现改进的电特性。此外，由于第一母线11和后电极层200具有高接触特性，并且第二母线12和后电极层200具有高接触特性，因此第一母线11和第二母线12可以具有较窄的面积。换言之，即使第一母线11和后电极层200彼此以小接触面积相接触，第一母线11也有效地连接到后电极层200。类似地，即使第二母线12和后电极层200彼此以小接触面积相接触，第二母线12也有效地连接到后电极层200。实际上，第一母线11和第二母线12对太阳能电池设备没有贡献。如上所述，根据实施例的太阳能电池设备，可以减小第一母线11和第二母线12的面积，即对太阳能发电没有贡献的面积。此外，第一母线11和第二母线12设置在非有源区NAR中。因此，与母线11和12被设置在有源区中的情形相比，根据实施例的太阳能电池设备可以更有效地接收阳光。因此，根据实施例的太阳能电池设备可以将更大量的阳光转化为电能。图3至10是示出根据其它实施例的太阳能电池设备制造方法的视图。在下面的描述中，将参照关于太阳能电池设备的描述来描述根据本实施例的太阳能电池设备制造方法。换言之，太阳能电池设备的以上描述可以合并在根据本实施例的太阳能电池设备制造方法的描述中。参照图3，后电极层200形成在支撑衬底100上，并且通过图案化后电极层200形成第一通孔TH1。因此，在支撑衬底100上形成后电极201、202和230以及第一连接电极210和第二连接电极220。后电极层200是被激光图案化的。第一通孔THl可以露出支撑衬底100的上表面，并且宽度可以在约80iim至约200iim的范围内。此外，可以在支撑衬底100和后电极层200之间插置诸如防扩散层的额外层。在此情形中，第一通孔THl露出该额外层的上表面。参照图4和5，在后电极层200上形成第一母线11和第二母线12。第一母线11和第二母线12沿支撑衬底100的外缘部分形成。第一母线11和第二母线12分别部分地形成在第一连接电极210和第二连接电极220上。为了形成第一母线11和第二母线12，在第一连接电极210、第二连接电极220和支撑衬底100上印刷导电胶。详细地，即使在形成在支撑衬底100中的通孔101中也印刷导电胶。之后，对印刷的导电胶进行热处理，并且形成第一母线11和第二母线12。此外，可以通过真空沉积方法形成第一母线11和第二母线12。在支撑衬底100上设置包括与第一母线11和第二母线12相对应的透射部分的沉积掩膜20。通过沉积掩膜20，在后电极层200和支撑衬底100上沉积导电材料。由此可以形成第一母线11和第二母线12。之后，参照图6和7，在支撑衬底100上设置掩膜20以覆盖第一母线11和第二母线12。掩膜20覆盖支撑衬底100的外缘部分。当俯视时，掩膜20可以具有环形形状。掩膜20包括形成在支撑衬底100的中心部分的透射区域。尽管附图中掩膜20与支撑衬底100分隔开，但是实施例不限于此。换言之，掩膜20可以附接到支撑衬底100。通过掩膜20限定有源区AR和非有源区NAR。换言之，掩膜20的对应于透射区域的部分与有源区AR相对应，并且具有环形形状的非透射区域与非有源区域NAR相对应。参照图8，在后电极200上形成光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500。光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500是利用掩膜50通过沉积过程形成的。因此，光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500形成在有源区AR中。在掩膜20安装在支撑衬底100上的状态下，光吸收层300可以通过溅射过程或蒸发方法形成。例如，为了形成光吸收层300,通过同时或单独蒸发Cu、In、Ga和Se形成基于Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)的光吸收层300的方法，以及在形成金属前驱膜之后执行硒化过程的方法已经广为应用。关于形成金属前驱层之后的硒化过程的细节，通过利用Cu靶、In靶或Ga靶的溅射过程在后电极200上形成金属前驱层。之后，金属前驱层经历硒化过程，从而形成基于Cu (In, Ga) Se2 (CIGS)的光吸收层300。
此外，可以同时执行利用Cu靶、In靶和Ga靶的溅射过程和硒化过程。此外，可以通过仅利用Cu靶和In靶或仅利用Cu靶和Ga靶的溅射过程以及硒化过程形成CIS或CIG光吸收层300。之后，在安装了掩膜20的状态下，在通过溅射过程或CBD (化学浴沉积)方法沉积CdS之后，可以形成缓冲层400。接着，在安装了掩膜20的状态下，通过经由溅射过程在缓冲层400上沉积氧化锌来形成高阻缓冲层500。以小厚度沉积缓冲层400和高阻缓冲层500。例如，缓冲层400和高阻缓冲层500的厚度可以在约Inm至约80nm的范围内。之后，通过部分去除光吸收层300、缓冲层400和高阻缓冲层500形成第二通孔TH2。可以通过诸如尖头工具(tip)的机械装置或激光装置形成第二通孔TH2。例如，可以利用宽度为约40 ii m至约180 U m的尖头工具图案化光吸收层300和缓冲层400。此外,可以通过波长为约200nm至约600nm的激光形成第二通孔TH2。在此情形中，第二通孔TH2的宽度可以在约IOOiim至约200 ilm的范围内。此外，第二通孔TH2形成为部分地露出后电极层200的上表面。参照图9，在安装了掩膜20的状态下，在光吸收层300上和第二通孔TH2内形成窗口层600。换言之，通过在高阻缓冲层500上和第二通孔TH2内沉积透明导电材料形成窗口层 600。在此情形中，当在第二通孔TH2内填充透明导电材料之后，窗口层600与后电极层200直接接触。参照图10，去除掩膜20，通过去除光吸收层300、缓冲层400、高阻缓冲层500和窗口层600的一些部分而形成第三通孔TH3。因此，窗口层600被图案化，以限定多个窗口、第一电池Cl、第二电池C2和第三电池C3。第三通孔TH3的宽度可以在约80 ii m至约200 u m的范围内。如上所述，形成根据实施例的太阳能电池设备。在形成光吸收层300之前形成第一母线11和第二母线12，从而使得第一母线11和第二母线12与后电极层200连接。因此，根据实施例的太阳能电池设备可以表现高光电转换效率和改进的电特性。本说明书中涉及的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等，表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中不同位置的这些词语的出现不必要都指代同一实施例。此外，当结合任意实施例描述特定特征、结构或特性时，应当认为结合其它实施例实现这些特征、结构或特性在本领域技术人员的能力范围内。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组合排列的组成部件和/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。工业实用性
根据实施例的太阳能电池设备可应用于太阳能电池发电领域。
权利要求
1.一种太阳能电池设备，包括: 衬底； 在所述衬底上的后电极层； 在所述后电极层上的光吸收层； 在所述光吸收层上的窗口层；以及 设置在所述光吸收层旁边的母线，所述母线与所述后电极层连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述衬底包括: 与所述衬底的外缘部分相对应的非有源区；以及 在所述非有源区内的有源区，并且 其中，所述母线设置在所述非有源区中，并且所述光吸收层和所述窗口层设置在所述有源区中。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池设备，其中，所述后电极层包括从所述有源区延伸到所述非有源区的连接电极，并且所述母线与所述连接电极直接接触。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述光吸收层的下表面与所述母线的下表面在同一平面上对齐。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述母线与所述后电极层直接接触。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述后电极层包括第一金属，并且所述母线包括不同于所述第一金属的第二金属。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述母线包括被设置为互相平行的第一母线和第二母线，并且 所述光吸收层和所述窗口层插置在所述第一母线和所述第二母线之间。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池设备，其中，所述母线设置在所述窗口层旁边。
9.一种太阳能电池设备，包括: 衬底，包括有源区和围绕所述有源区的非有源区； 在所述非有源区中的第一母线； 在所述有源区中的第一电池；以及 将所述第一电池与所述第一母线连接的第一连接电极， 其中，所述第一电池包括: 在所述衬底上的第一后电极； 在所述第一后电极上的第一光吸收部；以及 在所述第一光吸收部上的第一窗口，并且 其中，所述第一连接电极从所述第一后电极延伸到所述非有源区。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池设备，进一步包括: 在所述非有源区中的第二母线； 在所述有源区中的第二电池；以及 将所述第二电池与所述第二母线连接的第二连接电极。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池设备，其中，所述第二电池包括: 在所述衬底上的第二后电极； 在所述第二后电极上的第二光吸收部；以及在所述第二光吸收层上的第二窗口，并且 其中，所述第二连接电极与所述第二后电极设置在同一层上，并且所述第二连接电极与所述第二窗口连接。
12.根据权利要求10所述的太阳能电池设备，进一步包括在所述第一电池和所述第二电池之间的多个第三电池，并且 其中，所述第一电池、所述第二电池和第三电池彼此串联连接。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池设备，其中，所述第一后电极与所述第一连接电极一体形成。
14.一种太阳能电池设备的制造方法，所述方法包括: 在衬底上形成后电极层； 在所述后电极层上形成母线； 在所述后电极层上并在所述母线旁边形成光吸收层；以及 在所述光吸收层上形成窗口层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，形成所述母线包括在所述后电极层上沉积导电材料。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，形成所述光吸收层包括: 设置掩膜覆盖所述母线；以及 在安装了所述掩膜的状态下，在所述后电极层上沉积用于形成所述光吸收层的材料。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，形成所述窗口层包括在安装了所述掩膜的状态下，在所述光吸收层上沉积用于形成所述窗口层的材料。
全文摘要
本发明公开了一种光伏发电装置。所述光伏发电装置包括衬底；布置在所述衬底上的后表面电极层；布置在所述后表面电极层上的光吸收层；布置在所述光吸收层上的窗口层；以及布置在所述光吸收层旁边并与所述后表面电极层连接的母线。
文档编号H01L31/042GK103140938SQ201180047748
公开日2013年6月5日 申请日期2011年8月1日 优先权日2010年7月30日
发明者曹豪健 申请人:Lg伊诺特有限公司