太阳能电池及其制造方法与流程

文档序号:11136690
太阳能电池及其制造方法与制造工艺

本发明涉及太阳能电池及其制造方法。更具体地,本发明涉及一种能够简化构图工序和串联连接结构且有效防止电池单元之间的电气干扰的太阳能电池及其制造方法。



背景技术:

以往的薄膜型太阳能电池,由于其光电转换效率大致小于10%,所以实际商业化存在很多困难。为了解决所述问题,开发出了以串联方式电连接多个光电元件从而实现优良的光电转换效率的技术。

这种串联方式的太阳能电池,通过电极(配线)串联连接水平排列的多个光电元件,从而获得所需的电力。

但是,为了制造以往串联方式的太阳能电池,为了进行至少3次的蚀刻(图案化)工序,要进行反复反转基板的过程,因此工序以及设备复杂,并且在反转基板的过程中造成物理干扰,具有产生不良的问题。

而且,以往串联方式的太阳能电池,具有由在下部电极和上部电极之间层叠光电元件构成的太阳能电池单元相互串联连接的结构,因此,结构复杂,且由于电池单元之间的电气干扰,具有降低光电转换效率的问题。



技术实现要素:

所要解决的问题

因此,本发明为了解决如上所述的以往技术的诸多问题而提出,其目的在于,提供一种能够在基板前面上进行多个蚀刻工序的太阳能电池及其制造方法。

此外,本发明的另一目的在于,提供一种串联连接时无需单独的下部电极的太阳能电池及其制造方法。

此外,本发明的另一目的在于,提供一种包含用于电气分离电池单元之间的侧壁绝缘层的太阳能电池及其制造方法。

解决问题的技术方案

根据本发明的一种太阳能电池,包含:基板,排列有单位太阳能电池区域,该单位太阳能电池区域由电池单元区域和配线区域构成;第一半导体层,形成在所述基板上,并且在所述基板的所述配线区域上形成第一沟槽;第二半导体层,形成在所述第一半导体层上,并且在所述基板的所述配线区域上形成第二沟槽,以露出所述第一半导体层的一部分;第三半导体层,形成在所述第二半导体层上,并且在所述基板的所述配线区域上形成第三沟槽,以露出所述第二半导体层的一部分;侧壁绝缘层,埋入在所述第一沟槽内部,使所述基板的所述电池单元区域上的所述第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层相互绝缘;电极层,形成在所述第三半导体层上,通过所述第二沟槽,与所述第一半导体层连接。

此时,在所述基板和所述第一半导体层之间还可以形成抗反射层。

所述抗反射层可以是氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)。

所述第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层可以是n、i、p或p、i、n。

此外,本发明的所述目的可以通过太阳能电池的制造方法实现,该方法包括如下步骤:步骤(a),提供排列有单位太阳能电池区域的基板,该单位太阳能电池区域由电池单元区域和配线区域构成;步骤(b),在所述基板上依次形成第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层;步骤(c),第一蚀刻工序:在所述配线区域上蚀刻第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层,以形成与相邻的其他单位太阳能电池区域分离的第一沟槽;步骤(d),埋入所述第一沟槽,以形成侧壁绝缘层;步骤(e),第二蚀刻工序:在所述第三半导体层以及所述侧壁绝缘层上形成第一掩膜层,并且在所述配线区域上,利用所述第一掩膜层同时蚀刻所述第三半导体层以及所述第二半导体层,以形成露出所述第一半导体层的一部分的第二沟槽;步骤(f),去除所述第一掩膜层,并在所述第三半导体层以及所述侧壁绝缘层上形成电极层;步骤(g),第三蚀刻工序:在所述电极层上形成第二掩膜层,并且在所述配线区域上, 利用所述第二掩膜层同时蚀刻所述电极层以及所述第三半导体层,以形成露出所述第二半导体层的一部分的第三沟槽;步骤(h),去除所述第二掩膜层。

此时,还可以包括如下步骤,在所述基板和所述第一半导体层之间形成抗反射层。

所述抗反射层可以由氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)形成。

所述第一沟槽可以通过激光划片方法蚀刻。

所述第二沟槽以及所述第三沟槽可以通过湿蚀刻法蚀刻。

所述第一、第二、第三蚀刻工序可以在所述基板的上部进行。

所述电极层可以由透明导电材料或金属材料或者它们的层叠结构形成。

所述第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层可以形成为n、i、p或p、i、n。

发明效果

根据本发明,可以在基板的前面进行多个蚀刻过程,因此无需反转(翻转)基板的过程,能够简化工序以及设备,防止产生不合格品。

此外,根据本发明,串联连接时无需单独的下部电极,可获得简化结构以及工序的效果。

此外,根据本发明,包含能够用于防止电池单元之间电气干扰的侧壁绝缘层,可提高光电转换效率。

附图说明

图1至图9是按顺序示出本发明的一实施例涉及的太阳能电池的制造过程的示意图。

图10以及图11是示出本发明的一实施例涉及的光电元件部的详细结构的示意图。

附图标记

100:基板

200:抗反射层

310:第一半导体层(第一非晶硅层)

311:第一多晶硅层

320:第二半导体层(第二非晶硅层)

321:第二多晶硅层

330:第三半导体层(第三非晶硅层)

331:第三多晶硅层

400:侧壁绝缘层

500:电极层

具体实施方式

后述的对本发明的详细说明,参照将能够实施本发明的特定实施例作为示例进行图示的附图。充分详细说明这些实施例,使得本领域的技术人员能够实施本发明。应理解为,本发明的各种实施例相互不同,但相互并不排斥。例如,这里记载的一实施例的具体形状、结构及特性,在不超出本发明的精神及范围的情况下,可以由其他实施例来实现。另外,应理解为,各自公开的实施例中的个别构成要素的位置或配置,在不超出本发明的精神以及范围的情况下,能够进行变更。因此,后述的详细说明并非用作限定的意思,准确地说明,本发明的保护范围仅以权利要求书所记载的内容为准,包含与其权利要求所主张内容的等同的所有范围。在附图中,类似的附图标记在多个方面指代相同或类似的功能,为了便于理解也有可能夸张表示长度、面积、厚度等和其形状。

下面,参照附图,详细说明本发明的优选实施例,以便本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易实施本发明。

本发明的优选实施例

本说明书中,电池单元区域A是指,光电元件(包含第一半导体层、第二半导体层以及第三半导体层)位于电极之间(第一半导体层和电极层之间)从而实质进行太阳能电池的光电转换的基板上的区域。

另外,本说明书中,配线区域B是指,位于电池单元区域A之间并分离电池单元彼此之间的同时发挥电连接(例如,串联连接)功能的基板上的区域,可理解为,实质不会发生太阳能电池的光电转换的死区(dead region)。

如上所述的一个电池单元区域A和一个配线区域B聚集构成单位太阳能电池区域A、B,在这样的单位太阳能电池区域A、B上,通过本发明的实施例涉及的制造工序形成能够进行光电转换和配线功能的单位太阳能电池。

作为一例,在基板上,多个单位太阳能电池区域A、B可以布置为行和列的方向,在任一行中,第n个(n为自然数)单位太阳能电池区域可以包括电池单元区域An和配线区域Bn

此时,与第n个单位太阳能电池区域An、Bn相邻的一侧区域中,按照第n+1个单位太阳能电池区域(电池单元区域An+1和配线区域Bn+1)、第n+2个单位太阳能电池区域(电池单元区域An+2和配线区域Bn+2)的顺序排列单位太阳能电池区域。

此外,与第n个单位太阳能电池区域相邻的另一侧区域中,按照第n-1个单位太阳能电池区域(电池单元区域An-1和配线区域Bn-1)、第n-2个单位太阳能电池区域(电池单元区域An-2和配线区域Bn-2)的顺序排列至第1个单位太阳能电池区域。

在以下的实施例中,为了方便说明,以基板上的多个单位太阳能电池区域中的第n个单位太阳能电池区域(电池单元区域An和配线区域Bn)为中心,图示其截面进行说明。

图1至图9是按顺序表示本发明的一实施例涉及的太阳能电池的制造过程的示意图。

首先,参照图1,可以提供排列有由电池单元区域A和配线区域B构成的单位太阳能电池区域A、B的基板100。基板100的材料可使用透明的玻璃基板,但是本发明不限定于此。例如,根据接收光的方向,基板100可以使用玻璃、塑料等透明材料或者硅、金属(例如,SUS(Stainless Steel))等不透明材料。

接下来,可以在基板100的表面上进行纹理处理(texturing)。本发明的纹理处理是为了防止入射到太阳能电池基板表面上的光被反射而导致光学损失从而降低其特性的现象。即,将基板表面做成粗糙是指在基板表面形成凹凸图案(未图示)。例如,如果通过纹理处理使基板表面粗糙,则在表面反射一次的光可向太阳能电池方向再反射,因此能够减少光损失,增加光捕获量,从而能够提高太阳能电池的光电转换效率。

此时,作为代表性的纹理处理方法,可采用喷砂处理方法。本发明中的喷砂处理包括用压缩空气喷射蚀刻粒子而进行蚀刻的干喷砂处理和液体和蚀刻粒子一同喷射而进行蚀刻的湿喷砂处理。另一方面,用于本发明喷砂处理 的蚀刻粒子可无限制地使用如沙子、小金属等通过物理冲击在基板上形成凹凸的粒子。

接下来,可以在基板100上形成抗反射层200。抗反射层200发挥如下作用,通过基板100入射的太阳光不被在之后形成的光电元件(半导体层)吸收而直接反射至外部,从而防止太阳能电池效率降低。抗反射层的材料可以是氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx),但并不限定于此。

抗反射层的形成方法包括低压化学气相沉积法(LPCVD:Low Pressure Chemical Vapor Deposition)以及等离子化学气相沉积法(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)等。

接下来,在抗反射层200的上部表面上依次形成第一半导体层310、第二导体层320、第三半导体层330。下面,第一、第二、第三半导体层300:310、320、330可作为将光能转换为电能的光电元件部发挥其功能。

这样的第一、第二、第三半导体层300:310、320、330可以是通常使用的硅(Si),但并不限定于此,可以无限制地使用已知的半导体材料。作为一例,可以依次形成p型、i型、n型的半导体层300。

半导体层300的形成方法可以包括PECVD或LPCVD等化学气相沉积法,半导体层300可以执行通过后续工序从电池单元区域A接收光而产生电力的光电元件的功能。具体地,可通过参照图10以及图11的以下详细说明,便可理解。

接着,参照图2,在基板100上的配线区域B上,第一蚀刻(即,蚀刻P1宽度)第一、第二、第三半导体层300:310、320、330的一部分,形成第一沟槽T1。

更加详细说明,通过第一蚀刻工序P1,由电池单元区域A以及配线区域B构成的多个单位太阳能电池区域A、B可相互分离。例如,第n个单位太阳能电池区域(电池单元区域An和配线区域Bn)可与相邻一侧区域的第n+1个单位太阳能电池区域(电池单元区域An+1和配线区域Bn+1)和另一侧区域的第n-1个单位太阳能电池区域(电池单元区域An-1和配线区域Bn-1)物理性、电气性分离。

这样的第一蚀刻工序P1的方法可以使用利用激光的激光划片方法,例如,可以是紫外线(ultraviolet)或绿色(green)波长的激光。

但是,本发明不限定于此,可无限制地使用包括已知的光刻法的蚀刻方法。使用激光划片方法时,激光的照射方向可以在基板100上侧或下侧照射,但在本发明中,优选的是,如图所示,从基板100的上侧进行照射,以便在在前面进行构图工序。

接着,参照图3,在第三半导体层330上,在第一沟槽T1内部埋入绝缘性物质以形成侧壁绝缘层400。这样的侧壁绝缘层400可使电池单元区域A的第一半导体层310、第二半导体层320、第三半导体层、330相互绝缘。

形成侧壁绝缘层400的材料可以使用氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、聚合物、树脂(resin)中的任一种或混合它们中的至少两种使用,此外,也可以使用各种已知材料。侧壁绝缘层400的形成方法可以使用由喷嘴构成的喷头喷射规定墨水的喷墨印刷法(ink jet printing),但并不限定于此,可无限制地使用已知的光刻法、丝网印刷法(screen printing)、辊涂法(roller coating)等。

这样的侧壁绝缘层400由于是埋入在形成一定空间的沟槽内部而形成的结构,因此,减少了向侧面扩散的现象,能够最大限度地减小整个宽度。即,以往的侧壁绝缘层通过喷射规定墨水的喷墨印刷法(ink jet printing)形成,由此导致墨水不必要的向侧面扩散现象,从而整体宽度增加,但是,本发明涉及的侧壁绝缘层400通过第一沟槽T1能够防止这些现象,从而可以相对减小宽度。

因此,在整个基板100中,接收光并产生电能的电池单元区域A的面积比相对增加,从而可实现具有优良光电转换效率的太阳能电池。

接着,参照图4,可以在包含第三半导体层330的基板100上形成第一掩膜层10。这样的第一掩膜层10可以是树脂(resin),例如,可使用光刻工序时使用的已知的光致抗蚀剂(photoresist)。

接下来,在基板100上的配线区域B上,对第一掩膜层10的一部分进行构图,如图所示,可形成具有规定图案的第一掩膜层10。第一掩膜层10的构图可以是激光构图或喷墨构图,但并不限定于此,可使用已知的各种构图方法。

然后,参照图5,在配线区域B上,用具有规定图案的第一掩膜层10,第二蚀刻(即,蚀刻P2宽度)第二半导体层320以及第三半导体层330,以 形成露出第一半导体层310的一部分的第二沟槽T2。

这种第二蚀刻工序P2的方法,可以采用利用由树脂(resin)构成的本发明的第一掩膜层10来无损伤地仅露出第一半导体层310的蚀刻选择性优良的湿蚀刻法,但是,本发明并不限定于此,可无限制地使用包括干蚀刻法的已知蚀刻方法。

接下来,可进行去除第一掩膜层10的工序,可无限制地使用已知的树脂(resin)剥离工序技术。

接下来,参照图6,可以在包含第三半导体层300以及侧壁绝缘层400的基板100上形成电极层500。这样的电极层500的材料可无限制地使用导电材料。例如,透明导电层时可使用TCO,可以是AZO(ZnO:Al)、ITO(Indium-Tin-Oxide)、GZO(ZnO:Ga)、BZO(ZnO:B)以及FTO(SnO2:F)中的任一种。此外,不透明导电层时,可使用普通的金属材料,可以是铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、锌(Zn)、钛(Ti)等金属及其合金。

此外,电极层500可形成为透明导电层和金属层层叠的结构,例如,可以是BZO(ZnO:B)/Al。

电极层500的形成方法包括热蒸发法(Thermal Evaporation)、电子束蒸发法(E-beam Evaporation)、溅射法(sputtering)等物理气相沉积法(PVD:Physical Vapor Deposition)以及LPCVD、PECVD、金属有机化学气相沉积法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等化学气相沉积法(CVD:Chemical Vapor Deposition)。

另一方面,电极层500在电池单元区域A可利用导电性能发挥上部电极的功能。

接下来,参照图7,可以在电极层500上形成第二掩膜层20。这样的第二掩膜层20与参照图5详细说明的第一掩膜层10相同,可以进行构图,以具有规定图案。

接下来,参照图8,可以在配线区域B上,用具有规定图案的第二掩膜层20,第三蚀刻(即,蚀刻P3宽度)电极层500以及第三半导体层330,以形成露出第二半导体层320的一部分的第三沟槽T3。

这种第三蚀刻工序P3的方法,可采用利用由树脂(resin)构成的本发明的第二掩膜层20来无损伤地仅露出第二半导体层320的蚀刻选择性优良的湿 蚀刻法,但是,本发明并不限定于此,可无限制地使用包括干蚀刻法的已知蚀刻方法。

最后,参照图9,可进行去除第二掩膜层20的工序,可无限制地使用已知的树脂(resin)剥离工序技术。

因此,电极层500可实现电连接通过第二沟槽T2露出的第一半导体层310和相邻的其他单位太阳能电池区域上的第三半导体层330的串联方式的太阳能电池。

作为一例,电极层500的一端,可以在第n个单位太阳能电池区域An、Bn的配线区域Bn上,通过第二沟槽T2,与第一半导体层310连接。另外,电极层500的另一端,可以覆盖侧壁绝缘层400的同时,与相邻的第n-1个单位太阳能电池区域An-1、Bn-1的电池单元区域An-1上的第三半导体层330的上部连接。

由此,第n个单位太阳能电池An、Bn能够与在一侧区域相邻的第n-1个单位太阳能电池An-1、Bn-1串联连接,与此相同,也与在另一侧区域相邻的第n+1个单位太阳能电池An+1、Bn+1串联连接,从而实现串联方式的太阳能电池。

如上所述,本发明的太阳能电池可以在基板100的上部依次进行激光划片以及蚀刻工序(例如,湿蚀刻),从而减少工序以及工序设备。

此外,无需其他的下部电极,也能够实现串联连接,从而能够获得简化结构以及缩短工序的效果。

此外,包含电气分离电池单元之间的侧壁绝缘层,从而实现光电转换效率优良的太阳能电池。

光电元件部的结构

图10以及图11是示出本发明的一实施例涉及的光电元件部的详细结构的示意图。

首先,参照图10,作为一例,光电元件部300可以由三层的非晶硅层310、320、330形成。更具体地说,可以在基板100上形成第一非晶硅层310,接着,可以在第一非晶硅层310上形成第二非晶硅层320,接着,可以在第二非晶硅层320上形成第三非晶硅层330,从而构成一个光电元件。此时,第一、第二、第三非晶硅层310、320、330的形成方法可利用PECVD或LPCVD等化学气相沉积法来形成。

接下来,参照图11,作为一例,光电元件部300可以由三层的多晶硅层311、321、331形成。更具体地说,可以在基板100上形成第一多晶硅层311,接着,可以在第一多晶硅层311上形成第二多晶硅层321,接着,可以在第二多晶硅层321上形成第三多晶硅层331,从而构成一个光电元件。

此时,作为第一、第二、第三多晶硅层311、321、331的形成方法,可进行对图10的第一、第二、第三非晶硅层310、320、330进行热处理而使其结晶化的过程。即,第一非晶硅层310可结晶化为第一多晶硅层311,第二非晶硅层320可结晶化为第二多晶硅层321,第三非晶硅层330可结晶化为第三多晶硅层331。

此时,第一、第二、第三非晶硅层310、320、330的结晶化方法可以使用SPC(Solid Phase Crystallization:固相晶化)、ELA(Excimer Laser Annealing:受激准分子激光退火)、SLS(Sequential Lateral Solidification:循序性侧向结晶)、MIC(Metal Induced Crystallization:金属诱导晶化)以及MILC(Metal Induced Lateral Crystallization:金属诱导横向晶化)中的任一种方法。所述非晶硅的结晶化方法为已知技术,在本说明书中省略关于此的详细说明。

在上述说明中,说明了形成第一、第二、第三非晶硅层310、320、330之后对这些层同时进行结晶化的情况,但并不限定于此。例如,每一个非晶硅层可以单独进行结晶化工序,或者,两个非晶硅层也可以同时进行结晶化工序,而剩余一个非晶硅层可单独进行结晶化工序。

其结果,在基板100上形成由第一非晶硅层310、第二非晶硅层320、第三非晶硅层、330或者第一多晶硅层311、第二多晶硅层321、第三多晶硅层331构成的光电元件。但是,并不限定于此,根据需要,也可以使用由微晶(microcrystalline)硅层构成的光电元件。此外,作为太阳能电池的光吸收层的材料,可无限制地使用硅以外的已知的材料。

这样的光电元件可以为依次层积p型、i型、n型硅层的p-i-n二极管的结构,上述p型、i型、n型硅层可以通过接收光产生的光伏电力生产电。其中,i型意味着未掺杂杂质的固有的(intrinsic)。此外,n型或p型掺杂,优选在形成非晶硅层时在原位(in situ)掺杂杂质。在p型掺杂时,作为杂质一般使用硼(B),n型掺杂时,作为杂质一般使用磷(P)或砷(As),但并不限定 于此,可无限制地使用已知的技术。

另一方面,除了p、i、n型以外,光电元件也可以由p+、i、n+型、n、i、p型(特别是n+、i、p+)、p、p、n型(特别是p+、p-、n+)、p、n、n型(特别是p+、n-、n+)或n、n、p型(特别是n+、n-、p+)的硅层形成。其中,+和-的意思是,表示掺杂浓度的相对差,+比-具有高浓度的掺杂浓度。例如,n+意味着比n-高浓度的掺杂。未标有+或-的情况是指,掺杂浓度没有特别的限制。另外,位于p和n型之间的半导体层发挥光吸收层(例如i型)的功能。

另一方面,为了提高第一多晶硅层311、第二多晶硅层321、第三多晶硅层331的各种特性,还可以进行在规定温度下对这些多晶硅层进行额外热处理而消除缺陷的缺陷消除工序,或者对这些多晶硅层进行氢等离子处理而去除多晶硅层内存在的悬空键的氢钝化(hydrogen passivation)工序。

作为另一例,光电元件部300也可以是一个光电元件上还形成另一个光电元件的层叠结构(即,串联(tandem)结构)。即,光电元件部可以是多晶光电元件层和非晶形光电元件层层叠的结构、微晶形光电元件层和非晶形光电元件层层叠的结构等,但应理解为,包括层叠为双层以上的结构。

参照图9,将其应用到本发明如下。将配置在下部的光电元件称作第一、第二、第三半导体层,配置在上部的光电元件称作第四、第五、第六半导体层时,在图9中,用附图标记310图示的半导体层可配置第一半导体层,用附图标记320图示的半导体层可配置第二、第三、第四、第五半导体层,用附图标记330图示的半导体层可配置第六半导体层,由此形成串联结构。

另一方面,在串联结构的光电元件部300中,在一个光电元件和另一个光电元件之间,增加形成作为透明导电体的连接层(未图示)。所述连接层使层叠的光电元件之间(例如,多晶光电元件和非晶形光电元件之间)形成欧姆接触(ohmic contact),从而具有能够提高太阳能电池的光电转换效率的作用。优选,所述连接层是在ZnO中少量添加Al的AZO(ZnO:Al),但并不限定于此,可以无特别限制地使用普通的ITO、ZnO、IZO、FTO(SnO2:F)、BZO等透明导电材料。

在以上的详细说明中,本发明通过具体构成要素等特定事项和有限的实施例以及图进行了说明,但是,这些是为了有助于整体理解本发明而提供,本发明并不限定于所述实施例,本发明所属技术领域的普通技术人员通过所 述记载可进行各种修改以及变形。因此,本发明的思想并非局限在上述说明的实施例,不仅是后述的权利要求书,与其权利要求范围等同或等价的变形均属于本发明的思想范畴。

再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1