用于光伏电池或模块的背接触基板的制作方法

文档序号:9925452
用于光伏电池或模块的背接触基板的制作方法
【专利说明】用于光伏电池或模块的背接触基板
[0001] 本发明设及光伏电池的领域,更具体地设及用于制造薄膜光伏电池的非透明背接 触基板的领域。
[0002] 具体地,W已知方式,称为第二代光伏器件的一些薄膜光伏电池使用钢基背接触 基板,所述基板涂覆有薄的光吸收膜(即,光敏材料),所述光吸收膜由铜(Cu)、铜(In)和砸 (Se)和/或硫(S)黄铜矿制成。其可W例如是具有黄铜矿结构的CuInSes类型的材料。该类型 的材料在缩写CIS下已知。其还可W是CIGS,即附加地并入嫁化a)的材料,或CIGSSe,即并入 硫和砸二者的材料。第二类材料是由具有锋黄锡矿(Kesterite)结构的化2(化,SnKS, Se)4 (即CZTS)类型制成,使用锋和/或锡来代替铜和/或嫁。第S类是由蹄化儒(CdTe)和硫化儒 (CdS)制成的。
[0003] 对于CIS、CIGS、CIGSSe和CZTSSe类型的应用,背接触电极通常基于钢(Mo),因为该 材料展现出许多优点。它是良好的电导体(约为1化Q .cm的相对低的电阻率)。它可W经受 必要的高热处理,因为它具有高的烙点(2610°C)。它在某种程度上经得住砸和硫。吸收剂的 薄膜的沉积通常需要在高溫下与包括砸或硫的气氛接触,运倾向于损害多数金属。钢与砸 或硫反应,具体地,形成MoSe2、MoS2或Mo(S,Se)2,但是保持传导性,并且形成与CISXIGS、 CIGSSe、CZTS或CdTe薄膜的适当欧姆接触。最后,它是(:15、(:165、(:16556、〔215或〔肌6类型的 薄膜在其上良好附着的材料;钢甚至倾向于促进其晶体生长。
[0004] 然而,对于工业生产,钢展现出主要缺点:它是昂贵的材料。与侣或铜相比,原材料 的成本是高的。钢薄膜通常通过磁场辅助的阴极瓣射(即磁控管瓣射)来沉积。事实上,钢祀 的制造也是昂贵的。运是更加重要的,因为为了获得期望水平的电导率(在包含S或Se的气 氛中处理之后,至多2 Q/□、和优选至多IQ/□、甚至优选至多0.5 Q/□的每方块电阻),Mo 的相对厚的薄膜(通常大约从400nm到1微米)是必要的。
[0005] Saint-Gobain Glass化ance(法国圣戈班玻璃)的专利申请W0-A-02/065554教导 了提供相对薄的钢膜(小于500nm)并且在基板和钢基薄膜之间提供不可渗透碱金属的一个 或多个薄膜,W使得在后续热处理期间保持钢基薄膜的品质。
[0006] 钢薄膜变换成给出良好欧姆接触的Mo(S,Se)2薄膜。然而,该薄膜的厚度需要被很 好地控制。否则,可能出现若干问题: a. 如果消耗了过多的背电极,则由于高电阻而引起的功率损耗。 b. 在P2/Zn0/Mo接触部中的划割和接触中的工艺问题,即较高的接触电阻。 C.薄膜吸收体的剥离 d. 可能导致效率降低的微观尺度上的吸收体中的非均匀性。 e. 在划线P2中的Mo/MoSSe2/CIS接触部和Mo/MoSSe2/Zn0接触部的热和潮湿条件下的腐 蚀。
[0007] 在W0-A-02/065554中,结合175nm的相对厚的钢薄膜来使用侣或铜薄膜。
[000引除了砸化过程之外,背电极需要承受图案化过程。Pl图案化过程在背电极的导电 部分内形成沟槽。
[0009] Pl划割可W通过机械手段或通过ns或PS激光过程从顶部或者通过玻璃来执行。要 求是:在相邻电池之间的良好电绝缘、没有碱屏障薄膜损坏W及平滑的形貌W用于后续薄 膜的良好覆盖。除了 Pl之外,存在其它的图案化或膜移除过程:移除吸收体和缓冲体薄膜用 于P2图案化。运里,背电极必须抵抗图案化过程,W便在集成的互连中形成与前电极的接 触。图案化过程P2可W是机械的通过用细针划割或通过从顶部的皮秒激光烧蚀。在机械图 案化的情况下,低延展性金属可能导致P2内的背电极的部分移除,运导致高的接触电阻。在 激光图案化的情况下,从低烙的背电极材料中选择性移除CIS吸收体薄膜可能是困难的,导 致接触区域的分岔或损耗。在P3过程中,通过仅移除ZnO或通过移除ZnO加吸收体来将前电 极(ZnO)分离在不同的电池之间。P3过程通常是机械过程。运里,同样,软性背电极材料可能 导致背电极的部分移除。制造过程中的第四图案化步骤可W是移除与第一和最后的电池邻 近的吸收体和TCO薄膜,W用于集成的太阳能电池与汇流条(尽管是焊接或烙接过程)的外 部接触。该过程也是机械步骤,使用刷或刮。运里,软性背电极材料再次可能通过涂抹或部 分移除而引起问题。
[0010] 本发明的目的在于提供一种导电和抗腐蚀的背接触基板,其制造成本相对低,可 W被选择性地激光烧蚀或者不用于Pl和P2划割并且能够承受机械划割。
[0011] 为此,本发明的主题具体地是一种用于光伏电池的背接触基板,其包括载体基板 和电极涂层,所述电极涂层包括: -金属薄膜; -对砸化的屏障薄膜,用于保护金属薄膜,所述对砸化的屏障薄膜具有至多50nm、优选 地至多30nm、优选地至多20nm的厚度;W及 -在对砸化的屏障薄膜上,基于金属M的上部薄膜,其能够在硫化和/或砸化之后形成与 光敏半导体材料的欧姆接触薄膜, 其中,金属薄膜是基于侣并且具有至多300皿、优选地至多100皿、优选地至多90皿、优 选地至多SOnm的厚度。
[0012] 运样的导电基板展现出下述优点:使得有可能利用减少成本的材料来获得等同于 导电基板的每方块电阻,其电极涂层由仅一个钢薄膜组成。
[0013] 由于所述导电基板,用于制造光伏电池(或光伏模块)的过程另外特别可靠。运是 因为对砸化的屏障薄膜使得有可能既通过所有上部薄膜(例如,如果其厚度在10和SOniILt 间)的变换来保证Mo(S,Se)2的存在和量,又同时保证侣基薄膜的存在和均匀厚度,所述侣 基薄膜的导电性质得W保持。侣基薄膜的品质及其厚度的均匀性的保持使得有可能将材料 的量减少至最小。发现可W获得低于扣〇hm*cm的电阻率。在60nm的薄膜厚度的情况下,获得 0,72 Q的薄层电阻,运对于具有高效率的太阳能电池来说是足够的。
[0014] 在砸化和/或硫化之后、由上部薄膜形成的欧姆接触薄膜的均匀性另外有益于太 阳能电池的效率。
[0015] 发现运样的薄的对砸化的屏障薄膜适用于保护具有基于侣的材料的金属薄膜。例 如,铜没有通过测试。
[0016] 而且,具有与对砸化的薄屏障和钢薄膜组合的薄的侣基薄膜,电极能够通过激光 Pl划割测试。考虑到其低烙点,预期电极不能通过运样的测试,在该情况下,机械划割将是 必要的。
[0017] 具有清楚的Pl划割有相当大的优势。
[0018] 尽管增加上部薄膜12和对砸化的屏障薄膜10的厚度避免了在Pl划割沟槽周围的 层离。发现减小侣的厚度导致更好的Pl划割。
[0019] 根据特定实施例,所述导电基板包括分离地或根据技术上可能的所有组合所取的 下述特性中的一个或多个: -在载体基板上形成电极; -在载体基板上形成金属薄膜; -金属薄膜具有至少40nm、优选地至少50nm、优选地至少60nm的厚度; -电极包括在对砸化的屏障薄膜与载体基板之间的单个金属薄膜; -金属薄膜由侣制成; -所述金属薄膜此外包含下述附加元素之中的一个或多个:铜(化)、儀(Ni)、销(Pt)、钢 (Mo)、儘(Mn)、儀(Mg)、被(Be)、饥(V)、锋(Zn)、娃(Si),其具有至多5%的总原子含量; -所述金属薄膜此外包含氧(0)和/或氮(N),其具有至多5%的总的最大原子含量; -所述金属薄膜具有至多1扣Q .cm、优选地至多1化Q .cm、优选地至多化Q .cm的电阻 率. -所述金属薄膜具有低于2 Q /□、优选地低于1 Q /□的薄层电阻; -所述对砸化的屏障薄膜基于MoxOyNz、TixOyNz、WxOyNz、化撕成、NbxOyNz、RexOyNz当中的 至少一个. -在金属薄膜上形成对砸化的屏障薄膜; -对砸化的屏障薄膜具有在0和-IOGPa之间、优选地在-1和-5GPa之间的压缩应力; -对砸化的屏障薄膜是具有至多IOnm的颗粒大小的纳米晶或非晶的; -对砸化的屏障薄膜具有至少1%和至多50%的摩尔组成0/(0+N); -对砸化的屏障薄膜具有至少15%和至多80%的摩尔组成M V(M'+0+N); -对砸化的屏障薄膜具有至少5nm且至多lOOnm、优选地至少IOnm和至多60nm的厚度; -所述欧姆接触薄膜基于钢(Mo)和/或鹤(W); -欧姆接触薄膜形成在金属薄膜上和对砸化的屏障薄膜上(如果存在的话); -欧姆接触薄膜将与光敏薄膜接触; -所述金属M能够形成P类型的半导体硫化物和/或砸化物的化合物,其能够形成与光敏 半导体材料的欧姆接触; -背接触基板还包括在载体基板和电极之间的对碱的屏障薄膜; -在载体基板上形成屏障薄膜; -对碱的屏障薄膜基于下述中的至少一个:氮化娃、氧化娃、氮氧化娃、碳氧化娃、氧化 侣和氮氧化侣。
[0020] 本发明的另一主题是包括如上所述的背接触基板和至少光敏材料的薄膜的光伏 电池。
[0021] 根据特定实施例,所述光敏材料基于硫族化物的化合物半导体,例如Cu(In,Ga) (S,Se)2类型的材料,特别是口5、(:165、(:16556,或还有加2(211神)(5,56)4类型的材料。
[0022] 本发明的另一主题是用于制造用于光伏电池的背接触基板的过程,至少包括下述 步骤: -制成金属薄膜; -制成对砸化的屏障薄膜,其用于保护金属薄膜,所述对砸化的屏障薄膜具有至多 50nm、优选地至多30nm、优选地至多20nm的厚度;W及 -在对砸化的屏障薄膜上,制成基于金属M的上部薄膜,其能够在硫化和/或砸化之后形 成与光敏半导体材料的欧姆接触薄膜, 其中金属薄膜基于侣,并且具有至多300皿、优选地至多100皿、优选地至多90nm、优选 地至多SOnm的厚度。
[0023] 根据特定实施例,所述过程包括激光烧蚀步骤,用于形成往背接触基板中的Pl划 割。
[0024] 本发明的另一主题是一种用于如上所述的背接触基板上的光伏电池的制造的过 程,包括形成光敏薄膜的步骤,在所述步骤期间,欧姆接触薄膜被变换成所述金属M的硫化 物和/或砸化物。
[0025] 根据特定实施例,所述过程包括激光烧蚀步骤,用于形成往背接触基板中的Pl划 割。
[0026] 本发明的另一主题是一种光伏模块,其包括彼此串联连接
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