用于光伏电池或模块的背接触基板的制作方法_2

文档序号:9925452阅读:来源:国知局
并且全部形成在相同基 板上的多个光伏电池,其中,所述光伏电池如上所述。
[0027] 在阅读将随后仅作为示例给出并且参考附图进行的描述时将获得对本发明的更 好理解,在所述附图中: -图1为用于太阳能电池的背接触体(back contact)的示意性横截面, -图2是W图1的背接触体所制成的太阳能电池的示意性横截面; -图3示出了砸化之后的不同背接触体的S个顶视图照片; -图4a是示出了针对不同堆叠的砸化之后的质量增益的图解,并且图4B是与图3的那些 类似的照片。 -图5示出了具有两个不同的背接触体的两个CIGSSe吸收体的SEM横截面; -图6示出了在130皿(a)和65皿(b)的Al厚度的情况下的Pl图案化线的显微镜图像;W 及 -图7是示出了通过共聚焦显微术、根据侣层厚度所确定的玻璃/Si3N4/Al/TiON/Mo堆 叠中的Pl沟槽的边缘处的升离(lift-off)高度的图解。
[002引为了清楚表示,图1和图2中的附图不按比例,因为特别地在载体基板和所沉积的 薄膜之间的厚度中的差异是显著的,例如大约为500倍。
[0029] 图1图示了用于光伏电池的背接触基板1,包括: -载体基板2,例如由玻璃制成; -在基板2上形成的对碱的屏障薄膜4; W及 -在对碱的屏障薄膜4上形成的电极6。
[0030] 贯穿文本,表述"在B上形成(或沉积)的A"被理解为意指A直接形成在B上并且因此 与B接触,或者在A和B之间插入一个或多个薄膜的情况下在B上形成。
[0031] 应当注意,贯穿文本,术语"电极"被理解为意指电流输送涂层,其包括至少一个薄 膜,所述薄膜传导电子,也就是说具有由电子的迁移率提供的导电率。
[0032] 还应当注意,贯穿文本,在此"基于A的材料"意指材料主要由A制成,使得其定为目 标的功能被实现。其优选地包含至少80%原子百分比的A,例如至少90%原子百分比的A。如果 材料是"基于A和B的",则意指其优选地包含至少80%的总原子百分比的A和B,例如至少90% 的总原子百分比的A和B。
[0033] "总原子含量"意指元素的原子含量相加。如果A的原子含量是35%并且B的原子含 量是55%,则A和B的总原子含量是90%。
[0034] 此外,贯穿文本,表述"包括薄膜"当然应当被理解为"包括至少一个薄膜"。
[0035] 对碱的屏障薄膜4例如基于下述中的一个:氮化娃、氧化娃、氮氧化娃、碳氧化娃、 氧化侣或氮氧化侣,如将在下面进一步解释的。
[0036] 图示的电极6由下述组成: -在对碱的屏障薄膜4上直接形成的金属薄膜8; -对砸化的屏障薄膜10,其在金属薄膜8上直接形成;W及 -基于金属M的上部薄膜12,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,其直接在对砸化的屏障薄膜10上形成。
[0037] 金属薄膜8形成电极的主导电涂层。其对于实现电极6的所需导电性是基本的,并 且W下将被进一步详细解释。主导电涂层可W仅包括金属薄膜或包括金属薄膜的若干薄 膜。
[0038] 重要地,金属薄膜基于侣,并且金属薄膜8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。
[0039] 应当注意到,贯穿文本,术语"仅一个薄膜"被理解为意指同一材料的薄膜。然而, 该单个薄膜可W通过同一材料的若干薄膜的叠加来获得,在所述若干薄膜之间存在有可能 表征的界面,如W0-A-2009/080931中所描述的那样。
[0040] 如将在下面进一步解释的,金属薄膜8基于侣。
[0041] 对砸化的屏障薄膜10保护金属薄膜8免受砸化。其例如是金属氮化物或氮氧化物 (诸如Ti0xNy、Mo0xNy、Zr0xNy、Ta0xNy、A10xNy)的薄膜,或金属氧化物(诸如Mo0x或Ti0x)的薄 膜。
[0042 ] 还重要的是,对砸化的屏障薄膜具有至多50皿、优选地至多30皿、优选地至多20皿 的厚度。
[0043] 欧姆接触薄膜12是用于与将直接沉积在上方的光吸收硫族化物薄膜建立良好电 接触。其例如在砸化之前基于钢或鹤。
[0044] 将在下面进一步解释对砸化的屏障薄膜10和欧姆接触薄膜12。
[0045] 运样的背接触基板1意在用于添加有钢的光敏材料的制造。该元素已知为改善 CISXIGS或CIGSSe类型的光敏材料的性能。因为钢含量是过程中的关键参数,所W需要控 制从玻璃朝着光敏材料的钢迁移,并且因此,可能需要碱屏障膜4的存在。在其中基板不包 括碱物质或如杂质的情况下,对碱的屏障薄膜4可W被省略。通过"碱",意指"碱元素",不论 其氧化状态如何,即,W金属或离子形式。典型的玻璃基板例如是钢-巧-娃玻璃,并且包括 钢离子。
[0046] 用于制造光敏材料的另一技术在于使用从例如由玻璃制成的载体基板的钢离子 的迁移,W便形成光敏材料。在该情况下,背接触基板1不具有对碱的屏障薄膜4,并且金属 薄膜8例如在载体基板2上直接形成。
[0047] 而且,在替代形式中,电极6包括一个或多个插入的薄膜。
[0048] 因此,通常,背接触基板I包括载体基板2和电极6,所述电极6包括: -在载体基板2上形成的金属薄膜8,所述金属薄膜8基于侣并且具有至多300nm、优选地 至多1 OOnm、优选地至多90nm、优选地至多SOnm的厚度; -对砸化的屏障10,其在金属薄膜8上形成并且具有至多50nm、优选地至多30nm、优选地 至多20nm的厚度;W及 -基于金属M的上部薄膜12,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,所述上部薄膜在对砸化的屏障薄膜10上形成。
[0049] 金属薄膜 如上所解释的,金属薄膜8用于沿着电极6的表面向连接器传导电流。
[0050] 它是基于侣的单个薄膜,优选地由侣制成。
[0化1 ] 金属薄膜8具有例如至少90%、例如至少95%的侣原子含量。
[0052] 它优选是纯的。运就是为什么它优选地包含下述附加元素当中的一个或多个:铜 (化)、儀(Ni)、销(Pt)、钢(Mo)、被(Be)、儘(Mn)、儀(Mg)、饥(V)、锋(Zn)、娃(Si),其具有至多 5%的总原子含量。运些金属是例如用于增加冶金过程(采矿、精炼、祀制造)的硬度或副产物 的添加剂。
[0053] 而且,金属薄膜8包含氧(0)和/或氮(N),其具有至多5%、优选地至多2%的总的最大 原子含量。
[0054] 为了降低针对太阳能模块的制造成本,金属膜的厚度应当尽可能低。通过使用非 常薄的膜,不仅材料成本可W降低,而且还有沉积设备的吞吐量W及因此制造设备本身的 成本也降低。另一方面,背电极的薄层电阻应当足够高,W便减少将会限制太阳能电池或模 块的效率的欧姆损耗。
[0化5] 重要地,金属薄膜8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。
[0化6] 还优选地,其厚度为至少40nm、优选地至少50nm、优选地至少60nm。
[0化7] 金属薄膜8具有至多1扣Q .cm、优选地至多1化Q .cm、优选地至多化化mcm的电阻 率。
[005引金属薄膜8优选地具有低于2 Q /□、优选地低于1 Q /□的薄层电阻。
[0059] 对砸化的屏障薄膜 对砸化的屏障薄膜10此外保护金属薄膜8免受可能的砸化和/或硫化。应当注意,保护 免受砸化的薄膜也保护免受硫化。
[0060] 术语"对砸化的屏障薄膜"被理解为意指能够防止或减少覆盖有对砸化的屏障的 薄膜在通过砸化和/或硫化形成的半导体材料的薄膜在对砸化的屏障上的沉积期间的砸化 的任何类型的材料的薄膜。本发明的含义内的对砸化的屏障示出了甚至在化m厚度下的经 证实的有效性。
[0061] 用于确定材料是否适合用于作为对砸化的屏障的角色的砸化可能测试是比较在 欧姆接触薄膜12和金属薄膜8之间具有和不具有该材料的5nm的薄膜的样本,并且例如通过 在100%的砸气氛中在10分钟期间W大气压力、W520°C进行加热来使样本经受砸化。如果金 属薄膜8的砸化被减少或阻止,并且欧姆接触薄膜12被完全砸化,则该材料是有效的。
[0062] 对砸化的屏障薄膜10的材料例如基于金属氮化物或氮氧化物M'ON,诸如TiOxNy、 1〇0、成、胖0、成、抓0、成、1?60、成、2'0、成、化山成、410、成,或金属氧化物,诸如]\1〇0、或1'10义。
[0063] 通常,它是适合于保护金属薄膜8免受可能的砸化或硫化的任何类型的材料。
[0064] 材料还可W基于金属氧化物,诸如氧化钢、氧化铁或混合的钢和铁的氧化物。
[0065] 然而,氮氧化物优选于氧化物。
[0066] 更优选地,其设及基于下述当中的至少一个的材料:M〇x0yNz、Wx0yNz、Tax0yNz、 NbxOyNz、RexOyNz,甚至更优选地MoxOyNz。
[0067] 对砸化的屏障薄膜优选地具有在0和-IOG化之间、优选地在-1和-5GPa之间的压缩 应力。
[0068] 对砸化的屏障薄膜还优选地是具有至多IOnm的颗粒大小的纳米晶或非晶的。
[0069] 替代地,还可W使用氮化物用于所有W上列出的材料,即x=0。最经常在实验中使 用 MoN。
[0070] 它还可W基于若干金属氮氧化物M0N、M ' ON等。
[0071] 或若干氮化物。
[0072] 应当注意到,上述氮化物、氧化物和氮氧化物可W在氮和氧方面分别是亚化学计 量的、化学计量的或超化学计量的。
[0073] 虽然优选地,在氮氧化物的情况下,对砸化的屏障薄膜具有至少1%和至多50%的摩 尔组成〇/(〇+N)。
[0074] 还优选地,对砸化的屏障薄膜具有至少15%且至多80%的摩尔组成M V(M ' +0+N)。
[0075] 对砸化的屏障10具有小于或等于l(K)nm、优选地小于或等于60nm、更优选地小于或 等于40nm的厚度。
[0076] 如果对砸化的屏障10非常薄,则存在它不再具有显著效应的风险。因此,它具有例 如至少5加1、优选地至少IOnm的厚度。对砸化的屏障10具有比金属薄膜8更低的导电率。例 如,在基于金属氧化物、氮化物或氮氧化物的薄膜的情况下,它具有在20化ohm. cm和1
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