用于光伏电池或模块的背接触基板的制作方法_3

文档序号:9925452阅读:来源:国知局
000 y ohm. cm之间的电阻率。
[0077] 作为对砸化的屏障10的微小厚度的结果,高电阻率对于电池的性能并不有害,电 流横向地通过。
[0078] 此外,对砸化的屏障10优选地能够限制朝向载体基板2的钢离子的向后扩散,也就 是说钢离子从欧姆接触薄膜12的顶部通过欧姆接触薄膜12并且朝向载体基板2的扩散。
[0079] 该性质在若干方面是有利的。
[0080] 其使得制造过程更可靠,在于添加碱金属W便形成光敏材料,例如通过在电极6的 欧姆接触薄膜12上沉积钢化合物,或者通过在光敏材料的沉积期间添加钢化合物,例如使 用包括钢或其它碱金属的祀,如在US-B-5 626 688中描述的。
[0081] 欧姆接触薄膜 用于欧姆接触薄膜12的金属M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,特别是与基于铜和砸和/或硫黄铜矿的光敏半导体材料,例如CuQn,Ga) (S, Se)2类型的光敏材料,特别是CIS或CIGSXIGSSe,或还有Cu2(Zn,SnKS,Se)4类型的材料或 蹄化儒(CdTe )或硫化儒(CdS )类型的材料。
[0082] 术语"欧姆接触薄膜"被理解为意指一种材料的薄膜,使得接触部的电流/电压特 性是非整流和线性的。
[0083] 优选地,欧姆接触薄膜12是电极6的最后的欧姆接触薄膜,也就是说,电极6在薄膜 12上方不具有另一薄膜。
[0084] 薄膜12意在通过砸化和/或硫化被充分变换成Mo(S,Se)2,另一方面,该材料不被 视为"基于元素钢"的材料,而是基于二硫化钢、基于二砸化钢或基于二硫化钢和二砸化钢 的混合物的材料。
[0085] 常规地,记号(S,Se)指示运设及SxSei-X的组合,其中0 < X。。
[0086] 应当注意到,图1中所图示和W上所述的基板是在光伏电池或模块的制造中的中 间产物。该中间产物随后作为用于制造光敏材料的过程的结果而经变换。上述背接触基板1 被理解为变换之前的中间产物,其可W被存储和分派到其它生产场所W用于模块的制造。
[0087] 为了一旦被变换成Mo(S,Se)2就充当欧姆接触部的欧姆接触薄膜12例如在砸化之 前具有至少IOnm且至多100皿的厚度,优选地至少30皿且至多50皿的厚度。大的厚度是没有 必要的。在砸化之后,Mo(S,Se)2具有为初始钢薄膜的厚度的3-4倍的厚度。
[0088] 所述金属M有利地是基于钢的和/或基于鹤的。
[0089] 二硫化钢和/或二砸化钢的化合物Mo(S,Se)2是作为欧姆接触薄膜具有经证实的 有效性的材料。鹤(W)是具有类似化学性质的材料。它也形成硫族化物半导体WS2和WSesnMo (S,Se)2和W(S,Se)2二者都可W被形成为P型半导体。仍更一般地,其设及能够在硫化和/或 砸化之后形成与光敏半导体材料、更具体地与基于铜和砸和/或硫黄铜矿的光敏材料的欧 姆接触薄膜的任何类型的金属M。
[0090] 载体基板 现在将描述载体基板2和对碱的屏障4。载体基板可W是刚性的或柔性的,并且可W由 各种材料制成,诸如钢-巧-娃或棚娃玻璃、陶瓷片材、金属膜或聚合物膜。
[0091] 可W区分两种情况:其中在吸收体薄膜的形成期间或之前在背接触基板上添加碱 的情况(第一情况)W及其中仅仅从载体基板的碱的迁移用于渗杂吸收体薄膜的情况(第二 情况)。
[0092] 在第一情况下使用被提供有一个或多个对碱的屏障薄膜4(即,对碱物质扩散的屏 障)的基板,特别是为了使得有可能将通过浮法过程获得的钢-巧-娃类型的玻璃片材、展现 出该类型的材料中已知的所有品质(诸如例如,其透明度、其不可透水性及其硬度)的相对 低成本的玻璃用作基板。
[0093] 在该情况下,基板2的碱物质的含量是对碱的屏障薄膜4将最小化的不利条件,因 为仅想要来自背接触基板上且W受控量的添加的碱。
[0094] 对碱的屏障4优选地基于从下述中选择的材料中的至少一个:氮化娃、氧化娃、氮 氧化娃、碳氧化娃、碳氧化娃和氮氧化娃的混合、氧化侣或氮氧化侣。
[00M]替代地,钢-巧-娃玻璃基板在没有对碱的屏障薄膜的情况下被使用,但是通过对 于所谓的混合碱效应的益处的基质适配(ma化ix adaptation)来降低碱迁移率。可W扩散 通过电极W渗杂光敏材料的钢含量显著减少,并且在吸收体薄膜的形成期间或之前添加 碱。
[0096]在替代形式中,仍在第一情况下,载体基板2是不包括碱物质的任何适当类型的材 料的片材,例如不包括碱物质的娃基玻璃,诸如棚娃玻璃、高应变点玻璃,或由塑料或者甚 至金属制成。
[0097]在第二情况(没有添加碱)下,载体基板2为包括碱物质、例如包括钢离子和钟离子 的任何适当类型。
[009引例如,基板是钢-巧-娃玻璃。对碱的屏障薄膜不存在。
[0099]在运两种情况下,载体基板2意在一旦电极在其上形成就充当光伏模块中的背接 触部并且因而不需要是透明的。构成载体基板2的片材可W是平坦的或圆化的,并且可W展 现出任何类型的尺寸,特别是大于1米的至少一个尺寸。
[0…0] 制造过程 本发明的另一主题是用于制造上述背接触基板1的过程。
[0101 ]所述过程包括在于下述各项的阶段: -在载体基板2上沉积金属薄膜8,其具有对碱的屏障薄膜4的可选在先沉积和/或粘附 薄膜的可选在先沉积; -在金属薄膜8上、例如直接在其上或在插入中间薄膜的情况下沉积对砸化的屏障薄膜 10; -在对砸化的屏障薄膜10上沉积基于金属M的欧姆接触薄膜12,并且将所述基于金属M 的薄膜变换成金属M的硫化物和/或砸化物。该变换阶段可W是在CISXIGS或CZTS半导体薄 膜的形成之前的分离的阶段或者在CISXGS或CZTS半导体薄膜的砸化和/或硫化期间实施 的阶段,不论该砸化和/或硫化是在所述半导体薄膜的沉积期间还是在被称为半导体薄膜 的前体的金属成分的沉积之后被实施。
[0102]各种薄膜的沉积例如通过磁控管阴极瓣射来实施,但是,在替代形式中,使用任何 适当类型的另一过程,例如热蒸发、化学气相沉积或电化学沉积。
[0…引光伏电池 本发明的另一主题是半导体器件20(图6),其使用上述背接触基板1来在其上形成一个 或多个光敏薄膜22、24。
[0104] 第一光敏薄膜22通常是P型渗杂薄膜,例如基于铜Cu、铜In和砸Se和/或硫S黄铜 矿。如上所解释的,它可W是例如CIS、CIGS、CIGSSe或CZTS。
[0105] 第二光敏薄膜24是n型渗杂的并且被描述为缓冲体。它例如由CdS(硫化儒)组成, 并且被直接形成在第一光敏薄膜22上。
[0106]在替代形式中,缓冲体薄膜24例如基于InxSy、Zn(0,S)或ZnMgO,或者由任何适当类 型的另一材料制成。再次在替代形式中,电池不包括缓冲体薄膜,并且第一光敏薄膜22本身 形成p-n同质结。
[0107] 通常,第一光敏薄膜22是P型的或具有通过添加碱金属元素所获得的p-n同质结的 薄膜。
[0108] 光敏薄膜的沉积包括砸化和/或硫化的阶段,如在下面更详细解释的。沉积可W通 过元素Cu、In、Ga和Se(或化、Sn、Zn、S)的蒸发来实施。在运些砸化和/或硫化阶段期间,基于 金属M的欧姆接触薄膜12被变换成基于M(S,Se)2的薄膜12'。该变换设及例如整个欧姆接触 薄膜12。
[0109] 半导体器件20因而包括: -载体基板2和在载体基板2上形成的电极6',所述电极6'的欧姆接触薄膜12'已经被变 换。
[0110] 电极6'包括: -金属薄膜8; -在金属薄膜8上形成的对砸化的屏障薄膜10; W及 -在对砸化的屏障10上形成的基于M(S,Se)2的欧姆接触薄膜12'。半导体器件包括在欧 姆接触薄膜12'上的并且与后者接触的(多个)光敏半导体薄膜14、16。
[0111] 本发明的另一主题是包括如上所述的半导体器件20的光伏电池30。
[0112] 如图6中所图示的,电池包括例如: -由薄膜8、10、12'、22和24形成的半导体器件20; -透明电极32,其例如由化0:A1制成,形成在第一光敏薄膜22上和缓冲体薄膜24上,在 后者存在的情况下,在透明电极32和半导体器件20之间具有电阻薄膜34的可选插入,所述 电阻薄膜34例如为固有化0或固有ZnMgO的。
[0113] 在替代形式中,透明电极32包括渗杂有嫁或棚的氧化锋的薄膜或者还包括氧化铜 锡(口0)薄膜。
[0114] 通常,它是任何适当类型的透明导电材料(TC0)。
[0115] 透明电极32是所谓的前电极。作为提醒,在光伏电池或模块中,背电极6是在入射 光的路径上置于吸收体薄膜之后的电极,并且前电极是置于之前的电极。运就是为什么具 有沉积在其上的背电极6的载体基板2被称为背接触基板。
[0116] 为了良好的电连接和良好的导电性,金属栅格(未表示出)随后可选地被沉积在透 明电极32上,例如通过掩模,例如通过电子束。其是例如Al(侣)栅格,例如具有近似2皿的厚 度,其上沉积了Ni(儀)栅格,例如具有近似50nm的厚度,W便保护Al薄膜。
[0117] 电池30随后被保护免受外部侵蚀。为此,它例如包括反基板40,所述反基板40覆盖 前电极32并且经由由热塑性聚合物制成的层压锥50而层压到经涂覆的基板,即层压到前电 极32。它是例如EVA、PU或PVB片材。
[0118] 本发明的另一主题是包括在相同基板2上形成的若干光伏电池的光伏模块,所述 电池彼此串联连接并且通过半导体器件20的薄膜的后续图案化和涂覆来获得。多达100个 单独电池的该单片集成是用于大面积商用薄膜模块的技术现状。其还包括通过欧姆接触薄 膜12、对砸化的屏障薄膜10和金属薄膜8而制成1至多于100个激光Pl划割沟槽。
[0119] 本发明的另一主题是用于制造半导体器件20和W上光伏电池30的过程,所述过程 包括通过砸化和/或硫化来形成光敏薄膜的阶段。
[0120] 存在许多已知过程用于制造CuQn, Ga)(S,Se)2类型的光敏薄膜。光敏薄膜22是例 如用W下方式形成的CIGS或CIGSSe薄膜。
[0121 ]在第一阶段中,薄膜的前体被沉积在电极6上。
[0122] 由CuGa和In类型的薄膜的交替组成的金属堆叠例如
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