专利名称：太阳能电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术：
将太阳光能量转换成电能的太阳能电池通过利用被称为P型半导体和N 型半导体的两类半导体发电。太阳能电池可以主要被分为在大多数商品中使 用的晶体硅太阳能电池、可使用廉价基板的薄膜太阳能电池以及结合晶体硅 太阳能电池和薄膜太阳能电池的混合太阳能电池。
在本发明中，利用在薄玻璃或塑料基板上涂覆膜的方法形成薄膜太阳能 电池。通常，载流子的传播(spread)距离在薄膜太阳能电池中比在晶体硅 太阳能电池中短，并且当薄膜仅由P-N结结构制成时，由太阳光产生的电子 -空穴对的收集效率非常低。因此，运用利用PIN结构的薄膜，在该PIN结 构中具有高的光吸收效率的本征半导体材料的光吸收层插设在p型半导体
与N型半导体之间。
在薄膜太阳能电池的通常结构中，前透明导电层、PIN层和后反射电极 层被顺序沉积在基板上。在该结构中，太阳光透过前透明导电层且在光吸收 层中被吸收，在光吸收层中未被吸收且因而透过光吸收层的光被后反射电极 层反射，然后在光吸收层中被吸收。
当太阳能电池的光吸收层由具有数微米或更小厚度的薄膜型形成时，较 少的太阳光被吸收且电流密度由于光透射而减小。因此，使用前透明导电层 和后反射电极层的光散射/捕获(trapping)技术对于增加太阳能电池的效率 起重要的作用。
为了增加太阳能电池的效率，可紋理化透明导电层。而且，为了通过增 加光的路径长度而改善光效率，被紋理化的透明导电层也可定位在后电极层 与N层之间。
然而，用于紋理化后电极层与光吸收层之间的透明导电层的制造工艺很 复杂，且光效率会被透明导电层降低，该透明导电层的导电率低于后电极层的金属的导电率。而且，由于层之间的接触界面增加，所以缺陷产生的可能 寸生i曾力口。
在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对于本发明背景技术 的理解，因此其可包括不构成本国本领域的普通技术人员已知的现有技术的
信息。
发明内容
因此，本发明通过增加后电极层的反射系数来最大化光吸收效率，而未 降低导电性，并且简化了制造方法。
根据本发明示例性实施例的太阳能电池的制造方法包括在基板上沉积 透明导电层；图案化透明导电层；形成半导体层，该半导体层沉积在图案化 的透明导电层上；图案化半导体层；用金属粉涂覆图案化的半导体层；在涂 覆有金属粉的半导体层上形成后电极层；以及，图案化后电极层和半导体层。 在图案化的半导体层上涂覆金属粉的步骤中，金属粉可覆盖图案化的半 导体层的上表面和侧表面。
金属粉可以是银(Ag)、铝(Al)、钛(Ti)及其合金之一。 金属粉可由尺寸在50 nm至5 |im范围内的颗粒构成。 金属粉可分散在挥发性溶剂中并作为溶液、膏或墨被涂覆在半导体层上。
在图案化的半导体层上涂覆金属粉可通过使用以下至少之一完成旋 涂、狭缝涂覆、喷涂、丝网印刷、喷墨法、照相凹版印刷、胶印以及滴涂。
在图案化的半导体层上涂覆金属粉的步骤中，金属粉可与两亲溶剂或表 面活性剂混合且被涂覆在半导体层上。
两亲溶剂或表面活性剂可以是乙醇、甲醇、丙酮、异丙醇、N-曱基吡咯 烷酮(NMP)、环戊酮和环己酮之一。
在图案化的半导体层上涂覆金属粉之前，半导体层可被等离子体照射以 在半导体层的表面上形成凸出和凹陷。
在图案化的半导体层涂覆金属粉之前，半导体层可^C热处理。
在图案化的半导体层涂覆金属粉之前，半导体层可用附着剂涂覆。 在图案化透明导电层之前，透明导电层的上表面被紋理化。根据本发明另 一示例性实施例的太阳能电池的制造方法包括在基板上 沉积透明导电层；图案化透明导电层；形成半导体层，该半导体层沉积在图 案化的透明导电层上，其中半导体层包括P层、I层和N层；用金属粉涂覆 半导体层；图案化半导体层；在图案化的半导体层上形成后电极层；以及， 图案化后电极层和半导体层。
在图案化透明导电层之前，透明导电层的上表面可以被紋理化。 在半导体层上涂覆金属粉的步骤中，金属粉可与两亲溶剂或表面活性剂
混合，该半导体层可用金属粉涂覆。
两亲溶剂或表面活性剂可以是乙醇、曱醇、丙酮、异丙醇、N-曱基吡咯 烷酮(NMP)、环戊酮和环己酮之一。
根据本发明另一示例性实施例的太阳能电池包括基板；沉积在基板上 的透明导电层；沉积在透明导电层上的半导体层；涂覆在半导体层上的金属 粉；形成于半导体层中的接触孔；以及填充于接触孔中且覆盖半导体层的后 电极层。
金属粉可被涂覆在由接触孔暴露的半导体层的侧表面上。 金属粉可以由4艮、铝、钛及其合金之一制成。 金属粉可与两亲溶剂或表面活性剂混合且被涂覆在半导体层上。 半导体层包括P层、I层和N层。
根据本发明另一示例性实施例的太阳能电池包括基板；沉积在基板上 的反射电极层；涂覆在反射电极层上的金属粉；沉积在涂覆有金属粉的反射 电极层上的半导体层；以及沉积在半导体层上的后电极层。
可进一步包括形成于后电极层上的连接电极。
根据本发明，金属粉被涂覆在光吸收层上，使得后反射电极的反射系数 增加且侧部中被吸收的光的反射系数增加，从而最大化光吸收量。
图1至图7是依次示出根据本发明的示例性实施例的太阳能电池的制造 方法中的制造工艺的横截面视图8至图11是依次示出根据本发明的另一示例性实施例的在太阳能电 池的制造方法中的制造工艺的横截面视图12是示出根据本发明的另一示例性实施例的太阳能电池的横截面视
7图。
具体实施例
以下将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。正如本领域的技 术人员所理解的，可以在不脱离本发明的精神或范围的前提下对所描述的实 施例以各种方式进行修改。本发明的示例性实施例为本领域的技术人员提供 本发明的特征和范围的完整公开。
在附图中，为了清晰，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。在通篇说 明书中，相似的附图标记表示相似的元件。应该理解的是，当元件诸如层、 膜、区域或基板被称为在另一元件"上，，时，其可以直接在另一元件上或者 也可以存在中间元件。
图1至图7是截面图，依次示出根据本发明示例性实施例的太阳能电池 的制造方法中的制造工艺。
首先，如图1所示，透明导电层110被沉积在基板100上，透明导电层 110的表面^皮紋理化处理。透明导电层110可由Sn02、 ZnO:Al、 ZnO:B、 ITO (铟锡氧化物)或IZO (铟锌氧化物)制成。紋理化透明导电层110的表面，使 得透明导电层110的表面不平坦，通过减少在太阳光入射的表面处的光反射， 增加了太阳能电池对太阳光的有效吸收量。
接下来，如图2所示，透明导电层110通过激光刻图(laser scribing) 被图案化。
接下来，如图3所示，P层130、 I层140和N层150^皮依次沉积在图 案化的透明导电层IIO上，以形成半导体层200。 P层130、 I层140和N层 150可通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积。
接下来，如图4所示，金属粉160被涂覆在半导体层200上。 用于在半导体层200上涂覆金属粉160的方法可以是以下之一旋涂、 狭缝涂覆(slit coating )、喷射(spraying )、丝网印刷(screen printing),喷 墨法(ink-jetting )、照相凹版印刷(gravure printing )、月交印(offset printing) 以及滴涂(dispensing )。为了通过使用这些方法在半导体层200上涂覆金属 粉160，金属粉160被分散在具有高挥发性的溶剂中，从而不影响金属粉160 和不同的层，金属粉160作为溶液、膏(paste)或墨(ink)涂覆在半导体 层200上。用于在半导体层200上涂覆金属粉160的分散剂可以是两亲溶剂 (amphiphilic solvent)或表面活性剂。两亲;容剂或表面活性剂是同时为亲水 性和疏水性的材料，使得该材料的特性根据环境而确定。两亲溶剂或表面活性剂可以是乙醇(ethanol)、曱醇(methanol),丙酮 (acetone )、异丙醇(isopropyl alcohol )、 N-曱基吡咯烷酮(NMP， N-methyl pyrrolidone )、 环戊酉同(cyclopentanone)或环己酉同(cyclohexanone)。 其中,优选 是N-曱基吡咯烷酮(NMP)、环戊酮或环己酮。这里，两亲溶剂或表面活性剂可用作亲水溶剂，因此金属粉160与亲水 溶剂混合，使得由亲水溶剂围绕金属粉160的颗粒表面，从而金属粉160可 易于被吸收到半导体层200的表面上，另外使得金属粉160颗粒不凝结。为了改善金属粉160与半导体层200之间的附着，可应用以下方法。在用金属粉160涂覆半导体层200之前，半导体层200用氢等离子体或 氩等离子体照射以在半导体层200的表面上形成凸出和凹陷。附着力可通过使用不与半导体层200和金属粉160相互反应的附着促进 剂(adhesion promoter)或添力口齐寸改善。另外，在涂覆金属粉160之前，半导体层200可以在低温下(例如，低 于200度)被短时间(例如，短于30分钟)热处理，以增加金属粉160与 半导体层200之间的附着力。该方法可获得稳定半导体层200以及降低阻抗 的附加效应而不改变层品质。另外，具有粗糙颗粒表面的金属粉160可用于改善附着，并且可与上述 方法一起用于最大化附着力。更具体地，金属粉160可包括拥有优良的导电 性和反射系数的银(Ag)、铝(Al)、钛(Ti)及其合金之一。包括银、铝、 钛及其合金的所述金属粉160可由尺寸在50 nm至5 pm范围内的颗粒组成， 且金属粉160的所述颗粒将均匀分布，从而均匀地反射宽波长范围的光。接下来，如图5所示，半导体层200通过激光刻图被图案化。依次沉积 以形成半导体层200的P层130、 I层140和N层150以及金属粉160在该 工艺中被图案化。在图案化之前，透明导电层(未示出)可形成于半导体层 200和金属粉160上，透明导电层的上表面可被紋理化以增加太阳能电池效 率。可省略形成透明导电层和紋理化透明导电层的上表面。接下来，如图6所示，后电极层170被沉积在半导体层200和金属粉160 上。这里，后电极层170的厚度可在2000A至4000A的范围内。接下来，如图7所示，后电极层170、金属粉160和半导体层200被激光刻案化。由上述方法制造的太阳能电池最大化后反射电极层的反射系数，而不需 要在半导体层200与后电极层170之间沉积和紋理化后透明导电层。漫反射 在金属粉160所附着的部分中产生，使得被反射的光的路径增加。图8至图11是依次示出根据本发明另一示例性实施例的太阳能电池的 制造方法中的制造工艺的截面图。再次参照图1至图3，在根据本发明另一示例性实施例的太阳能电池的 制造方法中，透明导电层IIO被沉积在基板IOO上，且被紋理化，使得透明 导电层110的表面像织物(fabric)的表面一样不平坦，从而增加太阳光的吸 收效率。接下来，通过激光刻案化透明导电层110。接下来，P层130、 I层140和N层150被依次沉积在图案化的透明导 电层110上，以形成半导体层200。 P层130、 I层140和N层150可通过等 离子体增强化学气相沉积(PECVD )沉积。接下来，如图8所示，半导体层200通过激光刻图被图案化。在图案化 之前，透明导电层(未示出)可形成于半导体层200上，透明导电层的上表 面可^皮紋理化以增加太阳能电池效率。可省略形成透明导电层以及紋理化透 明导电层的上表面。接下来，如图9所示，金属粉160被涂覆在图案化的半导体层200上。 这里，金属粉160覆盖图案化的半导体层200的上表面和侧表面。用于用金属粉160涂覆半导体层的方法可以是以下之一旋涂、狭缝涂 覆、喷涂、丝网印刷术、喷墨法、照相凹版印刷、胶印以及滴涂。为了通过 使用这些方法在半导体层200上涂覆金属粉160，金属粉160被分散在具有 高挥发性的溶剂中，从而不影响金属粉160和不同的层，金属粉160作为溶 液、膏或墨而涂覆在半导体层200上。用于在半导体层200上涂覆金属粉160的分散剂可以是两亲溶剂或表面 活性剂。两亲溶剂或表面活性剂是同时是亲水性和疏水性的材料，使得材料 的特性才艮据外围环境而确定。两亲溶剂或表面活性剂可以是乙醇、曱醇、 酮、异丙醇、N-曱基 咯 烷酮(NMP)、环戊酮或环己酮。其中，优选地是N-曱基吡咯烷酮(NMP)、环戊酮或环己酮。这里，两亲溶剂或表面活性剂可用作亲水溶剂，因而金属粉160与亲水 溶剂混合，使得亲水溶剂围绕金属粉160的颗粒表面，从而金属粉160可易 于被吸收到半导体层200的表面上，而且使得金属粉160颗粒不凝结。为了改善金属粉160在半导体层200上的附着，可应用以下方法。在涂覆金属粉160之前，半导体层200用氢等离子体或氩等离子体照射， 从而在半导体层200的表面上形成凸出或凹陷。附着力可通过使用不与半导体层200和金属粉160相互反应的附着力促 进剂或添加剂改善。另外，在涂覆金属粉160之前，半导体层200可以在低温下(例如，低 于200度)被短时间(例如，短于30分钟)热处理以增加附着力。该方法 可在不改变层品质的前提下获得稳定半导体层200以及降低阻抗(resistance ) 的附力o j文应。另外，具有粗糙颗粒表面的金属粉160可用于改善附着力，可与上述方 法一起用于最大化附着力。更具体地，金属粉160可包括拥有优良的导电性 和反射系数的银(Ag)、铝(Al)、钛(Ti)及其合金之一。包括银、铝、钛 及其合金的所述金属粉160可由尺寸在50 nm至5 pm范围内的颗粒组成， 金属粉160的所述颗粒将均勻分布，从而均匀地反射宽波长范围的光。接下来，如图IO所示，后电极层170被沉积在半导体层200和金属粉 160上。这里，后电极层170的厚度可以在2000A至4000A的范围内。接下来，如图11所示，后电极层170、金属粉160和半导体层200被激 光刻案化。在由上述方法制造的太阳能电池中，金属粉160被附着到半导体层200 的侧表面作为光吸收层，使得从侧部入射的光和在内部分被反射的光以及沿 垂直方向入射的光被金属粉160漫反射。因此，进入太阳能电池的光的路径 被拉长，从而增加光吸收，因此而改善光吸收效率。另外，高效率的反射层 形成，而不需要沉积后透明导电层，这减少了所涉及的制造工艺的数量，并 因此减少了制造成本，并且由于后透明导电层相对于后电极层170的低导电 性而减少或消除了损失，并避免了由层之间的额外接触界面而产生的接触阻抗。再次参照图7和图ll，将描述才艮据本发明另一示例性实施例的太阳能电池。如图7所示，透明导电层110被沉积在基板100上。透明导电层110的 上表面可以被紋理化。具有依次被沉积的P层、I层和N层的半导体层200 形成于透明导电层IIO上。金属粉160被涂覆在半导体层200上。半导体层 200和金属粉160被图案化以形成接触孔165。填充于接触孔中的后电极层 170形成于半导体层200和金属粉160上。参照图11,与图7不同，金属粉160被涂覆于在形成接触孔165之后暴 露的半导体层200的侧表面上。因此，从侧表面入射的光被反射，从而增加 光吸收效率。根据本发明示例性实施例的太阳能电池可以是主要使用不透明金属板 的基板(substrate)型金属/N-I-P/TCO/栅格结构以及使用玻璃材料的上层 (superstrate)型TCO/P-I-N/金属结构。以下，参照图12，将详细描述根据 本发明实施例的应用基板型的太阳能电池。参照图12，根据本发明实施例的基板型太阳能电池包括沉积在基板300 上的反射电极310。透明导电层(未示出)可形成于反射电极310上。半导体层400设置于 反射电极310上。半导体层400包括依次沉积在反射电极310上的N层330、 I层340和P层350。金属粉320被涂覆在反射电极310与半导体层400之间，从而增加反射 电极310的反射系数。透明导电层360设置在半导体层400上。被图案化的连接电极370可进 一步设置在透明导电层360上。基板300可由不透明金属薄片(foil)制成。虽然已经结合目前被认为是实际的示例性实施例对本发明进行了描述， 但是应该理解的是，本发明不限于被公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖 被包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同方案。
权利要求
1.一种制造太阳能电池的方法，包括在基板上沉积透明导电层；图案化所述透明导电层；形成半导体层，所述半导体层沉积在图案化的所述透明导电层上；图案化所述半导体层；在图案化所述半导体层之后，用金属粉涂覆图案化的所述半导体层；在涂覆有所述金属粉的所述半导体层上形成后电极层；以及图案化所述后电极层和所述半导体层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中在图案化的所述半导体层上涂覆所述金属粉的步骤中，所述金属粉覆盖 图案化的所述半导体层的上表面和侧表面。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中 所述金属粉是银、铝、钛及其合金之一。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中 所述金属粉由尺寸在50 nm至5 jxm范围内的颗粒制成。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述金属粉分散在挥发性溶剂中并作为溶液、膏或墨而涂覆在所述半导 体层上。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中通过采用旋涂、狭缝涂覆、喷涂、丝网印刷、喷墨法、照相凹版印刷、 胶印和滴涂的至少之一来完成在图案化的所述半导体层上涂覆所述金属粉。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中在图案化的所述半导体层上涂覆所述金属粉的步骤中，所述金属粉与两 亲溶剂或表面活性剂混合且被涂覆在所述半导体层上。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述两亲溶剂或表面活性剂是乙醇、曱醇、丙酮、异丙醇、N-曱基吡咯 烷酮、环戊酮和环己酮之一。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中在图案化的所述半导体层上涂覆所述金属粉之前，所述半导体层被等离子体照射从而在所述半导体层的表面上形成凸出和凹陷。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中在图案化的所述半导体层上涂覆所述金属粉之前，所述半导体层被热处理。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其中 所述热处理在低于200度的温度下进行小于30分钟的时间。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中在图案化的所述半导体层上涂覆所述金属粉之前，用附着剂涂覆所述半 导体层。
13. 根据权利要求1所述的方法，其中在图案化所述透明导电层之前，所述透明导电层的上表面被紋理化。
14. 一种制造太阳能电池的方法，包括 在基板上沉积透明导电层； 图案化所述透明导电层；形成半导体层，所述半导体层沉积在图案化的所述透明导电层上； 用金属粉涂覆所述半导体层；在用所述金属粉涂覆所述半导体层之后，图案化所述半导体层； 在图案化的所述半导体层上形成后电极层；以及 图案化所述后电极层和所述半导体层。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中在图案化所述透明导电层之前，所述透明导电层的上表面被紋理化。
16. 根据权利要求14所述的方法，其中在所述半导体层上涂覆所述金属粉的步骤中，所述金属粉与两亲溶剂或 表面活性剂混合，所述半导体层用所述金属粉涂覆。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述两亲溶剂或表面活性剂是乙醇、曱醇、丙酮、异丙醇、N-曱基吡咯 烷酮、环戊酮和环己酮之一。
18. —种太阳能电池，包括 基板；沉积在所述基板上的透明导电层； 沉积在所述透明导电层上的半导体层；涂覆在所述半导体层上的金属粉； 形成于所述半导体层中的接触孔；以及 填充于所述接触孔中且覆盖所述半导体层的后电极层。
19. 根据权利要求18所迷的太阳能电池，其中 所述金属粉被涂覆在所述半导体层的由所述接触孔暴露的侧表面上。
20. 根据权利要求19所述的太阳能电池，其中所述金属粉由银、铝、钛及其合金之一制成。
21. 根据权利要求20所述的太阳能电池，其中所述金属粉与两亲溶剂或表面活性剂混合且被涂覆在所述半导体层上。
22. 根据权利要求18所迷的太阳能电池，其中所述半导体层包括P层、 I层和N层。
23. —种太阳能电池，包括 基板；沉积在所述基板上的反射电极层； 涂覆在所述反射电极层上的金属粉；沉积在涂覆有所述金属粉的所述反射电极层上的半导体层，其中所述半 导体层包括N层、I层和P层；以及 沉积在所述半导体层上的后电极层。
24. 根据权利要求23所迷的太阳能电池，其中 连接电极形成于所述后电极层上。
全文摘要
本发明提供一种太阳能电池及其制造方法。该制造方法包括在基板上沉积透明导电层；图案化透明导电层；形成半导体层，该半导体层沉积在所图案化的透明导电层上；图案化半导体层；将金属粉涂覆在图案化的半导体层上；在涂覆有金属粉的半导体层上形成后电极层；以及图案化后电极层和半导体层。该方法可用于制造具有改良的光吸收效率的太阳能电池，
文档编号H01L31/18GK101630704SQ20091015977
公开日2010年1月20日 申请日期2009年7月20日 优先权日2008年7月18日
发明者南毓铉, 吴旼锡, 徐晙荣, 敏 朴, 李昌昊, 李秉奎, 林美花, 申明勋, 郑胜在 申请人:三星电子株式会社