太阳能电池及其制造方法

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，尤其涉及一种能够提高电池效率的太 阳能电池及其制造方法。
背景技术：
具有半导体特性的太阳能电池将光能转换为电能。下面将简要叙述根据现有技术的太阳能电池的结构和原理。太阳能电池以正(P) 型半导体与负(N)型半导体形成结的PN结的结构形成。当太阳光入射到具有PN结的结构 的太阳能电池上时，由于太阳光的能量，在半导体中产生空穴⑴和电子(_)。通过PN结区 域中产生的电场，空穴(+)漂移向P型半导体，电子(_)漂移向N型半导体，由此随着电势 的出现而产生电能。图1是表示现有技术的太阳能电池的截面图。参见图1，现有技术的太阳能电池包括衬底10、第一电极20、电极分离部分25、光 电转换部分30、接触部分35、第二电极40和电池分离部分45。第一电极20由第一导电材料形成，其中电极分离部分25位于第一电极20的多个 图案的每个之间，以形成第一电极20的多个图案。这里，通过由激光刻划处理除去第一电极20的预定部分来形成电极分离部分25， 从而通过电极分离部分25以固定的间隔提供第一电极20的多个图案。光电转换部分30形成在第一电极20和电极分离部分25上，并由第一电极20上 的接触部分35分为光电转换部分的多个图案。这里，通过由激光刻划处理除去第一电极20 上的光电转换部分30的预定部分来形成接触部分35。在根据入射的太阳光而产生的电场 所引起的电子和空穴的平稳漂移的基础上，光电转换部分30产生电能。第二电极40由第二导电材料形成。另外，第二电极40由第一电极20上的电池分 离部分45分为第二电极的多个图案，并且同时形成在光电转换部分30和接触部分35上， 第二电极40通过接触部分35电连接到第一电极20，由此太阳能电池的相邻电池单元串联 连接。这里，通过由激光刻划处理除去第一电极20上的光电转换部分30和第二电极40的 预定部分来形成电池分离部分45。为了提高现有技术的太阳能电池的电池效率，在上文所述的光电转换部分30中 需要增加入射太阳光的传播路径的长度，从而增加在光电转换部分30中电子和空穴的产生。然而，根据现有技术的太阳能电池存在不能在光电转换部分30中增加入射太阳 光的传播路径的长度的劣势。因此很难实现所需的电池效率。

发明内容
因此，本发明涉及一种基本上避免了由于现有技术的限制和不足所造成的一个或 多个问题的太阳能电池及其制造方法。本发明的一个目的是提供一种能够提高电池效率的太阳能电池及其制造方法。本发明的其它优点、目的和特点将在随后的说明书中列出，对本领域的普通技术 人员来说，通过对下文的阅读，这些特点和方面的一部分是显而易见的或者可以从本发明 的实施领会。通过说明书文字部分、权利要求书以及所附附图中特别指出的结构，可以领会 与获得本发明的目的和其它优点。为了获得这些目的和其它优点并根据本发明的意图，如此处所体现与概括描述 的，提供一种太阳能电池，包括衬底；在所述衬底上的第一电极；在所述第一电极上的光 电转换部分；在所述光电转换部分上的第二电极；以及在所述第二电极上的多个微珠。根据本发明的另一方面，提供一种制造太阳能电池的方法，包括在衬底上形成第 一电极；在所述第一电极上形成光电转换部分；在所述光电转换部分上形成第二电极；以 及在所述第二电极上形成多个微珠。应当理解本发明的前述概括性描述和随后的详细描述都是示例性和解释性的，意 在提供如权利要求所保护的本发明的进一步解释。


所包含的用于提供对发明的进一步的理解以及被包括在本申请中和组成本申请 的一部分的附解了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图 中图1是表示现有技术太阳能电池的截面图。图2是表示根据本发明的第一实施例的太阳能电池的一种类型的截面图。图3是表示根据本发明的第一实施例的太阳能电池的另一种类型的截面图。图4表示根据本发明的一个实施例的微珠。图5表示根据本发明的另一实施例的微珠。图6表示根据本发明的另一实施例的微珠。图7是表示根据本发明的第二实施例的太阳能电池的截面图。图8是表示根据本发明的第三实施例的太阳能电池的截面图。图9是表示根据本发明的第四实施例的太阳能电池的截面图。图10是表示根据本发明的第五实施例的太阳能电池的一种类型的截面图。图11是表示根据本发明的第五实施例的太阳能电池的另一种类型的截面图。图12是表示根据本发明的第一实施例的制造太阳能电池的方法的系列截面图。图13是表示根据本发明的第二实施例的制造太阳能电池的方法的系列截面图。图14是表示根据本发明的第三实施例的制造太阳能电池的方法的系列截面图。图15是表示根据本发明的第四实施例的制造太阳能电池的方法的系列截面图。图16是表示在根据本发明的第四实施例的制造太阳能电池的方法中的额外处理 的截面图。
具体实施例方式现在将具体参考本发明的优选实施例，附图中示出了实施例的例子。在可能的情 况下，在所有附图中用相同的参考数字表示相同或相似的部件。下文中，将参考附图描述根据本发明的太阳能电池及其制造方法。太阳能电池图2是表示根据本发明的第一实施例的太阳能电池的截面图。参见图2，根据本发明的第一实施例的太阳能电池包括衬底110、第一电极120、电 极分离部分125、光电转换部分130、接触部分135、第二电极140、电池分离部分145和光散 射层150。衬底110是柔性衬底。如果需要，衬底110可以由玻璃或透明塑料形成。柔性衬底可以由聚对酞酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)或聚酰胺(PA)形成。可以 用卷到卷(roll-to-roll)的方法制造采用柔性衬底的柔性太阳能电池，从而降低制造成 本。在衬底110的整个表面上用第一导电材料形成第一电极120，并利用电极分离部 分125将第一电极120分为多个图案。即，在电极分离部分125位于第一电极120的多个 图案的每个之间的情况下，以固定间隔提供第一电极120的多个图案。第一电极120由例 如金属材料的第一导电材料形成，如Ag、Al、Ag+Mo、Ag+Ni和Ag+Cu等。第一电极120将入 射的太阳光反射至光电转换部分130。通过由激光刻划处理从第一电极120除去预定部分来形成电极分离部分125，从 而以固定间隔提供第一电极120的多个图案。光电转换部分130形成在第一电极120的多个图案和电极分离部分125上，并由 位于光电转换部分130之间的接触部分135分为光电转换部分130的多个图案。S卩，在接 触部分135位于光电转换部分130的多个图案的每个之间的情况下，以固定间隔提供光电 转换部分130的多个图案。在根据入射的太阳光而产生的电场所引起的电子和空穴的平稳 漂移的基础上，光电转换部分130产生电能。光电转换部分130可以由硅基半导体材料或诸如CIGS(Cuhfe^d)的化合物形 成。这里，光电转换部分130可按照顺序地沉积有N(负)型半导体层、I (本征)型半导体 层和P (正)型半导体层的NIP结构形成。N型半导体层表示用例如周期表中的V族元素的N型掺杂物质来掺杂的半导体层， 如用锑(Sb)、砷(As)和磷(P)掺杂；I型半导体层表示本征型半导体层；P型半导体层表示 用例如周期表中的III族元素的P型掺杂物质来掺杂的半导体层，如用硼(B)、镓(Ga)和铟 (In)掺杂。替代I型半导体层，可以形成与前面所述的N型或P型半导体层相比较薄的另 一 N型或P型半导体层；或者可以形成掺杂浓度比前面所述的N型或P型半导体层低的另 一 N型或P型半导体层。在具有OTP结构的光电转换部分130中，由P型半导体层和N型半导体层在I型 半导体层中产生耗尽，从而在其中产生电场。因此，电场使通过太阳光产生的电子和空穴漂 移，漂移的电子和空穴分别聚集在N型半导体层和P型半导体层中。若形成具有NIP结构的光电转换部分130，最好在第一电极120上形成N型半导体层，随后在N型半导体层上形成I型和P型半导体层。这是因为空穴的漂移迁移率比电子 的漂移迁移率低。为了使入射的太阳光的收集效率最大化，与光的入射面邻近地提供P型 半导体层。从图2的放大部分可知，可按照串联结构形成光电转换部分130，在该串联结构中 顺序地沉积第一光电转换层131、缓冲层132和第二光电转换层133。第一和第二光电转换层131和133都可按照顺序地沉积有N(负)型半导体层、 1(本征)型半导体层和P(正)型半导体层的NIP结构形成。替代I型半导体层，可以形成 与前面所述的N型或P型半导体层相比较薄的另一 N型或P型半导体层；或者可以形成掺 杂浓度比前面所述的N型或P型半导体层低的另一 N型或P型半导体层。第一光电转换层131可按照非晶半导体材料的NIP结构形成；第二光电转换层 133可按照微晶半导体材料的NIP结构形成。非晶半导体材料的特征为吸收短波长的光；微晶半导体材料的特征为吸收长波长 的光。非晶半导体材料与微晶半导体材料的混合可以增强光吸收效率，但是并不限于这种 混合的类型。即，第一光电转换层131可以由非晶半导体材料或微晶半导体材料制成；第二 光电转换层133可以由非晶半导体材料、结晶半导体材料或微晶半导体材料制成。特别地， 第一光电转换层131和第二光电转换层133可以由锗制成。缓冲层132位于第一和第二光电转换层131和133之间，其中缓冲层132通过隧道 结实现了电子和空穴的平稳漂移。缓冲层132可以由透明材料形成，例如&10、周期表中的 111族元素掺杂的ZnO (如，ZnO B或SiO Al)、包含氢元素的ZnO (如，ZnO H)、SnO2、SnO2 F 或ITO (氧化铟锡)。除了前文所述的串联结构之外，光电转换部分130还可按照三层结构形成。在该 三层结构中，在光电转换部分130所包括的各个第一、第二和第三光电转换层之间都插入
有每一缓冲层。通过由激光刻划处理除去第一电极120上的光电转换部分130的预定部分来形成 接触部分135，由此以固定间隔提供光电转换部分130的多个图案。第二电极140由第二导电材料形成。第二电极140由第一电极120上的电池分离 部分145分为第二电极140的多个图案，并且形成在光电转换部分130和接触部分135上， 同时通过接触部分135电连接到第一电极120，由此太阳能电池的相邻电池单元串联连接。第二电极140在光入射面上形成。第二电极140由透明材料的第二导电材料形成， 例如&10、周期表中的III族元素掺杂的SiO (如，ZnOB或SiO Al)、包含氢元素的ZnO (如， ZnO: H)、SnO2、SnO2: F 或 ITO (氧化铟锡)。通过由激光刻划处理从第一电极120上的光电转换部分130和第二电极140除去 预定部分来形成电池分离部分145，由此以固定间隔提供太阳能电池的相邻电池单元。光散射层150包括涂覆在电池分离部分145和第二电极140上的多个微珠155。 由于多个微珠155，入射的太阳光以各个方向散射，从而在光电转换部分130中获得增加的 入射太阳光的传播路径。这里，根据微珠155的折射和密度确定雾化率(hazel ratio)，最 好将该雾化率调整在10% 70%的范围内。可以通过以下步骤形成包括多个微珠155的光散射层150 通过在粘合剂157中 均勻或不均勻地散布多个微珠巧5来制备粘膏；以及将制备的粘膏涂覆在第二电极140和电池分离部分145上。可以通过印刷方法、喷涂方法、溶胶-凝胶方法、浸涂方法或旋涂方 法来进行该粘膏-涂覆处理。优选地，在形成光散射层150时，通过上述方法形成多个微珠155，接着进行紫外 线硬化处理、低温硬化处理或高温硬化处理的额外硬化(或固化)处理，从而增强微珠155 之间的粘合强度。在形成光散射层150时，通过硬化处理，粘合剂157增强了在第二电极140上和电 池分离部分145内提供的多个微珠155之间的粘合强度，但是并不限于此。如图3所示，可 以通过硬化处理除去粘合剂157，由此可以使只有微珠155粘附在第二电极140的上表面和 电池分离部分145的内表面上。因此，在第二电极140的上表面上提供的光散射层150将入射的太阳光以各个方 向散射，由此使散射的太阳光射向光电转换部分130。同时，在电池分离部分145的内表面 上提供的光散射层150能够使由电池分离部分145分开的相邻电池单元完全绝缘，并且能 够将入射到各电池单元的侧面的太阳光散射，从而最大化光俘获效率。即使在柔性衬底110被过度弯曲的时候，由于电池分离部分145中的绝缘材料的 多个微珠155，太阳能电池的相邻电池单元仍能够彼此完全绝缘。通过前文所述的多个微珠155的使用，可以将入射的太阳光以各个方向散射，下 文中将描述这些微珠。如果用于多个微珠155的材料的折射率与用于第二电极140的材料不同，则入射 的太阳光在通过多个微珠155时被折射，接着在通过第二电极140时被再次折射。因此，入 射的太阳光以各个方向被折射，并入射到光电转换部分130上，由此增加了在光电转换部 分130中太阳光的传播路径的长度。通常，第二电极140的折射率约为1.9 20。由于用于多个微珠155的材料的折 射率必须与用于第二电极140的材料的折射率不同，因此用于多个微珠155的材料是根据 前面所述的第二电极140的折射率来选择的。例如，多个微珠155可以由氧化硅(如，包含 硅元素的氧化物，即SiO2)或过渡金属氧化物(如，包含过渡金属元素的氧化物，即T^2或 CeO2)制成，但不是必须要由这些材料制成。替代用相同材料制成微珠155，可以由具有不同折射率的不同材料制成多个微珠 155。在这种情况下，当通过由具有不同折射率的不同材料制成的多个微珠155时，太阳光 被以不同的角度折射。每个微珠155都包括核心和外壳。当太阳光通过包括核心和外壳的各个微珠155 时，太阳光被以不同的角度折射。图4至图6表示根据本发明各个实施例的不同类型的微珠155的截面图。如图4所示，多个微珠155的每个都包括核心210和外壳220，其中核心210由外 壳220包围。另外，用于核心210的材料的折射率与用于外壳220的材料的折射率不同。因 此，当太阳光在外壳220之后通过核心210时被折射，随后当太阳光在核心210之后通过外 壳220时再次被折射。如图5所示，多个微珠155的每个中的核心210由空气形成。即，中空形状的微珠 155仅由外壳220形成。该结构也能实现同样的功能效果。如图6所示，多个微珠155的每个中的核心210可以包括具有不同折射率的多个材料层210a和210b ；并且外壳220可以包括具有不同折射率的多个材料层220a和220b。微珠155的截面形状可以改变，例如为圆形或椭圆形，由此可以多样地改变太阳 光的折射角。在根据本发明的第一实施例的太阳能电池中，包括多个微珠155的光散射层150 对应于光入射面形成在第二电极140上，由此将入射的太阳光以不同的角度散射。因此，增 加了在光电转换部分130中太阳光的传播路径的长度，从而实现了电池效率的提高。此外，根据本发明的第一实施例的太阳能电池可以包括保护膜(未示出)和覆盖 膜(未示出)。保护膜(未示出)形成并粘附在光散射层150上，从而防止外界的湿气渗透 到第二电极140中。覆盖膜(未示出)形成并粘附在保护膜上，从而最先阻止外界湿气的 渗透并吸收外部的冲击。保护膜可以由例如乙酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate (EVA))或聚乙烯醇缩丁 醛(poly vinyl butyral (PVB))的粘性片形成。覆盖膜可以由聚合物形成。也可省略该覆盖膜。图7表示根据本发明的第二实施例的太阳能电池。参见图7，根据本发明的第二实施例的太阳能电池包括衬底110、第一电极120、电 极分离部分125、光电转换部分130、接触部分135、第二电极140、电池分离部分145和包含 多个微珠165的聚合物膜160。除了聚合物膜160之外，根据本发明的第二实施例的太阳能 电池的结构与根据本发明的第一实施例的太阳能电池的结构相同。因此，在附图中将用相 同的参考数字表示相同或相似的部件，而省略对相同部件的具体描述。在聚合物膜160内部提供多个微珠165，由此使从外界入射的太阳光以不同的角 度散射，接着入射到光电转换部分130上。这里，多个微珠165的每个都可按照图4至6中 的任何形状形成。聚合物膜160的上表面或下表面涂覆有多个微珠165，这些微珠使入射的太阳光 以不同的角度散射并接着入射到光电转换部分130上。这里，多个微珠165可以由氧化硅 (如，包含硅元素的氧化物，即SiO2)或过渡金属氧化物(如，包含过渡金属元素的氧化物， 即TiO2或CeO2)制成，但不是必须要由这些材料制成。在根据本发明的第二实施例的太阳 能电池中，在聚合物膜160内部和在聚合物膜160的上表面或下表面上提供多个微珠165， 由此入射的太阳光被以不同角度折射。因此，增加了在光电转换部分130中入射太阳光的 传播路径的长度，从而提高了电池效率。图8表示根据本发明的第三实施例的太阳能电池。参见图8，根据本发明的第三实施例的太阳能电池包括衬底110、第一电极120、电 极分离部分125、光电转换部分130、接触部分135、第二电极140、电池分离部分145、包含多 个微珠315的保护膜310和覆盖膜320。除了保护膜310和覆盖膜320之外，根据本发明的 第三实施例的太阳能电池的结构与前文所述的根据本发明的第一实施例的太阳能电池的 结构相同。因此，在附图中将用相同的参考数字表示相同或相似的部件，而省略对相同部件 的具体描述。保护膜310可以由例如乙酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate (EVA))或聚乙烯醇 缩丁醛(poly vinyl butyral (PVB))的粘性片形成。在保护膜310内部提供多个微珠315，由此使从外界入射的太阳光以不同的角度散射，接着入射到光电转换部分130上。多个微珠315可以由氧化硅(如，包含硅元素的氧 化物，即SiO2)或过渡金属氧化物(如，包含过渡金属元素的氧化物，即T^2或CeO2)制成， 但不是必须要由这些材料制成。这里，多个微珠315的每个都可按照图4至6中的任何形 状形成。保护膜310的上表面涂覆有多个微珠315，这些微珠使入射的太阳光以不同的角 度散射并接着入射到光电转换部分130上。上述保护膜310设置为覆盖第二电极140和电池分离部分145。通过覆膜处理，将 保护膜310粘附到第二电极140并插入到电池分离部分145的内部，从而能够阻止外界的 湿气渗透到第二电极140中，并将入射在太阳能电池的电池单元的侧面上的太阳光散射， 以最大化光俘获效率。这里，通过上述覆膜处理插入到电池分离部分145内部的保护膜310 绝缘了由电池分离部分145分开的相邻电池单元。即使在柔性衬底110被过度弯曲的时候，由于电池分离部分145中的保护膜310， 太阳能电池的相邻电池单元仍能够彼此完全绝缘。覆盖膜320形成在保护膜310的整个表面上，其中覆盖膜320可以由聚合物形成。 覆盖膜320最先阻止外界湿气的渗透并吸收外部的冲击。在某些情况下，可以省略该覆盖 膜 320。在根据本发明的第三实施例的太阳能电池中，在保护膜310内部和在保护膜310 的上表面或下表面上提供多个微珠315，由此入射的太阳光被以不同角度折射。因此，增加 了在光电转换部分130中入射太阳光的传播路径的长度，从而提高了电池效率。图9表示根据本发明的第四实施例的太阳能电池。参见图9，根据本发明的第四实施例的太阳能电池包括衬底110、第一电极120、电 极分离部分125、光电转换部分130、接触部分135、第二电极140、电池分离部分145、保护膜 410和包含多个微珠425的覆盖膜420。除了保护膜410和覆盖膜420之外，根据本发明的 第四实施例的太阳能电池的结构与前文所述的根据本发明的第一实施例的太阳能电池的 结构相同。因此，在附图中将用相同的参考数字表示相同或相似的部件，而省略对相同部件 的具体描述。保护膜410可以由例如乙酸乙烯酯(EVA)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的粘性片形 成。保护膜410设置为覆盖第二电极140和电池分离部分145。通过覆膜处理，将保护膜 410粘附到第二电极140，并且还将保护膜410插入到电池分离部分145的内部，从而能够 阻止外界的湿气渗透到第二电极140中，并将太阳能电池的相邻电池单元绝缘。覆盖膜420形成在保护膜410的整个表面上，其中覆盖膜420可以由聚合物形成。 覆盖膜420最先阻止外界湿气的渗透并吸收外部的冲击。在覆盖膜420内部提供的多个微珠425使入射的太阳光以不同的角度散射并接着 入射到光电转换部分130上。这里，多个微珠425可以由氧化硅(如，包含硅元素的氧化物， 即SiO2)或过渡金属氧化物(如，包含过渡金属元素的氧化物，即T^2或CeO2)制成，但不 是必须要由这些材料制成。这里，多个微珠425的每个都可按照图4至6中的任何形状形 成。虽然未示出，多个微珠425可以涂覆在保护膜410与覆盖膜420之间，由此入射的 太阳光可以不同的角度被散射并接着入射到光电转换部分130上。若覆盖膜420形成并粘附在包含多个微珠425的保护膜410上，则覆盖膜420的表面可以具有由多个微珠425产 生的不规则结构，由此入射的太阳光在覆盖膜420的不规则结构上被折射并接着入射到光 电转换部分130上。在根据本发明的第四实施例的太阳能电池中，在覆盖膜420内部或在保护膜410 与覆盖膜420之间提供多个微珠425，由此入射的太阳光以不同角度被折射。因此，增加了 在光电转换部分130中入射太阳光的传播路径的长度，从而提高了电池效率。图10表示根据本发明的第五实施例的太阳能电池。参见图10，根据本发明的第五实施例的太阳能电池包括衬底110、第一电极120、 电极分离部分125、光电转换部分130、接触部分135、第二电极140、在第二电极140的上表 面中的不规则结构142、电池分离部分145和光散射层150。在根据本发明的第五实施例的 太阳能电池中，在第二电极140的上表面中额外提供不规则结构142，光散射层150涂覆在 该不规则结构142上。除了不规则结构142之外，根据本发明的第五实施例的太阳能电池 的结构与前文所述的根据本发明的第一实施例的太阳能电池的结构相同。因此，在附图中 将用相同的参考数字表示相同或相似的部件，而省略对相同部件的具体描述。形成在第二电极140的上表面中的不规则结构142将入射的太阳光以各个方向散 射，从而提高了光电转换部分130的光俘获效率。可以通过适当地调整形成条件使不规则结构142与第二电极140同时形成；或者 可以通过施加刻蚀处理使不规则结构142形成在具有平坦表面的第二电极140上。如在本发明的第一实施例中所描述的，可以通过以下步骤形成光散射层150 通 过在粘合剂157中均勻或不均勻地散布多个微珠155来制备粘膏；以及利用制备的粘膏，通 过印刷方法、喷涂方法、溶胶-凝胶方法、浸涂方法或旋涂方法在不规则结构142上和在电 池分离部分145中形成多个微珠155。优选地，在形成光散射层150时，通过前文所述的方法形成微珠155，接着进行紫 外线硬化处理、低温硬化处理或高温硬化处理的额外处理，从而增强微珠155之间的粘合强度。在形成光散射层150时，通过硬化处理，粘合剂157增强了在第二电极140的上表 面和在电池分离部分145的内表面上提供的多个微珠155之间的粘合强度，但是并不限于 此。如图11所示，可以通过硬化处理除去粘合剂157，由此可以使只有微珠155形成并粘附 在不规则结构142的上表面和在电池分离部分145的内表面上。在根据本发明的第五实施例的太阳能电池中，对应于光入射面在第二电极140的 上表面中形成不规则结构142，在不规则结构142上形成包括多个微珠155的光散射层 150，由此入射的太阳光以不同角度被折射。因此，增加了在光电转换部分130中入射太阳 光的传播路径的长度，从而提高了电池效率。根据本发明的第五实施例的太阳能电池的第二电极140的上表面中的不规则结 构142可以很轻易地应用到根据本发明的第二至第四实施例的各个太阳能电池。制造太阳能电池的方法图12是表示根据本发明的第一实施例的制造太阳能电池的方法的系列截面图， 图12涉及图2或图3的太阳能电池。下面将参考图12描述根据本发明的第一实施例的制造太阳能电池的方法。
首先，如图12(a)所示，在衬底110的整个表面上形成第一电极120，接着从第一电 极120除去预定部分，从而以固定间隔形成电极分离部分125。衬底110可以由柔性衬底、玻璃或透明塑料形成。可以通过溅射或印刷由例如Ag、Al、Ag+Mo、Ag+Ni或Ag+Cu的金属形成第一电极 120。可以通过激光刻划处理形成电极分离部分125。随后，如图12(b)所示，在包括第一电极120和电极分离部分125的衬底110的整 个表面上形成光电转换部分130。接着从第一电极120上的光电转换部分130除去预定部 分，从而以固定间隔形成接触部分135。光电转换部分130可以通过化学汽相沉积(CVD)方法由硅基半导体或诸如 CIGS(CuInGaSe2)的化合物来形成。这里，光电转换部分130可按照顺序地沉积N(负)型 半导体层、1(本征)型半导体层和P (正)型半导体层的NIP结构来形成。N型半导体层表 示用例如周期表中的V族元素的N型掺杂物质来掺杂的半导体层，如用锑(Sb)、砷(As)和 磷(P)掺杂；I型半导体层表示本征型半导体层；P型半导体层表示用例如周期表中的III 族元素的P型掺杂物质来掺杂的半导体层，如用硼(B)、镓(Ga)和铟(In)掺杂。替代I型 半导体层，可以形成与前面所述的N型或P型半导体层相比较薄的另一 N型或P型半导体 层；或者可以形成掺杂浓度比前面所述的N型或P型半导体层低的另一 N型或P型半导体 层。如图2所示，可按照串联结构形成光电转换部分130，在该串联结构中顺序地沉积 第一光电转换层131、缓冲层132和第二光电转换层133。替代串联结构，可按照三层结构形成光电转换部分130。在该三层结构中，在光电 转换部分130所包括的各个第一、第二和第三光电转换层之间都插入有每一缓冲层。可以通过激光刻划处理形成接触部分135。如图12(c)所示，在包括光电转换部分130和接触部分135的衬底110的整个表 面上形成第二电极140。随后从第一电极120上的光电转换部分130和第二电极140除去 预定部分，从而与接触部分135相邻地形成电池分离部分145。第二电极140可以通过溅射或MOCVD (金属有机化学汽相沉积)由透明材料形成， 例如&10、周期表中的III族元素掺杂的SiO (如，ZnOB或SiO Al)、包含氢元素的ZnO (如， ZnO: H)、SnO2、SnO2: F 或 ITO (氧化铟锡)。可以通过激光刻划处理形成电池分离部分145。如图12(d)所示，将包含多个微珠155的光散射层150涂覆到第二电极140和电 池分离部分145上。可以通过以下步骤形成包括多个微珠155的光散射层150 通过在粘合剂157中 均勻或不均勻地散布多个微珠1 来制备粘膏；以及通过印刷方法、溶胶-凝胶方法、浸涂 方法或旋涂方法将制备的粘膏涂覆在第二电极140和电池分离部分145上。这里，多个微 珠155可以由氧化硅(如，包含硅元素的氧化物，即SiO2)或过渡金属氧化物(如，包含过 渡金属元素的氧化物，即TW2或CeO2)制成，但不是必须要由这些材料制成。另外，可以进行紫外线硬化处理、低温硬化处理或高温硬化处理的额外处理，以增 强微珠155之间的粘合强度。这里，如前文所述，多个微珠155的每个都可按照图4至6中的任何形状形成。在根据本发明的第一实施例的制造太阳能电池的方法中，如图12(e)所示，可以 根据硬化处理的条件，通过除去涂覆的粘合剂157，在第二电极140的上表面和电池分离部 分145的内表面上形成多个微珠155。在根据本发明的第一实施例的制造太阳能电池的方法中，可以进行用于形成前文 所述的保护膜和覆盖膜的处理，从而防止外界的湿气渗透到第二电极140中。在某些情况 下，可以省略形成覆盖膜的处理。若将上文所述的图12的制造太阳能电池的方法应用于制造采用柔性衬底的太阳 能电池的方法中，则可以采用卷对卷方法进行图12(a)至12(e)的处理。图13是表示根据本发明的第二实施例的制造太阳能电池的方法的系列截面图， 图13涉及图7的太阳能电池。在描述根据本发明的第二实施例的制造太阳能电池的方法 时，将省略与第一实施例相同的部分的具体描述。首先，如图13(a)所示，制备包括多个微珠165的聚合物膜160。这里，多个微珠 165可以由氧化硅(如，包含硅元素的氧化物，即SiO2)或过渡金属氧化物(如，包含过渡金 属元素的氧化物，即TiO2或CeO2)制成，但不是必须要由这些材料制成。这里，多个微珠165 的每个都可按照图4至6中的任何形状形成。通过印刷方法、喷涂方法、溶胶-凝胶方法、浸涂方法或旋涂方法将多个微珠165 涂覆在聚合物膜160的上表面或下表面上。随后，如图13(b)所示，在衬底110的整个表面上形成第一电极120，接着从第一电 极120除去预定部分，从而以固定间隔形成第一电极120的多个图案和同时以固定间隔形 成电极分离部分125。如图13(c)所示，在包括第一电极120和电极分离部分125的衬底110的整个表 面上形成光电转换部分130，接着从光电转换部分130除去预定部分，从而以固定间隔形成 接触部分135。如图13(d)所示，在包括光电转换部分130和接触部分135的衬底110的整个表 面上形成第二电极140。随后从第一电极120上的光电转换部分130和第二电极140除去 预定部分，从而与接触部分135相邻地形成电池分离部分145。如图13(e)所示，将包含多个微珠165的聚合物膜160形成并粘附到第二电极140 和电池分离部分145上。若将上文所述的图13的制造太阳能电池的方法应用于制造采用柔性衬底的太阳 能电池的方法中，则可以通过卷到卷的方法进行图13(a至e)的处理。图14是表示根据本发明的第三实施例的制造太阳能电池的方法的系列截面图， 图14涉及图8的太阳能电池。在描述根据本发明的第三实施例的制造太阳能电池的方法 时，将省略与第一实施例相同的部分的具体描述。首先如图14(a)所示，在衬底110的整个表面上形成第一电极120，接着从第一电 极120除去预定部分，从而以固定间隔形成电极分离部分125。如图14(b)所示，在包括第一电极120和电极分离部分125的衬底110的整个表 面上形成光电转换部分130。接着从第一电极120上的光电转换部分130除去预定部分，从 而以固定间隔形成接触部分135。
如图14(c)所示，在包括光电转换部分130和接触部分135的衬底110的整个表 面上形成第二电极140。随后从第一电极120上的光电转换部分130和第二电极140除去 预定部分，从而与接触部分135相邻地形成电池分离部分145。如图14(d)所示，将包含多个微珠315的保护膜310形成并粘附到第二电极140 和电池分离部分145上。为此，根据本发明的第三实施例的制造太阳能电池的方法还包括 制备包含多个微珠315的保护膜310的处理。这里，多个微珠315的每个都可按照图4至 6中的任何形状形成。保护膜310可以由例如乙酸乙烯酯(EVA)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的粘性片形 成。可在保护膜310内部提供多个微珠315。多个微珠155可以由氧化硅(如，包含 硅元素的氧化物，即SiO2)或过渡金属氧化物(如，包含过渡金属元素的氧化物，即TiA或 CeO2)制成，但不是必须要由这些材料制成。这里，多个微珠315的每个都可按照图4至6 中的任何形状形成。可将多个微珠315涂覆到保护膜310的上表面或下表面上，或者可以涂覆到第二 电极140的上表面和电池分离部分145的内表面上。前文所述的保护膜310设置为覆盖第二电极140和电池分离部分145。通过覆膜 处理，将保护膜310粘附到第二电极140并插入到电池分离部分145的内部中。如图14(e)所示，在保护膜310上形成并粘附聚合物的覆盖膜320。在某些情况 下，可以省略覆盖膜320的粘附处理。若将上文所述的图14的制造太阳能电池的方法应用于制造采用柔性衬底的太阳 能电池的方法中，则可以通过卷到卷的方法进行图14(a)至14(e)的处理。上文所述的图14的制造太阳能电池的方法公开了将包含多个微珠315的保护膜 310形成并粘附在第二电极140和电池分离部分145上。然而，该方法并不限于此结构。如 图9所示，首先可以在第二电极140和电池分离部分145上形成不包含多个微珠的保护膜 410，接着可以在保护膜410上形成具有多个微珠425的覆盖膜420。为此，根据本发明的制 造太阳能电池的方法还可以包括制备包含多个微珠425的覆盖膜420的处理。这里，多个 微珠425的每个都可按照图4至6中的任何形状形成。另一种方法是，将不具有多个微珠的保护膜410形成并粘附在第二电极140和电 池分离部分145上；将多个微珠425涂覆到保护膜410上；接着在保护膜410上形成不具有 多个微珠的覆盖膜420，由此覆盖膜420可以具有取决于多个微珠425的形状的不平整的表图15是表示根据本发明的第四实施例的制造太阳能电池的方法的系列截面图， 图15涉及图10或11的太阳能电池。在描述根据本发明的第四实施例的制造太阳能电池 的方法时，将省略与第一实施例相同的部分的具体描述。首先如图15(a)所示，在衬底110的整个表面上形成第一电极120，接着从第一电 极120除去预定部分，从而以固定间隔形成电极分离部分125。如图15(b)所示，在包括第一电极120和电极分离部分125的衬底110的整个表 面上形成光电转换部分130。接着从第一电极120上的光电转换部分130除去预定部分，从 而以固定间隔形成接触部分135。
如图15(c)所示，在包括光电转换部分130和接触部分135的衬底110的整个表面 上形成具有不规则结构142的第二电极140。随后从第一电极120上的光电转换部分130 和第二电极140除去预定部分，从而与接触部分135相邻地形成电池分离部分145。这里，第二电极140可以由透明材料形成，例如&10、周期表中的III族元素掺杂 的 ZnO(如，ZnO:B 或 ZnO:Al)、包含氢元素的 ZnO(如，ZnO:H)、SnO2、SnO2 = F 或 ITO(氧化铟 锡)。可以通过以下方式形成具有不规则结构142的第二电极140 通过调整MOCVD (金 属有机化学汽相沉积)沉积处理的沉积条件来直接形成具有不规则结构142的第二电极 140 ；或者给通过溅射获得的具有平坦表面的第二电极140施加刻蚀处理。这里，刻蚀处理 可以采用光刻、使用化学溶液的各向异性刻蚀或者机械刻划。如图15(d)所示，将包含多个微珠155的光散射层150涂覆到不规则结构142和 电池分离部分145上。这里，可以通过以下步骤形成光散射层150 通过在粘合剂157中均勻或不均勻地 散布多个微珠155来制备粘膏；以及通过印刷方法、溶胶-凝胶方法、浸涂方法或旋涂方法 将制备的粘膏涂覆在不规则结构142和电池分离部分145上。另外，进行紫外线硬化处理、 低温硬化处理或高温硬化处理的额外处理，从而增强涂覆的微珠155之间的粘合强度。这里，如上文所述，多个微珠155的每个都可按照图4至6中的任何形状形成。在根据本发明的第四实施例的制造太阳能电池的方法中，如图15(e)所示，通过 除去涂覆的粘合剂157，在不规则结构142的上表面和电池分离部分145的内表面上形成多 个微珠155。在根据本发明的第四实施例的制造太阳能电池的方法中，可以进行将前文所述的 保护膜510粘附到光散射层150的处理，以阻止外界的湿气渗透到第二电极140中；并且可 以进行将覆盖膜520粘附到保护膜510的处理，以阻止外界的湿气渗透到保护膜510中，并 同时吸收外部的冲击。在某些情况下，可以省略粘附覆盖膜520到保护膜510的处理。若将上文所述的图15的制造太阳能电池的方法应用于制造采用柔性衬底的太阳 能电池的方法中，则可以通过卷到卷的方法进行图15(a)至15(e)的处理。在根据本发明的另一实施例的制造太阳能电池的方法中，在进行图15(a)至 15(c)的处理后，可以进行如图7所示的将包含多个微珠165的聚合物膜160粘附到不规则 结构142的处理。为此，可以额外地进行制备具有多个微珠165的聚合物膜160的处理，其 中多个微珠165的每个都可按照图4至6中的任何形状形成。在根据本发明的另一实施例的制造太阳能电池的方法中，在进行图15(a)至 15 (c)的处理后，可以进行如图8所示的将具有多个微珠315的保护膜310粘附到不规则结 构142和将覆盖膜320粘附到保护膜310的处理。为此，可以额外地进行制备具有多个微 珠315的保护膜310的处理，其中多个微珠315的每个都可按照图4至6中的任何形状形 成。在根据本发明的另一实施例的制造太阳能电池的方法中，在进行图15(a)至 15(c)的处理后，可以进行如图9所示的将不具有多个微珠的保护膜410粘附到不规则结构 142和将具有多个微珠425的覆盖膜420粘附到保护膜410的处理。为此，可以额外地进 行制备具有多个微珠425的覆盖膜420的处理，其中多个微珠425的每个都可按照图4至6中的任何形状形成。在根据本发明的另一实施例的制造太阳能电池的方法中，在进行图15(a)至 15(c)的处理后，尽管未示出，但是可以进行将不具有多个微珠的保护膜510粘附到不规则 结构142、在保护膜510上形成多个微珠以及将不具有多个微珠的覆盖膜520粘附到保护膜 510的处理。在根据本发明的太阳能电池及其制造方法中，多个微珠形成在第二电极上，由此 可以将入射的太阳光以不同的角度散射。因此，能够增加在光电转换部分中太阳光的传播 路径的长度，从而实现了电池效率的提高。由于在用于分离太阳能电池的相邻电池单元的电池分离部分中形成了多个微珠， 绝缘材料的微珠将入射到电池单元的侧面上的太阳光散射，因而能够通过在光电转换部分 中最大化光俘获效率而提高电池效率。另外，光散射层或保护膜被插入到电池分离部分中。因此，即使衬底被过度弯曲， 也能够完全绝缘太阳能电池的相邻电池单元。对于本领域的技术人员而言显而易见的是，可对本发明进行多种变型与变化而不 脱离发明的精神与范围。因此本发明旨在覆盖所附权利要求及其等同物范围内的发明的变
型与变化。
权利要求
1.一种太阳能电池，包括 衬底；在所述衬底上的第一电极； 在所述第一电极上的光电转换部分； 在所述光电转换部分上的第二电极；以及 在所述第二电极上的多个微珠。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述多个微珠由具有不同折射率的不同材 料形成。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述多个微珠的每个都包括核心和外壳， 所述核心由所述外壳包围，并且其中所述核心的材料的折射率与所述外壳的材料的折射率不同。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，还包括通过除去所述第一电极上的所述光电转 换部分和所述第二电极的预定部分而形成的电池分离部分。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其中所述多个微珠在所述第二电极上和在所述 电池分离部分内被提供。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，还包括粘附到所述第二电极同时插入到所述电 池分离部分的内部中的保护膜。
7.根据权利要求4所述的太阳能电池，还包括其中具有多个微珠的光散射层，所述光 散射层形成在所述第二电极上，并同时插入到所述电池分离部分的内部中。
8.根据权利要求4所述的太阳能电池，还包括其中具有多个微珠的聚合物膜，所述聚 合物膜形成并粘附到所述第二电极和所述电池分离部分上。
9.根据权利要求4所述的太阳能电池，还包括其中具有多个微珠的保护膜，所述保护 膜粘附到所述第二电极并同时插入到所述电池分离部分的内部中。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，还包括形成并粘附到所述保护膜上的覆盖膜。
11.根据权利要求4所述的太阳能电池，还包括粘附到所述第二电极并同时插入到所述电池分离部分的内部中的保护膜；以及 具有多个微珠的覆盖膜，所述覆盖膜粘附到所述保护膜。
12.根据权利要求4所述的太阳能电池，还包括粘附到所述第二电极并同时插入到所述电池分离部分的内部中的保护膜； 粘附到所述保护膜的覆盖膜；以及 在所述保护膜与所述覆盖膜之间提供的多个微珠。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的太阳能电池，还包括在所述第二电极的 表面的不规则结构。
14.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述衬底是柔性衬底。
15.一种制造太阳能电池的方法，包括 在衬底上形成第一电极；在所述第一电极上形成光电转换部分； 在所述光电转换部分上形成第二电极；以及 在所述第二电极上形成多个微珠。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个微珠由具有不同折射率的不同材料形成。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个微珠的每个都包括核心和外壳，所述 核心由所述外壳包围，并且其中所述核心的材料的折射率与所述外壳的材料的折射率不同。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括通过除去所述第一电极上的所述光电转换部分和所述第二电极的预定部分来形成电 池分离部分，其中形成所述电池分离部分的处理在形成所述第二电极的处理与形成所述多个微珠 的处理之间进行。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述多个微珠在所述第二电极上和在所述电池 分离部分内被提供。
20.根据权利要求18所述的方法，其中形成所述多个微珠的处理包括 在所述第二电极和所述电池分离部分上形成其中包含多个微珠的粘膏；以及通过硬化所述粘膏，形成被提供在所述第二电极上并同时插入到所述电池分离部分的 内部中的光散射层。
21.根据权利要求18所述的方法，还包括形成其中具有多个微珠的聚合物膜， 其中形成所述多个微珠的处理还包括将所述聚合物膜粘附到所述第二电极和所述电池分离部分。
22.根据权利要求18所述的方法，还包括形成其中具有多个微珠的保护膜，其中形成所述多个微珠的处理还包括将所述保护膜粘附到所述第二电极和所述电池 分离部分。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括在所述保护膜上形成覆盖膜，其中所述覆盖 膜粘附到所述保护膜。
24.根据权利要求18所述的方法，还包括 制备其中包含所述多个微珠的覆盖膜；以及将保护膜粘附到所述第二电极和所述电池分离部分， 其中形成所述多个微珠的处理还包括将所述覆盖膜粘附到所述保护膜。
25.根据权利要求18所述的方法，还包括将保护膜粘附到所述第二电极和所述电池分离部分；以及 将覆盖膜粘附到所述保护膜，其中形成所述多个微珠的处理还包括在所述保护膜与所述覆盖膜之间形成所述多个 微珠。
26.根据权利要求15至25中的任意一项所述的方法，还包括在所述第二电极的表面形 成不规则结构，其中形成所述不规则结构的处理可以与形成所述第二电极的处理同时进行，或者可以 在形成所述第二电极的处理与形成所述多个微珠的处理之间进行。
27.根据权利要求15所述的方法，其中所述衬底是柔性衬底。
全文摘要
公开了一种能够提高电池效率的太阳能电池及其制造方法，所述太阳能电池包括衬底；在所述衬底上的第一电极；在所述第一电极上的光电转换部分；在所述光电转换部分上的第二电极；以及在所述第二电极上的多个微珠。
文档编号H01L31/0224GK102136503SQ20101019782
公开日2011年7月27日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年1月22日
发明者姜东荣, 金泰勋 申请人:周星工程股份有限公司