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：
近来，随着对能量需求的增长，用于将太阳能转化为电能的太阳能电池得到发展。具体地，已广泛使用基于CIGS的太阳能电池，所述基于CIGS的太阳能电池是异质结设备，具有包括金属后电极层、P型基于CIGS的光吸收层、缓冲层以及N型窗口层的衬底结构。可以通过形成在光吸收层和缓冲层中的通孔将后电极层与N型窗口层连接。由于利用机械和激光图案化过程来形成通孔，因此在通孔中存留颗粒，由此存在产生漏电流的可能性。另外，光吸收层在高温下形成，因此使用能够经受高温过程的刚性衬底。因此，衬底的使用受到限制。
发明内容
技术问题本发明的实施例提供一种太阳能电池及其制造方法。技术方案根据本发明的实施例的太阳能电池包括后电极，形成在衬底上并且被第一通孔隔开；光吸收层，形成在包括所述第一通孔的所述后电极上；第二通孔，通过所述光吸收层露出所述后电极；缓冲层，形成在所述光吸收层的表面上；前电极层，形成在所述缓冲层上；以及连接线，从所述前电极层延伸并且形成在所述第二通孔中。根据本发明的实施例的太阳能电池的制造方法包括在支撑衬底上形成后电极层并且形成第一通孔，从而使所述后电极层彼此隔开；在载体衬底上形成光吸收层；形成穿过所述光吸收层的第二通孔，使所述第二通孔的位置与所述第一通孔相邻；将所述支撑衬底与所述载体衬底黏合，从而在所述后电极层上形成所述光吸收层；去除所述载体衬底，以露出所述光吸收层；在所述光吸收层上形成缓冲层；以及在所述缓冲层上形成前电极层并且在第二通孔内形成连接线。有益效果根据本发明的所述实施例，提供了提高的电特性。具体地，将用于产生光电动势的CIGS光吸收层图案化为电池单元，并且在被露出的表面上形成缓冲层，由此防止漏电流。另外，可以提高光电荷产生率，并且扩大光吸收层与缓冲层的结合面积。而且，在载体衬底上单独形成光吸收层之后，可以将形成有后电极层的支撑衬底与光吸收层黏合。因此，支撑衬底可以使用各种衬底，S卩，刚性或挠性衬底。另外，所述衬底可以是轻
4薄的，以便应用于各种领域。而且，光吸收层形成在载体衬底上，并且可以进行高温过程，从而可以提高光吸收层的结晶度。通过这种方式，可以提高光吸收层的电特性。根据实施例的太阳能电池可以应用于各种衬底，即，刚性或挠性衬底。
图1至图10是图示根据本发明实施例的太阳能电池制造方法的剖视图。
具体实施例方式在本发明的实施例中，当各个衬底、层、膜、电极等形成在各个衬底、层、膜或电极“上”或“下”时，“上”或“下”包括“直接地”或通过其它部件“间接地”的意思。此外，基于附图描述“上”和“下”的标准。可以夸大附图中各个部件的尺寸，以便描述清楚，并且不表示将该尺寸实际应用于所述部件。图1至图10是图示根据本发明实施例的太阳能电池制造方法的剖视图。参照图1，后电极层200和导电粘合层300形成在支撑衬底100上。支撑衬底100使用玻璃，也可以使用陶瓷衬底、金属衬底、聚合物衬底等等。例如，玻璃衬底可以使用钠钙玻璃或高应变点钠玻璃。金属衬底使用包括不锈钢或钛的衬底，聚合物衬底可以使用聚酰亚胺。支撑衬底100可以是透明的。另外，该衬底100可以是刚性的或挠性的。具体地，本发明提供一种挠性衬底100。例如，支撑衬底100可以使用诸如塑料的聚合物系列衬底和不锈钢(SUS)系列的挠性衬底。后电极层200等可以由诸如金属等导体制成。例如，后电极图案可以使用钼作为靶通过溅射过程而形成。这是因为钼具有高电导率、欧姆接触特性和在％气氛下的高温稳定性。作为后电极层的钼(Mo)薄膜必须具有如电极一样低的电阻率(specificresistance)，并且必须提供与衬底100的优异粘合性，从而不会由于热膨胀系数差异而导致脱层现象。尽管附图中未示出，但是后电极层200可以由至少一层形成。当后电极层200由多个层形成时，组成该后电极图案的层可以由不同的材料形成。粘合层300形成在后电极层200上。导电粘合层300可以是导电粘合剂。例如，导电粘合层300可以是混合有金属、树脂和诸如碳、铝和钨的熔块的粘合剂材料。导电粘合层300的电阻率为1 X 10_5到10 X 10_5，并且导电粘合层300与后电极层200电连接。该导电粘合层的厚度范围可以形成在0.5到2μπι。参照图2，形成穿过后电极层200和导电粘合层300的第一通孔。第一通孔Pl使得支撑衬底100的上表面露出。第一通孔Pl可以将后电极层200和导电粘合层300划分为多个。
后电极层200和导电粘合层300通过第一通孔Pl被布置为条状或矩阵形式并且与各个电池对应。同时，后电极层200不限于上述形式，并且可以形成为各种形式。参照图3，子电极层210和光吸收层400形成在载体衬底110上。载体衬底110由玻璃制成，也可以使用陶瓷衬底、金属衬底、聚合物衬底等等。载体衬底100可以使用刚性衬底。例如，载体衬底110可以使用钠钙玻璃、也可以使用无碱玻璃和低碱玻璃。载体衬底110可以形成为比支撑衬底100厚。例如，支撑衬底100和载体衬底110的厚度可以形成为1 3 10。这是载体衬底110具有足以承受在高温下进行的形成光吸收层的高温过程的厚度和固体属性的原因。子电极层210形成在载体衬底110上。后电极层210可以由诸如金属等的导体制成。子电极层210必须提供与载体衬底110的优异粘合性，从而不会产生由于热膨胀系数差异导致的脱层现象。例如，子电极层210可以使用钼(Mo)作为靶通过溅射过程而形成。同时，也可以不形成子电极层210。光吸收层400形成在子电极层210上。光吸收层400可以由基于Ib-IIIb-VIb的化合物制成。更详细地，光吸收层400包括基于铜铟镓硒(Cu (In，GaWe2，基于CIGS)的化合物。与此对照，光吸收层400可以包含基于铜铟硒(Cdr^e2，基于CIS)或铜镓硒 (Cufe^e2，基于CGS)的化合物。为了形成光吸收层400，使用铜靶、铟靶和镓靶在后电极图案210上形成基于CIG 的金属前驱体。随后，利用硒化过程，金属前驱膜与硒(Se)反应，以形成基于CIGS的光吸收层 400。另外，光吸收层400可以利用共蒸发沉积方法由Cu、In, Ga和％形成。光吸收层400接收外部入射光并且将外部入射光转换为电能。光吸收层400通过光电效应产生光电动势。光吸收层400在1000°C以上的高温下形成，由此提高结晶度。参照图4，形成穿过光吸收层400的第二通孔P2。通孔P2使后电极图案210的上
表面露出。光吸收层400与相邻的光吸收层隔开，并且可以被隔开为电池单元。参照图5和图6，对支撑衬底100和载体衬底110进行黏合过程。支撑衬底100和载体衬底110通过黏合过程一体地形成。在将形成在支撑衬底100上的导电粘合层300放置为与载体衬底110的光吸收层 400相面对之后，可以进行黏合过程。具体地，在进行黏合过程时施加热和压力，以提高支撑衬底100与载体衬底110的
黏合强度。
光吸收层400通过导电粘合层300可以形成在后电极层200上。参照图7，去除载体衬底110和子电极层210，从而可以露出光吸收层。通过剥离将载体衬底110和子电极层210从光吸收层400中去除。因此，后电极层200、导电粘合层300和光吸收层400层叠在支撑衬底100上。由于导电粘合层300是导电材料，因此可以将后电极200和光吸收层400电连接。另外，后电极层200的第一通孔Pl和光吸收层400的第二通孔P2可以彼此相邻地形成。例如，第一通孔Pl与第二通孔P2之间可以具有约80士20 μ m的第一间隙G1。如上所述，在形成了单独的载体衬底110之后，光吸收层400与支撑衬底100黏合，从而在后电极层200上形成光吸收层400。通过这种方式，不对支撑衬底100进行用于形成光吸收层的高温过程，由此防止支撑衬底100的缺陷。另外，不对支撑衬底100应用高温过程，使得支撑衬底100可以轻薄。另外，光吸收层形成在载体衬底110上，从而可以进行高温过程，由此提高包含在光吸收层400中的CIGS的结晶度。通过这种方式，可以提高光吸收层400的电特性。参照图8，缓冲层500和高阻缓冲层600沿着光吸收层400的表面堆叠。缓冲层500和高阻缓冲层600可以选择性地仅形成在光吸收层400的上表面和侧表面上，从而选择性地露出导电粘合层300的一部分，即第二通孔P2的底面。例如，在沿着光吸收层400的和第二通孔P2表面轮廓形成缓冲层500之后，高阻缓冲层600沿着该缓冲层的表面轮廓形成。另外，可以执行划线过程从而露出作为第二通孔P2底面的导电粘合层300。可以利用激光和机械过程执行划线过程。在此情形中，第二通孔P2可以露出导电粘合剂300的所述表面，但是第二通孔P2可以形成为露出后电极层200。在光吸收层400上可以形成至少一层缓冲层500。通过利用CBD过程由堆叠的硫化镉(CcK)形成该缓冲层。在此情形中，缓冲层500是η型半导体层，光吸收层400是ρ型半导体层。因此，光吸收层400和缓冲层500形成ρ-η结。具体地，缓冲层500形成为包围光吸收层400的上表面和侧表面，以扩大缓冲层500与光吸收层400之间的接触面积。通过这种方式，扩大了 ρ-η结的面积，并且可以提供高的光电荷产生率。另外，缓冲层500可选择地只形成在光吸收层400的表面上，从而防止相邻电池之间的漏电流。高阻缓冲层600通过用氧化锌(SiO)作为靶进行溅射过程，使得氧化锌层可以进一步形成在硫化镉(CcK)上。高阻缓冲层600可以形成在缓冲层500上，作为透明电极。例如，高阻缓冲层600可以由ΙΤ0、ZnO和i_ZnO中的任意一种形成。缓冲层500和高阻缓冲层600布置在光吸收层400与后面形成的前电极之间。
换言之，由于光吸收层400与前电极层之间的能带隙和晶格常数的差异大，因此在两种材料中间会需要缓冲层500和高阻缓冲层，以形成良好的结。在本实施例中，尽管在光吸收层400上形成两个缓冲层500，但本发明不限于此， 并且缓冲层500可以只形成一层。参照图9，透明导电材料层叠在包括第二通孔P2的高阻缓冲层600上，从而形成前电极层700。在形成前电极700时，透明导电材料也被插入第二通孔P2中，以形成连接线800。 就是说，连接线800可以与导电粘合层300接触。前电极层700进行溅射过程，以形成掺杂铝(Al)或氧化铝(Al2O3)的氧化锌。前电极层700是与光吸收层形成p-n结的窗口层，其中窗口层用作太阳能电池前表面的透明电极，因而该窗口层由具有高透光率和高电导率的氧化锌(aio)形成。因此，通过使氧化锌掺杂铝或氧化铝，可以形成具有低电阻的电极。作为前电极层700的氧化锌薄膜的形成方法包括利用RF溅射法沉积氧化锌靶、利用ai靶的反应溅射法和金属有机化学气相沉积法。另外，具有优异光电特性的ITO(氧化铟锡)可以形成沉积在ZnO薄膜上的双层结构。通过连接线800将各个电池彼此连接。就是说，连接线800可以将彼此相邻的电池的后电极200与前电极700电连接和物理连接。尽管附图中未示出，但连接线800通过第二通孔P2可以保持与后电极层200的直接接触。通过这种方式，可以提高连接线800和后电极层200的接触特性。缓冲层500和高阻缓冲层600围绕连接线800形成，以提高电结合特性，由此提供所需的电流流动。就是说，缓冲层500和高阻缓冲层600布置在光吸收层400与连接线800之间，以实现阻止漏电流产生并且减少串联电阻部件，从而提高电特性。参照图10，形成穿过前电极层700、高阻缓冲层600、缓冲层500和光吸收层400的
第三通孔P3。第三通孔P3可以选择性地露出后电极层200。第三通孔P3可以配置为与第二通孔P2相邻。例如，第二通孔P2与第三通孔P3之间可以具有约80 士 20 μ m的第二间隙G2。第三通孔P3可以通过激光照射方法或诸如尖头工具的机械方法形成。因此，可以将光吸收层400、缓冲层500、高阻缓冲层600和前电极层700分隔为单元电池。此外，尽管示出和描述了本发明的优选实施例，但是本发明不限于上述具体实施例，并且在不脱离本实施例基本特性的范围内，本领域技术人员可以进行各种变型或应用。 例如，在实施例中具体表示的各实施要素可变更实施，这些变更与应用有关的不同之处应理解为包含于权利要求书限定的本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种太阳能电池，包括后电极，形成在衬底上并且被第一通孔隔开；光吸收层，形成在包括所述第一通孔的所述后电极上；第二通孔，通过所述光吸收层露出所述后电极；缓冲层，形成在所述光吸收层的上表面和侧表面上；前电极层，形成在所述缓冲层上；以及连接线，从所述前电极层延伸并且形成在所述第二通孔中。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，进一步包括形成在所述后电极上的导电粘合层。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述衬底包括挠性衬底或刚性衬底。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述衬底包括聚合物衬底或不锈钢衬底。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，进一步包括形成在所述缓冲层的表面上的高阻缓冲层。
6.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述导电粘合层的电阻率为1X10—5到10Χ1(Γ5 Ω Cm。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述第一通孔与所述第二通孔以60到100 μ m的间隔形成。
8.一种太阳能电池的制造方法，所述方法包括在支撑衬底上形成后电极层并且形成第一通孔，从而使所述后电极层彼此隔开；在载体衬底上形成光吸收层；形成穿过所述光吸收层的第二通孔，使所述第二通孔的位置与所述第一通孔相邻；将所述支撑衬底与所述载体衬底黏合，从而在所述后电极层上形成所述光吸收层；去除所述载体衬底，以露出所述光吸收层；在所述光吸收层上形成缓冲层；以及在所述缓冲层上形成前电极层并且在第二通孔内形成连接线。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池的制造方法，其中，在所述支撑衬底的所述后电极层上形成所述导电粘合层。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述导电粘合层由诸如碳、铝、钨等的金属粉末与树脂的混合物形成，并且导电粘合层的电阻率为1 X IO-5到10 X IO-5 Ω cm。
11.根据权利要求9所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述支撑衬底形成为聚合物或不锈钢系列的挠性衬底，所述载体衬底形成为钠钙玻璃、无碱玻璃和低碱玻璃的刚性衬底。
12.根据权利要求8所述的太阳能电池的制造方法，其中，在所述载体衬底上形成所述光吸收层之前，形成包含钼的子电极层。
13.根据权利要求8所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述缓冲层形成为多个层。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池的制造方法，其中，在所述缓冲层形成为多个层时，所述多个缓冲层形成为具有彼此不同的电阻值。
15.根据权利要求8所述的太阳能电池的制造方法，其中，形成穿过所述后电极层、所述缓冲层和所述光吸收层的第三通孔。
16.根据权利要求15所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述第一通孔与所述第二通孔之间的间隙和所述第二通孔与所述第三通孔之间的间隙形成为间距60到100 μ m。
17.根据权利要求8所述的太阳能电池的制造方法，其中，所述载体衬底的厚度被形成为所述支撑衬底的厚度的3至10倍。
全文摘要
根据本发明实施例的太阳能电池包括后电极，形成在衬底上并且被第一通孔隔开；光吸收层，形成在包括所述第一通孔的所述后电极上；第二通孔，通过所述光吸收层露出所述后电极；缓冲层，形成在所述光吸收层的上表面和侧表面；前电极层，形成在所述缓冲层上；前电极层在所述缓冲层上；以及连接线，从所述前电极层延伸并且形成在所述第二通孔中。
文档编号H01L31/042GK102598301SQ201080049592
公开日2012年7月18日 申请日期2010年11月1日 优先权日2009年10月30日
发明者林真宇 申请人:Lg伊诺特有限公司