专利名称：旁路二极管与薄膜太阳能模块的单片集成的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及薄膜太阳能模块，且更特定来说，涉及其中集成有旁路二极管的薄膜太阳能模块。
背景技术：
太阳能模块一般由许多太阳能电池构成。太阳能电池通常作为二极管来建立模型，所述二极管通过变为正向偏置且在电池上建立电压来响应于照明。为了供应较大功率， 太阳能电池通常串联连接。图1展示具有太阳能电池串的常规薄膜太阳能模块。太阳能模块70'包括衬底 10、第一导电层21、半导体层31、第二导电层41，以及两个触点51和52，其中第一导电层21 和第二导电层41分别充当前部电极和后部电极。太阳能模块70'中的太阳能电池包括半导体层31、第一导电层21和第二导电层41，其中半导体层31被第一导电层21和第二导电层41夹住。半导体层31中的每一者具有由η掺杂区和ρ掺杂区形成的p-n结。或者，半导体层31中的每一者可包含由ρ掺杂区、本征半导体区和η掺杂区形成的p-i-n结。两个触点51和52分别为形成于连接到一个太阳能电池的半导体层31中的ρ掺杂区的后部电极上的P触点，和形成于连接到另一太阳能电池的半导体层31中的η掺杂区的后部电极上的η触点。两个触点51和52经形成以用于连接到负载(未图示)。半导体层31中的p-n 结串联连接，其意味着一个半导体层31中的η掺杂区(P掺杂区)通过电极电连接到邻近的半导体层31中的ρ掺杂区(η掺杂区)。太阳能模块的结构是通过半导体制造的标准工艺来实现，所述标准工艺是此项技术中已知的且在说明书中不再详细描述。在薄膜太阳能模块的制造期间，执行称为“边缘隔离”的工艺来隔离边缘部分与太阳能模块的主体。经隔离的边缘部分(如图1所示，在隔离沟槽43的外侧的部分)通常具有非所要的性质，使得需要使其与所述太阳能电池串隔离且因此在常规太阳能模块中被浪费掉。有时候切割并丢弃太阳能模块的边缘部分。如图1所示，除了所述串中的最后一个太阳能电池(图1中在右侧的太阳能电池) 之外，太阳能电池中的任一者的后部电极连接到邻近的太阳能电池的前部电极。通过该配置，当连接到负载(未图示)时，太阳能模块70'中的内部电流沿着图1中的虚线流动。应注意，归因于通过标准工艺制造的结构，半导体层31中在ρ触点下方的p-n结并不充当太阳能电池，且在太阳能模块70'中是非功能性p-n结。通常，半导体层31中的非功能性p-n 结在常规太阳能模块中被浪费掉。为了保护太阳能模块不被损坏，通常在太阳能模块上连接旁路二极管。常规上，为了确保被遮挡的或有故障的太阳能模块不成为太阳能系统的瓶颈，每一模块通常伴有外部连接的旁路二极管。然而，外部连接的旁路二极管给太阳能模块增加了不合意的成本。因此，需要提供一种其中以单片方式集成有旁路二极管的太阳能模块，使得模块中不需要外部连接的二极管或额外的离散二极管。
发明内容
在一个方面中，提供一种其中以单片方式集成有旁路二极管的太阳能模块。所述太阳能模块包括衬底；多个第一导电层，其形成于所述衬底上；多个半导体层，其形成于所述第一导电层上，其中所述多个半导体层各自包括p-n结，且其中所述p-n结串联电连接；多个第二导电层，其形成于所述半导体层上；第一触点和第二触点，其连接到所述第二导电层中的两者，其中在所述第一触点与所述第二触点之间电耦合的所述P-n结充当太阳能电池串，且所述P-n结的其余部分中的一者充当所述旁路二极管；以及导体，其以反并联方式将所述太阳能电池串连接到所述旁路二极管。在另一方面中，提供一种形成其中以单片方式集成有旁路二极管的太阳能模块的方法。所述方法包括提供衬底；在所述衬底上形成多个第一导电层；在所述第一导电层上形成多个半导体层，其中所述多个半导体层各自包括P-n结，且其中所述p-n结串联电连接；在所述半导体层上形成多个第二导电层；形成连接到所述第二导电层中的两者的第一触点和第二触点，其中在所述第一触点与所述第二触点之间电耦合的所述P-n结充当太阳能电池串，且所述p-n结的其余部分中的一者充当所述旁路二极管；以及提供导体，所述导体以反并联方式将所述太阳能电池串连接到所述旁路二极管。
图1是说明常规薄膜太阳能模块的侧视横截面图；图2是展示太阳能电池组合件以反并联方式连接到旁路二极管的示意性电路；图3是展示太阳能电池串与集成旁路二极管之间的连接的侧视横截面图；图4到图8是说明根据本发明的实施例的太阳能模块的制造工艺的侧视横截面图；图9是根据本发明的实施例的太阳能模块的俯视图。
具体实施例方式本发明的目的是将太阳能模块的太阳能电池中的未使用的(非功能性)p-n结用作旁路二极管。如图3中所示，为了实现本发明的目的，需要在半导体层31中在η触点下方的η掺杂区与半导体层31中在ρ触点下方的ρ掺杂区之间的电连接，将其表示为从第二导电层41连接到第一导电层21的线。通过所述连接，实现如图2中所示的配置，其中太阳能电池串和旁路二极管34以反并联配置连接，使得当太阳能电池被照射时旁路二极管34 被反向偏置。为了实现本发明的目的，通过执行以下制造工艺来提供其中集成有旁路二极管的太阳能模块的优选实施例。图4到图8是说明根据本发明的优选实施例的太阳能模块70的制造工艺的示意图，其中在太阳能模块70中集成旁路二极管34。如图4中所示，提供衬底10。为了允许阳光穿过衬底10，使用例如玻璃等透明材料作为衬底10。通过沉积工艺在衬底10上形成第一导电层20。所述沉积工艺可通过等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)或可由若干不同沉积技术组成的其它沉积技术来实施。随后，如图4中所示，通过蚀刻掉导电层20的若干部分而在第一导电层20中形成第一沟槽22。可通过(例如)激光划线、化学蚀刻、机械划线、离子束写入或其它相关技术来植入蚀刻工艺。由于沉积工艺和蚀刻工艺是此项技术中已知的常规技术，因此在以下步骤中不进行详细描述。在蚀刻工艺之后，将第一导电层20划分为若干第一导电层21以用作太阳能模块 70中的太阳能电池的前部电极。第一导电层21的数目是基于所述串联的太阳能电池的所需数目来确定的。在示范性实施例中，为了易于说明，形成四个第一导电层。在图5中，随后在第一导电层21上沉积半导体层30，使得半导体层30形成于第一导电层21上并填充第一沟槽22。类似地，为了允许阳光穿过第一导电层21，可使用例如透明导电氧化物(TCO)等导电并透明的材料来形成第一导电层21。半导体层30可为任何种类的适合于用作太阳能电池的半导体材料，其中半导体层30经掺杂以形成η掺杂区和ρ掺杂区。在优选实施例中，利用非晶硅来形成半导体层30， 且对半导体层30进行掺杂以使得半导体层30的底部侧为ρ掺杂区且半导体层30的上部侧为η掺杂区。另外，在非晶硅太阳能电池的情况下，本征半导体区将插入在P掺杂区与η 掺杂区之间。或者，可以相反方式对半导体层30进行掺杂。而且，如果阳光从另一侧进入， 那么根据不同设计，在半导体层30中形成的ρ掺杂区和η掺杂区可互换。在图6中，通过蚀刻工艺在半导体层30中形成第二沟槽32，使得暴露第一导电层 21的一些部分。半导体层30被第二沟槽32划分为若干半导体层31。在太阳能模块的边缘处(如图示，在太阳能模块70的左侧处)形成接触沟槽33。准备接触沟槽33以用于太阳能电池串与旁路二极管之间的连接。如图7中所示，在半导体层31上沉积第二导电层40，使得第二导电层40形成于半导体层31上并填充第二沟槽32和接触沟槽33。第二导电层40的材料可为铜或具有所需导电性的任何其它透明或不透明材料。在图8中，随后在半导体层31和第二导电层40中形成第三沟槽42以便暴露第一导电层21的表面的一些部分。另外，通过在太阳能模块70的边缘处形成隔离沟槽43来执行边缘隔离。通过边缘隔离，使太阳能模块70的两侧处的太阳能电池的边缘部分与太阳能电池串隔离。由于经隔离部分通常具有非所要的性质，因此其通常不用于充当太阳能电池或旁路二极管。随后，接着在第二导电层41中的两者上形成第一触点51和第二触点52作为太阳能电池串的触点。当所述两个触点连接到负载(未图示)时，太阳能模块70中的内部电流沿着图8中的虚线流动，其并不流过第二触点52下方的半导体层。因此，在太阳能模块70 中，在半导体中在第二触点52下方的ρ-η结是“未使用的”或“非功能性”ρ-η结，其不用于太阳能电池。在本发明中，半导体层的未使用的ρ-η结通过以反并联配置连接到太阳能电池串而用作旁路二极管。如图8中所示，在邻近于第二触点52的经隔离部分之第二导电层41 上形成第三触点53。第三触点53通过第二导电层41和第一导电层21而电连接到半导体层31的在第二触点52下方的ρ掺杂区。图9是图8中所示的太阳能模块70的俯视图。在本发明的优选实施例中，导体，更具体来说是导电带60形成于第三触点53与第一触点51之间以用于电连接两个触点。通过所述连接，第二触点52下方的未使用的ρ-η结现用作旁路二极管34，其以反并联方式连接到太阳能模块70中的太阳能电池串。将了解，虽然第二触点52下方的未使用的p-n结通过带60、第一触点51和第三触点53而与太阳能电池串并联电连接，但所属领域的技术人员将知道，所述连接可呈任何所需形式以便实现图2中所示的电路。虽然已展示并描述了本发明的说明性实施例，但所属领域的技术人员将想到许多变化和替代实施例。预期此些变化和替代实施例，且在不脱离如所附权利要求书中界定的本发明的精神和范围的情况下可作出此些变化和替代实施例。
权利要求
1.一种其中以单片方式集成有旁路二极管的太阳能模块，其包括 衬底；多个第一导电层，其形成于所述衬底上；多个半导体层，其形成于所述第一导电层上，其中所述多个半导体层各自包括p-n结， 且其中所述P-n结串联电连接；多个第二导电层，其形成于所述半导体层上；第一触点和第二触点，其连接到所述第二导电层中的两者，其中在所述第一触点与所述第二触点之间电耦合的所述P-n结充当太阳能电池串，且所述P-n结的其余部分中的一者充当所述旁路二极管；以及导体，其以反并联方式将所述太阳能电池串连接到所述旁路二极管。
2.根据权利要求1所述的太阳能模块，其进一步包括第三触点，所述第三触点电耦合到所述第一导电层，所述第一导电层连接到充当所述旁路二极管的所述P-n结。
3.根据权利要求2所述的太阳能模块，其中所述第三触点邻近于所述第二触点而形成，且其中所述旁路二极管在所述第二触点下方。
4.根据权利要求3所述的太阳能模块，其中导体连接于所述第一触点与所述第三触点之间。
5.根据权利要求4所述的太阳能模块，其中所述第三触点形成于与所述太阳能模块中的所述太阳能电池串隔离的边缘部分上。
6.一种形成其中以单片方式集成有旁路二极管的太阳能模块的方法，其包括 提供衬底；在所述衬底上形成多个第一导电层；在所述第一导电层上形成多个半导体层，其中所述多个半导体层各自包括P-n结， 且其中所述P-n结串联电连接； 在所述半导体层上形成多个第二导电层；形成连接到所述第二导电层中的两者的第一触点和第二触点，其中在所述第一触点与所述第二触点之间电耦合的所述P-n结充当太阳能电池串，且所述p-n结的其余部分中的一者充当所述旁路二极管；以及提供导体，所述导体以反并联方式将所述太阳能电池串连接到所述旁路二极管。
7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括形成第三触点，所述第三触点电耦合到所述第一导电层，所述第一导电层连接到充当所述旁路二极管的所述P-n结。
8.根据权利要求7所述的方法，其中邻近于所述第二触点而形成所述第三触点，且其中所述旁路二极管在所述第二触点下方。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第一触点与所述第三触点之间连接所述导体。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在与所述太阳能模块中的所述太阳能电池串隔离的边缘部分上形成所述第三触点。
全文摘要
本发明揭示一种其中集成有旁路二极管的太阳能模块，其是基于标准薄膜太阳能模块而制造。通过以反并联方式将p-n结串连接到非功能性p-n结，将所述标准薄膜太阳能模块中的所述非功能性p-n结用作所述旁路二极管。因此在设计中不需要额外的旁路二极管。
文档编号H01L27/142GK102237377SQ20111011590
公开日2011年11月9日 申请日期2011年5月3日 优先权日2010年5月3日
发明者江获先, 王秋富 申请人:杜邦太阳能有限公司