太阳能电池或串接太阳能电池及其形成方法
【专利摘要】本发明提供了太阳能电池或串接太阳能电池及其形成方法，其中该太阳能电池包括：吸收层、位于吸收层上的缓冲层和正面接触层，其中，在超过500摄氏度的温度下将玻璃衬底、位于玻璃衬底上的背面接触层、位于背面接触层上的吸收层、缓冲层和正面接触层制造为第一模块。该太阳能电池还包括来自第一模块的提取部分，其中，该提取部分包括吸收层、缓冲层和正面接触层，并且将提取部分施加于柔性衬底或其他衬底。
【专利说明】太阳能电池或串接太阳能电池及其形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏太阳能电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池是从太阳光直接生成电流的光伏部件。由于对清洁能源的需求增大， 太阳能电池的制造业近年来已急剧发展并且继续扩大。各种类型的太阳能电池产生并继续 发展。太阳能电池包括吸收被转化为电流的太阳光的吸收层。
[0003] 目前存在各种太阳能采集模块。太阳能采集模块通常包括大而平坦的衬底，并且 包括背面接触层、吸收层、缓冲层和可以是透明导电氧化物（TC0)材料的正面接触层。在一 块衬底上形成多个太阳能电池，并且通过每个太阳能电池中对应的互连结构而串联连接从 而形成太阳能电池模块。
[0004] 每一互连结构都包括被称为PI、P2和P3的三条划线（scribe line)。P1划线延 伸穿过背面接触层并且用吸收层材料填充。P2划线延伸穿过缓冲层和吸收层并且用（导电） 正面接触层材料填充。因此，P2划线使第一太阳能电池的正面电极连接至相邻太阳能电池 的背面电极。P3划线延伸穿过正面接触层、缓冲层和吸收层。
[0005] 因为互连结构不参与吸收太阳能和发电，所以将互连结构外的太阳能电池部分称 为有源电池。因此，太阳能电池模块的串联电阻在很大程度上依赖于正面接触层的电阻和 正面接触层与背面接触层之间的接触电阻。
【发明内容】
[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池，包括：吸收层；缓冲层，位于吸 收层上；正面接触层，其中，在超过500摄氏度的温度下将玻璃衬底、位于玻璃衬底上的背 面接触层、位于背面接触层上的吸收层、缓冲层以及正面接触层制造为第一模块；提取部 分，来自第一模块，提取部分包括吸收层、缓冲层和正面接触层；以及柔性衬底或其他衬底， 提取部分被施加于柔性衬底或其他衬底。
[0007] 优选地，在低于500摄氏度的温度下，将提取部分施加于柔性衬底或其他衬底。
[0008] 优选地，将提取部分施加于金属层和柔性衬底或其他衬底。
[0009] 优选地，将提取部分施加于导电聚合物层和柔性衬底或其他衬底。
[0010] 优选地，柔性衬底或其他衬底是将提取部分互连至第二模块的第二正面接触层的 互连层，第二模块包括第二玻璃衬底、第二背面接触层、第二吸收层、第二缓冲层以及第二 正面接触层。
[0011] 优选地，提取部分和第二模块形成串接太阳能电池。
[0012] 优选地，第二模块是硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池或铜铟 镓硒（CIGS )太阳能电池中的一种。
[0013] 优选地，该太阳能电池包括：施加于正面接触层的导电汇流条以及放置在正面接 触层的顶部的至少一部分和导电汇流条上的透明胶带、有机胶或透明导电胶带。
[0014] 优选地,吸收层包括铜、铟、镓和硒。
[0015] 优选地，玻璃衬底包括钠钙玻璃，背面接触层包括钥，吸收层包括铜、铟、镓和硒， 缓冲层包括硫化镉和硫化锌中的一种，以及正面接触层包括掺铝氧化锌、掺硼氧化锌和氧 化铟锡中的一种。
[0016] 优选地，该太阳能电池包括用于从玻璃衬底和背面接触层分离提取部分的透明导 电胶带或有机胶。
[0017] 优选地，该太阳能电池包括穿过背面接触层的第一划线部分、穿过吸收层的第二 划线部分以及穿过背面接触层、吸收层和正面接触层的第三划线部分。
[0018] 优选地，柔性衬底或其他衬底与玻璃衬底的形状不同。
[0019] 根据本发明的另一方面，提供了一种制造太阳能电池的方法，包括：在玻璃衬底上 形成背面接触层；在背面接触层上形成吸收层；在吸收层上形成缓冲层；在缓冲层之上形 成正面接触层，玻璃衬底、背面接触层、吸收层、缓冲层和正面接触层形成第一模块；从第一 模块中提取包括吸收层、缓冲层和正面接触层的提取部分；以及在柔性衬底或其他衬底之 上施加提取部分。
[0020] 优选地，在超过500摄氏度的温度下制造第一模块。
[0021] 优选地，柔性衬底或其他衬底是将提取部分连接至第二模块的互连层，其中，该 方法还包括：在第二玻璃衬底上形成第二背面接触层；在第二背面接触层上形成第二吸收 层；在第二吸收层上形成第二缓冲层；在第二缓冲层之上形成第二正面接触层，其中，第二 玻璃衬底，第二背面接触层、第二吸收层、第二缓冲层以及第二正面接触层形成第二模块； 以及在提取部分和第二模块的第二接触层之间形成互连层。
[0022] 优选地，提取包括从背面接触层和玻璃衬底剥离或撕除提取部分。
[0023] 优选地，该方法还包括：在正面接触层上形成透明导电胶带或有机胶。
[0024] 优选地，该方法还包括：穿过背面接触层划出第一划线部分，穿过吸收层划出第二 划线部分以及穿过背面接触层、吸收层和正面接触层划出第三划线部分。
[0025] 根据本发明的又一方面，提供了一种制造太阳能电池的方法，包括：通过在玻璃衬 底上溅射钥而在玻璃衬底上形成背面接触层；通过在背面接触层上溅射或共蒸铜、铟、镓和 硒的组合物而在背面接触层上形成吸收层；通过在吸收层上化学浴沉积硫化镉或硫化锌而 在吸收层上形成缓冲层；在缓冲层之上形成正面接触层，其中，在超过500摄氏度的温度 下，玻璃衬底、背面接触层、吸收层、缓冲层和正面接触层形成第一模块；从第一模块中转移 或剥离包括吸收层、缓冲层和正面接触层的提取部分；以及在柔性衬底或其他衬底之上施 加提取部分。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是制造本发明所述的太阳能电池或串接（tandem)太阳能电池的各个阶段的 实施例的一系列截面图。
[0027] 图2是图1的太阳能电池或串接太阳能电池的变形的另外一系列截面图，其中，透 明导电胶带代替透明胶带。
[0028] 图3是图1的太阳能电池的变形的另一系列的截面图和一个顶视图。
[0029] 图4是图3的太阳能电池的另一个变形的截面图。
[0030] 图5是制造本发明所示和所述的太阳能电池的方法流程图。
【具体实施方式】
[0031] 对示例性实施例的描述旨在结合附图来阅读，所述附图被认为是整个书面说明的 一部分。不必按比例绘制附图。除非另有说明，否则在各个附图中，类似的参考数字代表类 似的部分。
[0032] 在说明书中，诸如"上"、"下"、"水平"、"垂直"、"上方"、"下方"、"向上"、"向下"、"顶 部"和"底部"及其派生词(例如，"水平地"、"向下地"、"向上地"等）的相对术语应该被解释 为是指如随后所述的或者如论述中的附图所示的方位。这些相关术语是为了便于描述，但 并不要求在特定方位上构造或操作装置。除非另有明确描述，关于接合、连接等的术语(诸 如"连接"和"互连"）是指其中一个结构直接或通过插入结构间接地固定或接合至另一结 构的关系以及两者都是可移动的或刚性的接合或关系。
[0033] 太阳能电池可由刚性和柔性材料制成。通常在超过500摄氏度的高温下来制造高 效能太阳能电池。然而，对于聚合物衬底来说，超过500°C的温度太高以致难以制造高效能 柔性太阳能电池。最具前景的柔性衬底是聚酰亚胺（PI)和金属箔。PI的最高可适用温度 通常低于500摄氏度，这将导致较低的效能。
[0034] 高工艺温度会导致金属箔（Ti、不锈钢等）中杂质(诸如Fe、Cr或Ni)的扩散从而 降低设备效率。此外，使用柔性衬底通常要求至少一个附加的钠源以用于适当加工。在串 接太阳能电池的条件下，高工艺温度可破坏串接结构的太阳能电池的底电池。
[0035] 太阳能电池的正面接触（TC0)层执行导电功能，同时其是透光的。通常在缓冲层 上方形成TC0层并且在吸收光或光能的吸收层上方形成缓冲层。在背面接触层(诸如钥或 Mo)上方形成吸收层并且在衬底上形成背面接触层。在一个实施例中，首先在诸如钠钙玻璃 (SLG)衬底的刚性衬底上制造黄铜矿（chalcopyrite)(包含铜、铟、镓和硒的CIGS)太阳能 电池。本发明中的实施例包括提取或分离提取部分。通过使用胶带或其他有机胶从衬底和 背面接触层（Mo)上撕除或剥离黄铜矿薄膜、缓冲层和TC0,可从背面接触层和衬底分离提 取部分。分离工艺发生在室温下或者可选地应用热量、电或压力来辅助分离(然后进行任意 后续的层压或粘合工艺)。通过将提取的部分(黄铜矿薄膜/缓冲层/TC0)转移、粘合、涂覆 或粘贴至另一个衬底上而继续执行工艺。这种新衬底可以是用于建筑物（building)或金 属箔或涂有导电金属的柔性衬底的另一种材料。在转移膜或提取部分与衬底之间可添加导 电聚合物以减小接触电阻并且提高层间粘合力。可选地，提取部分可连接至另一个太阳能 电池以形成串接太阳能电池结构。
[0036] 因此，在如图1的工艺10所示的具体实施例中，首先在刚性衬底11上制备黄铜矿 (铜、铟、镓、硒或CIGS)太阳能电池。例如，刚性衬底可以是钠钙玻璃（SLG)。在工艺10的 第一子集l〇a中，将诸如钥的背面接触层12涂覆或放置在刚性衬底11上。将诸如CIGS的 吸收层13涂覆或放置在背面接触层12上。将诸如硫化镉、硫化锌的缓冲层14涂覆或放置 在吸收层13上。然后，将透明导电氧化物（TC0)层15涂覆或放置在缓冲层14上。可将诸 如汇流条（bus bar)的金属棒16涂覆或放置在TC0层15上。
[0037] 在工艺10的第二子集10b中，如图所示，将透明胶带或有机胶17涂覆或放置在 TC0层15和金属棒16上。在工艺10的第三子集10c中，将包括胶带或胶17、金属棒16、 TCO层15、缓冲层14以及吸收层13的提取部分18从背面接触层12和衬底11上提取出、 分离、剥离或撕除。换句话说，在一个具体实施例中，工艺10c包括使用胶带或任何其他有 机胶17将黄铜矿薄膜/缓冲层/TC0层（13、14、15、16)从衬底/Mo (11，12)上剥离。工艺 10c可在室温下进行而不必施加超过500摄氏度的温度。如果需要，可在工艺10c的分离或 剥离工艺中应用热量、电或压力。
[0038] 在一个可选的转移工艺10dl中，然后可将提取部分18转移至或粘贴至诸如柔性 衬底20的另一个衬底上，其可任选地包括金属箔或导电聚合物层19。在转移膜或提取部分 18和衬底20之间，添加导电聚合物层以用于减小接触电阻并且提高提取部分18和衬底20 之间的粘合力。衬底20可由其他种类的材料制成并且可包括金属箔或涂有导电金属的其 他柔性衬底。可选地，如可选的转移工艺10d2所示，提取部分18可连接至另一个太阳能电 池28以形成所示的串接结构。另一个太阳能电池28包括第二TC0层25、第二缓冲层24、 第二吸收层23、第二背面接触层22和衬底21。太阳能电池28作为实例示出但不限制于 所示的特定结构。可通过互连层26将提取部分18和其他太阳能电池28连接在一起。互 连层26可由诸如透明聚酰亚胺或其他透明塑料的透明材料或P+型半导体(诸如ZnTe:Cu、 CuxSe2、CuIn02:Ca或BaCu2S2)制成。这些P+型半导体的带隙应该等于或大于顶部电池以 避免光损耗。
[0039] 图2示出了工艺30的另一个实施例，除了使用透明导电胶带或导电胶37而非图1 的透明胶带17之外，其类似于图1的工艺10。如前所述，首先在刚性衬底11上制备CIGS 太阳能电池。例如，刚性衬底可以是SLG。在工艺30的第一子集30a中，将背面接触层12 (Mo)涂覆或放置在刚性衬底11上。将吸收层13 (CIGS)涂覆或放置在背面接触层12上。 将缓冲层14涂覆或放置在吸收层13上。然后，将TC0层15涂覆或放置在缓冲层14上。使 用透明导电胶带37来代替金属棒16,并将其放置在TC0层15上，以下参考30b对其进行进 一步的描述。
[0040] 在工艺30的第二子集30b中，如图所示，将透明胶带或有机胶17涂覆或放置在 TC0层15上。在工艺30的第三子集30c中，将包括导电胶带或导电胶37、TC0层15、缓冲 层14以及吸收层13的提取部分18从背面接触层12和衬底11中提取出、分离出、剥离出 或撕除。换句话说，在一个具体实施例中，工艺30c包括使用胶带或其他任何有机胶37从 衬底/Mo (11，12)上剥离黄铜矿薄膜/缓冲层/TC0层（13、14、15)。在室温下进行工艺10c 而不必施加超过500摄氏度的温度。如果需要，可在分离或剥离工艺30c中应用热量、电或 压力。
[0041] 在一个可选的转移工艺30dl中，然后将提取部分38转移至或粘贴至诸如柔性衬 底20的另一个衬底上，其可任选地包括金属箔或导电聚合物层19。衬底20可由其他类型 的材料制成并且可包括金属箔或涂有导电金属的其他柔性衬底。可选地，如可选的转移工 艺30d2所示，可将提取部分38连接至另一个太阳能电池28以形成所示的串接结构。太阳 能电池28作为实例示出但并不限于所示的具体结构。可通过互连层26将提取部分38和 其他太阳能电池28连接在一起。
[0042] 最具前景的薄膜太阳能电池之一是多晶黄铜矿Cu (In，Ga)Se2 (又称为CIGS)。诸 如钠钙玻璃的刚性玻璃衬底上的CIGS太阳能电池的效能可高达20. 3%，其中，工艺温度高 于550摄氏度。由于其在诸如移动通信、光伏建筑一体化（BIPV)和消费电子产品中的广泛 应用，因此柔性太阳能电池极具吸引力。通过包括共蒸法、溅射/SAS工艺、电沉积方法或印 刷法的多种方法在柔性衬底上直接沉积柔性黄铜矿太阳能电池。SLG中的钠能够提高器件 性能。然而，在非SLG的柔性衬底内没有钠离子。通常通过沉积NaF、Na:Mo或Na:CuGa来 添加附加的钠源。相比于串接太阳能电池，这样的串接太阳能电池可达到更高的效率。然 而，串接电池中顶部电池的吸收层带隙高于串接电池中的底部电池的吸收层带隙以有效地 将光转化为电子和电子-空穴对。沉积顺序是从底部至顶部。因此，使用通常的工艺则顶 部电池的工艺温度受到限制，但是使用本发明描述的方法消除了由于顶部电池的热处理而 损坏底部电池的顾虑，因为首先会单独处理顶部电池。
[0043] 参考图3,制造太阳能电池的工艺40的另一个实施例在第一工艺40a中包括：衬 底41、背面接触层42、位于背面接触层42上的吸收层43、位于吸收层43上的缓冲层44以 及位于缓冲层44之上的正面接触层45。在一些实施例中，衬底41是诸如钠钙玻璃的玻璃 衬底。在一些实施例中，衬底41的厚度范围在0· 1mm至5mm之间。
[0044] 在一些实施例中，背面接触层42由钥（Mo)形成，在其上方可形成CIGS吸收层43。 在一些实施例中，通过溅射形成Mo背面接触层42。其他实施例包括其他合适的背面接触材 料，诸如代替Mo的？丨41148、附或(：11。例如，在一些实施例中，提供铜或镍的背面接触层， 在其之上可形成碲化镉（CdTe)吸收层。形成背面接触层42后，在背面接触层42中形成P1 划线48a。以吸收层材料填充P1划线48a。在一些实施例中，背面接触层42的厚度范围在 约10 μ m至约300 μ m之间。
[0045] 在背面接触层42上形成吸收层43,诸如p型吸收层43。在一些实施例中，吸收层 43是包括Cu (In，Ga)Se2 (CIGS)的基于黄铜矿的吸收层，其具有约1微米或更厚的厚度。 在一些实施例中，使用CuGa溅镀靶(未示出）和基于铟的溅射靶(未示出）来溅射吸收层43。 在一些实施例中，首先溅射CuGa材料以形成一个金属前体层，接下来溅射基于铟的材料以 在CuGa金属前体层上形成含铟金属前体层。在其他实施例中，同时溅射或者交替溅射CuGa 材料和基于钢的材料。
[0046] 在其他实施例中，吸收层包括不同的材料，诸如CuInSe2(CIS)、CuGaSe 2(CGS)、 Cu(In，Ga)Se2(CIGS)、Cu(In，Ga) (Se，S)2(CIGSS)、CdTe 和非晶硅。其他实施例包括其他吸 收层材料。
[0047] 在其他实施例中，通过提供合适的均匀组分的不同技术来形成吸收层。例如，可共 蒸Cu、In、Ga和Se 2并且通过化学汽相沉积（CVD)同时输送，然后加热至400°C至600°C的温 度范围。在其他实施例中，首先输送Cu、In和Ga，然后在Se气氛下并且温度范围在400°C 至600°C之间对该吸收层进行退火。
[0048] 在一些实施例中，吸收层43具有约0.3 μ m至约0.8 μ m之间的厚度。在一些实施 例中，缓冲层44可以是由CdS、ZnS、In2S3、In 2Se3和Zni_xMgx0 (例如，ZnO)组成的组中的一 种。可使用其他合适的缓冲层材料。在一些实施例中，缓冲层44具有约lnm至约500nm之 间的厚度。
[0049] 正面接触层45可由表1中列出的任何材料形成，同时掺有与表1中的每种材料都 相对应的任何一种掺杂物。
[0050] 表 1
[0051]
【权利要求】
1. 一种太阳能电池，包括： 吸收层； 缓冲层，位于所述吸收层上； 正面接触层，其中，在超过500摄氏度的温度下将玻璃衬底、位于所述玻璃衬底上的背 面接触层、位于所述背面接触层上的所述吸收层、所述缓冲层以及所述正面接触层制造为 第一模块； 提取部分，来自所述第一模块，所述提取部分包括所述吸收层、所述缓冲层和所述正面 接触层；以及 柔性衬底或其他衬底，所述提取部分被施加于所述柔性衬底或其他衬底。
2. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，在低于500摄氏度的温度下，将所述提取 部分施加于所述柔性衬底或其他衬底。
3. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，将所述提取部分施加于金属层和所述柔 性衬底或其他衬底。
4. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，将所述提取部分施加于导电聚合物层和 所述柔性衬底或其他衬底。
5. 根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述柔性衬底或其他衬底是将所述提取 部分互连至第二模块的第二正面接触层的互连层，所述第二模块包括第二玻璃衬底、第二 背面接触层、第二吸收层、第二缓冲层以及第二正面接触层。
6. 根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述提取部分和所述第二模块形成串接 太阳能电池。
7. 根据权利要求6所述的太阳能电池，其中，所述第二模块是硅太阳能电池、染料敏化 太阳能电池、有机太阳能电池或铜铟镓硒（CIGS )太阳能电池中的一种。
8. 根据权利要求1所述的太阳能电池，包括：施加于正面接触层的导电汇流条以及放 置在所述正面接触层的顶部的至少一部分和所述导电汇流条上的透明胶带、有机胶或透明 导电胶带。
9. 一种制造太阳能电池的方法，包括 在玻璃衬底上形成背面接触层； 在所述背面接触层上形成吸收层； 在所述吸收层上形成缓冲层； 在所述缓冲层之上形成正面接触层，所述玻璃衬底、所述背面接触层、所述吸收层、所 述缓冲层和所述正面接触层形成第一模块； 从所述第一模块中提取包括所述吸收层、所述缓冲层和所述正面接触层的提取部分； 以及 在柔性衬底或其他衬底之上施加所述提取部分。
10. -种制造太阳能电池的方法，包括： 通过在玻璃衬底上溅射钥而在所述玻璃衬底上形成背面接触层； 通过在所述背面接触层上溅射或共蒸铜、铟、镓和硒的组合物而在所述背面接触层上 形成吸收层； 通过在所述吸收层上化学浴沉积硫化镉或硫化锌而在所述吸收层上形成缓冲层； 在所述缓冲层之上形成正面接触层，其中，在超过500摄氏度的温度下，所述玻璃衬 底、所述背面接触层、所述吸收层、所述缓冲层和所述正面接触层形成第一模块； 从所述第一模块中转移或剥离包括所述吸收层、所述缓冲层和所述正面接触层的提取 部分；以及 在柔性衬底或其他衬底之上施加所述提取部分。
【文档编号】H01L31/18GK104218106SQ201310362161
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】吴忠宪, 徐伟伦, 陈世伟, 严文材, 许丽 申请人:台积太阳能股份有限公司