一种薄膜太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及太阳能电池领域，具体涉及一种薄膜太阳能电池，第一沟槽内填充与吸收层相同的半导体，并在接触电极空缺内直接填充与背电极层相同的物质，背电极层与吸收层直接的接触的电阻很大，因而不会对太阳能电池单元的串联有影响；即在薄膜太阳能电池中不需要填充电绝缘物质，而电绝缘物质不参与光电转换，即减少了死区面积，从而避免了电绝缘物质对太阳能电池的占用，提高了太阳能电池参与光电转换的面积。另外，所述的薄膜太阳能电池在使用时，背面也能吸收地面或墙体反射的光能，而通过地面或墙体反射的光能达到30％以上，所述背电极的材料采用透明材质可以最大限度的利用该30％的光能进行光电转换，进一步提高了其光电转换的效率。
【专利说明】-种薄膜太阳能电池
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及太阳能电池领域，具体涉及一种薄膜太阳能电池。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池又称为"太阳能芯片"或光电池，是通过光电效应或者光化学效应直接 把光能转化成电能的装置。其中，以光电效应工作的薄膜太阳能电池为主。
[0003] -般，薄膜太阳能电池迎向太阳光朝上放置，从下往上依次主要包括下封装 层、基底层、背电极层、背接触层、吸收层、窗口层、上接触层和上封装层等。中国专利 CN101807622A公开了一种制备碲化镉薄膜太阳能电池组件的方法，其包括如下步骤：
[0004] 首先，在透明导电薄膜玻璃上沉积CdS薄膜获得"glass/TCO/CdS" ；
[0005] 然后，在 "glass/TCO/CdS" 上沉积碲化镉薄膜获得 "glass/TCO/CdS/CdTe" ；
[0006] 然后，对"glass/TCO/CdS/CdTe"进行含氯化镉气氛下的热处理；
[0007] 然后，使用激光刻划热处理后的"glass/TCO/CdS/CdTe"，刻划掉"TCO/CdS/CdTe" 后进行化学腐蚀使碲化镉表面富碲；
[0008] 然后，在"glass/TCO/CdS/CdTe"上刻划掉"TCO/CdS/CdTe"的刻痕上填注低温固 化胶；
[0009] 然后，沉积背接触层，然后进行背接触层热处理；
[0010] 然后使用激光在TCO/CdS/CdTe刻痕附近刻刻划掉CdS/CdTe/背接触层；
[0011] 然后，沉积金属背电极层，然后使用激光刻划掉TCO/CdS/CdTe刻痕和CdS/CdTe/ 背接触层刻痕附近的CdS/CdTe/背接触层/金属背电极。
[0012] 即上述制备碲化镉薄膜太阳能电池组件的方法，先在透明导电层上沉积硫化镉， 通过激光刻划第一沟槽；填充第一沟槽；沉积背接触层后使用激光刻划第二沟槽；沉积金 属背电极后刻划第三沟槽。其中，镉元素属于稀有金属，上述制备太阳能电池组件的方法工 艺步骤繁多复杂，且刻划去除CdS和CdTe的步骤多，对含镉元素的材料浪费严重，不仅对环 境污染严重，而且制造成本很高。
[0013] 为了解决上述技术问题，美国专利文献US2011/0290641A1公开了一种快速化学 电沉积法生产太阳能电池的装置和方法，包括具有很多接触顶针的支撑结构，每个所述 接触顶针都与基底层表面电接触，给所述基底层提供用于电沉积的电位（An apparatus for electrodeposition, comprising a support structure including a plurality of contact pins, each contact pin of said plurality of contact pins configure to establish electrical con tact with a substrate surface and thereby supply plating potential to the substrate)。上述装置可用于对背接触层、吸收层、窗口层、上 接触层进行电沉积生产。该技术通过设置很多接触顶针，将电流通过接触顶针均匀的均匀 地分布在待电沉积平板上，从而有效地将待电沉积平板的电阻降低，使得电沉积层可以分 布更为均匀；但是，待电沉积完毕、移除接触顶针后，设置接触顶针的地方就会产生接触顶 针孔，如果不对该接触顶针孔进行填补，太阳能电池在使用时就会产生断路，因此，需要在 移除接触顶针后在接触顶针孔中填充电绝缘物质，由于电绝缘物质不参与光电转换，被称 为死区，面积过大的死区将影响电池的整体转换效率。在实际生产时，后续需对单体太阳能 板进行划刻沟槽和填充沟槽的工序，从而将单体太阳能板划分为串联或并联的太阳能电池 组件。该太阳能电池组件由于其内部接触顶针孔中填充的电绝缘物质不参与光电转换过 程，而且沟槽中的电绝缘物质也不参与光电转换过程，即不参与光电转换的面积过大，相应 的使太阳能电池单位面积内参与光电转换的有效面积减小，影响了光吸收效果。 实用新型内容
[0014] 为此，本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术中的太阳能薄膜电池结构复 杂，生产成本高，进而提供一种结构简单、成本低的薄膜太阳能电池。
[0015] 为解决上述技术问题，本实用新型提供一种薄膜太阳能电池，包括堆叠对称设置 的两个太阳能电池单元，以及设置在所述太阳能电池单元之间的太阳能电池封装膜；所述 太阳能电池单元包括依次堆叠设置的玻璃基底、透明导电层、窗口层、吸收层、背接触层，所 述太阳能电池封装膜设置在所述背接触层上。
[0016] 所述窗口层和所述吸收层中设置有贯通的第二沟槽，所述背接触层延伸并填充所 述第二沟槽；以所述第二沟槽的长边侧面为起始，在所述窗口层和所述透明导电层中开设 贯通的第一沟槽，所述吸收层延伸并填充所述第一沟槽；以所述第二沟槽远离所述第一沟 槽的侧面为起始，在所述背接触层中开设贯通的第三沟槽，所述太阳能电池封装膜延伸并 填充所述第三沟槽；所述第一沟槽、所述第二沟槽和所述第三沟槽的长度方向平行。
[0017] 所述第二沟槽垂直于长度方向的截面为圆形、方形、正方形、倒三角或梯形的一 种。
[0018] 所述第二沟槽的长边侧面为平面或曲面。
[0019] 本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，
[0020] (1)本实用新型所述薄膜太阳能电池，所述第一沟槽内填充与吸收层相同的物质， 所述吸收层的物质为半导体，并在接触电极空缺内直接填充与背电极层相同的物质，背电 极与吸收层直接的接触的电阻很大，因而不会对太阳能电池单元的串联有影响；即，在薄膜 太阳能电池中不需要填充电绝缘物质，而电绝缘物质不参与光电转换，即减少了死区面积， 从而避免了电绝缘物质对太阳能电池的占用，提高了太阳能电池参与光电转换的面积。
[0021] 另外，本实用新型所述的薄膜太阳能电池在使用时，背面也能吸收地面或墙体反 射的光能，而通过地面或墙体反射的光能达到30%以上，所述背电极的材料采用透明材质 可以最大限度的利用该30%的光能进行光电转换，进一步提高了其光电转换的效率。
[0022] (2)在本实用新型所述薄膜太阳能电池中，所述第二沟槽垂直于所述接触长边方 向的截面为圆形、方形、倒三角或梯形的一种，即只要所述第二沟槽沿长边方向为长条形， 都能实现本实用新型用于薄膜太阳能电池生产的目的，使用广泛，可根据具体生产情况进 行自由选择，适应性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施 例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0024] 图la是本实用新型所述薄膜太阳能电池的制备步骤（b)半成品的俯视图；
[0025] 图lb是图la的A-A剖面图；
[0026] 图lc是本实用新型实施例1中所述薄膜太阳能电池中接触电极穿透所述窗口层 与所述透明导电层欧姆接触的示意图；
[0027] 图Id是本实用新型实施例1中图lc的B-B剖面图；
[0028] 图le?图lj是本实用新型实施例1所述薄膜太阳能电池在图Id所示结构后的 制备步骤示意图；
[0029] 图2d是本实用新型实施例2中图lc的B-B剖面图；
[0030] 图2e?图2j是本实用新型实施例2所述薄膜太阳能电池在图2d所示结构后的 制备步骤示意图；
[0031] 图3c是本实用新型实施例3所述薄膜太阳能电池中接触电极穿透所述窗口层与 所述透明导电层欧姆接触的示意图；
[0032] 图3d是图3c的C-C剖面图；
[0033] 图4是本实用新型实施例1?实施例3中所述薄膜太阳能电池的单元剖面图；
[0034] 图5a是本实用新型实施例1中所述用于薄膜太阳能电池生产的电沉积装置使用 时的结构示意图；
[0035] 图5b是图5a中所述薄膜太阳能电池半成品与对电极的位置关系示意图；
[0036] 图6a是本实用新型实施例2中所述用于薄膜太阳能电池生产的电沉积装置使用 时的结构示意图；
[0037] 图6b是图6a中所述薄膜太阳能电池半成品与对电极的位置关系示意图。
[0038] 图中附图标记表示为：1-薄膜太阳能电池，11-玻璃基底，12-透明导电层，13-窗 口层，14-吸收层，15-接触电极空缺，16-背接触层，17-背电极层，P1-第一沟槽，P2-第二 沟槽，P3-第三沟槽，2-接触电极，3-对电极，4-太阳能电池封装膜、5-电解液。
【具体实施方式】
[0039] 实施例1
[0040] 本实用新型提供一种薄膜太阳能电池，如图4所示，包括堆叠对称设置的两个太 阳能电池单元，以及设置在所述太阳能电池单元之间的太阳能电池封装膜4 ;所述太阳能 电池单元包括依次堆叠设置的玻璃基底11、透明导电层12、窗口层13、吸收层14、背接触层 16,所述太阳能电池封装膜4设置在所述背接触层16上。
[0041] 所述窗口层13和所述吸收层14中设置有贯通的第二沟槽P2,所述背接触层16延 伸并填充所述第二沟槽P2 ;以所述第二沟槽P2的长边侧面为起始，在所述窗口层13和所 述透明导电层12中开设贯通的第一沟槽P1，所述吸收层14延伸并填充所述第一沟槽P1 ; 以所述第二沟槽P2远离所述第一沟槽P1的侧面为起始，在所述背接触层16中开设贯通的 第三沟槽P3,所述太阳能电池封装膜4延伸并填充所述第三沟槽P3 ;所述第一沟槽P1、所 述第二沟槽P2和所述第三沟槽P3的长度方向平行。
[0042] 所述第二沟槽P2垂直于长度方向的截面为方形，所述第二沟槽P2的长边侧面为 平面。
[0043] 所述薄膜太阳能电池的生产方法，包括如下步骤：
[0044] (a)如图lb所示，在玻璃基底11上形成透明导电层12。
[0045] (b)如图la和lb所示，在所述透明导电层12上形成窗口层13,所述窗口层13为 硫化镉（CdS)层。
[0046] (c)如图lc和Id所示，接触电极2穿透所述窗口层13与所述透明导电层12欧姆 接触，所述接触电极2与所述透明导电层12的接触面为长条形，所述接触电极2垂直于所 述接触面长度方向的截面为方形，所述接触电极2的长边侧面为平面。
[0047] 所述接触电极2为长条形，电沉积完毕后移除接触电极2所得到的长条接触电极 空缺代替了现有技术中需要刻划沟槽的工序，对生产材料的浪费减少，而且节省了工序，进 而降低了生产成本。
[0048] 且所述接触电极2为长条形，接触电极2将较大的待电沉积平面分隔为单个小单 元进行电沉积，因而在采用电沉积的方法进行形成吸收层14及背接触层16或背电极层17 时，电沉积更加均匀，而且可通过加大电压的方式来提高电沉积的速度而不会影响其均匀 性，而且采用电沉积的方式形成背接触层16时，可使背接触层16形成的非常薄且可透光， 这是通过蒸发或溅射所无法实现的。
[0049] 所述接触电极2垂直于长度方向的截面为圆形、方形、倒三角或梯形的一种，即只 要所述接触电极2沿长度方向为长条形，都能实现本实用新型用于薄膜太阳能电池生产的 目的，使用广泛，可根据具体生产情况进行自由选择，适应性强。
[0050] ⑷如图le所示，在步骤（c)中的所述透明导电层12上，与所述接触电极2平行 且相邻位置、贯通所述透明导电层12进行划刻沟槽工序得到第一沟槽P1 ;所述接触电极2 的接触长边的长度等于所述第一沟槽P1的长边长度；
[0051] (e)如图5a和图5b所示，将上述半成品放置于电沉积槽内，对所述接触电极2和 对电极3进行通电，在所述窗口层13上电沉积吸收层14并同时填充所述第一沟槽P1，填充 所述第一沟槽P1和所述吸收层14的物质为碲化镉（CdTe);
[0052] 用于上述所述薄膜太阳能电池生产方法的电沉积装置，如图5a所示，包括：
[0053] 电沉积槽，其中充满电解液5 ;
[0054] 接触电极2，设置在所述电沉积槽内与待电沉积表面电连接；
[0055] 对电极3,与所述接触电极2形成电连通；
[0056] 所述接触电极2与所述待电沉积表面欧姆接触且为面接触，所述接触电极2与所 述透明导电层12的接触面为长条形，所述接触电极2在垂直于所述待电沉积表面的截面为 方形。所述接触电极2平行设置在所述待电沉积表面第一沟槽P1相邻的位置上。
[0057] (f)如图lg所示，在步骤（e)的所述吸收层14上形成背接触层16,本实施例中设 置所述背接触层16是通过溅射形成。
[0058] (g)如图lh所示，通过向远离所述玻璃基底11的方向撕除所述接触电极2,移除 所述接触电极2后在该半成品上形成接触电极空缺15,所述接触电极空缺15即为第二沟槽 P2。
[0059] 所述接触电极空缺15通过向远离所述第一玻璃基底11方向撕除所述接触电极2 获得，即所述接触电极2是在所述接触电极2在端部连接通电的导电线时，导电线长边与所 述表面平行接触电沉积，电沉积液会经所述导电线的表面流过，即电沉积液在待电沉积表 面均匀分布，电沉积表面更加均匀，电沉积层在接触电极2表面也覆盖一层，因为该电沉积 层非常薄，通过撕除所述接触电极2,不仅操作简单，而且移除电极快速，节约操作时间。
[0060] (h)如图Π 所示，通过电沉积工艺填充所述接触电极空缺15,并在所述背接触层 16上形成背电极层17。
[0061] (i)如图lj所示，对步骤（h)中获得的半成品的所述吸收层14上，与所述接触电 极空缺15平行且相邻位置、贯通所述背电极层17进行划刻沟槽工序得到第三沟槽P3,制得 所述太阳能电池单元。
[0062] (j)如图4所示，对称堆叠设置两个所述太阳能电池单元，并在两个所述太阳能电 池单元中所述背电极层17上和所述第三沟槽P3内填充太阳能电池封装膜4。
[0063] 所述太阳能电池封装膜为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
[0064] 实施例2
[0065] 本实施例提供一种薄膜太阳能电池及其生产方法，具体结构和方法同实施例1，唯 一不同的是所述接触电极2垂直于所述接触电极2接触长边方向的截面为圆形，具体制备 过程中的结构如图2d-2j所示。
[0066] 如图6a和图6b所不，在电沉积槽内，在所述窗口层13上电沉积吸收层14并同时 填充所述第一沟槽P1时，所述接触电极2在端部连接通电。
[0067] 作为可变换的实施例，本实施例所述薄膜太阳能电池的生产方法中，所述接触电 极垂直于所述接触电极接触长边方向的截面为梯形 [0068] 实施例3
[0069] 本实施例中所述薄膜太阳能电池及其生产方法，具体结构和实施方式同实施例1， 不同的是：
[0070] 步骤（c)中，接触电极2穿透所述窗口层13与所述透明导电层12欧姆接触，所述 接触电极2与所述透明导电层12的接触面为长条形，如图3c所示，所述接触电极2沿长度 方向上的侧面为曲线；如图3d所示，所述接触电极2垂直于长度方向的截面为梯形，所述接 触电极2在端部连接通电。
[0071] 步骤（h)中，填充在步骤（g)中获得的半成品的所述接触电极空缺后再形成背电 极层，本实施例中背电极层和填充所述接触电极空缺是通过电沉积形成，在电沉积时第二 接触电极与所述透明导电层欧姆接触，本实施例中设置用于填充所述接触电极空缺和形成 背电极层的材料都为铜。
[0072] 作为可变换的实施例，本实施例中设置用于填充所述接触电极空缺和形成背电极 层的材料为透明导电氧化物，即与透明导电层所使用的材料相同。
[0073] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对 于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
【权利要求】
1. 一种薄膜太阳能电池，其特征在于：包括堆叠对称设置的两个太阳能电池单元，以 及设置在所述太阳能电池单元之间的太阳能电池封装膜（4);所述太阳能电池单元包括依 次堆叠设置的玻璃基底（11)、透明导电层（12)、窗口层（13)、吸收层（14)、背接触层（16)， 所述太阳能电池封装膜（4)设置在所述背接触层（16)上。
2. 根据权利要求1所述的薄膜太阳能电池，其特征在于：所述窗口层（13)和所述吸 收层（14)中设置有贯通的第二沟槽（P2)，所述背接触层（16)延伸并填充所述第二沟槽 (P2);以所述第二沟槽（P2)的长边侧面为起始，在所述窗口层（13)和所述透明导电层 (12)中开设贯通的第一沟槽（P1)，所述吸收层（14)延伸并填充所述第一沟槽（P1);以所 述第二沟槽（P2)远离所述第一沟槽（P1)的侧面为起始，在所述背接触层（16)中开设贯通 的第三沟槽（P3)，所述太阳能电池封装膜（4)延伸并填充所述第三沟槽（P3);所述第一沟 槽（P1)、所述第二沟槽（P2)和所述第三沟槽（P3)的长度方向平行。
3. 根据权利要求2所述薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第二沟槽（P2)垂直于长度 方向的截面为圆形、方形、倒三角或梯形的一种。
4. 根据权利要求3所述薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第二沟槽（P2)的长边侧面 为平面或曲面。
【文档编号】H01L31/0352GK203910819SQ201420273168
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】张征宇, 李伟中 申请人:北京恒基伟业投资发展有限公司