專利名稱：太陽能電池及其制造設(shè)備和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池、用于制造該太陽能電池的設(shè)備及方法，尤其涉及一種具有可撓 曲基板的太陽能電池、用于制造該太陽能電池的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池主要應(yīng)用的是光電轉(zhuǎn)換原理，其結(jié)構(gòu)主要包括基板以及設(shè)置在基板上的P型 半導(dǎo)體材料層和N型半導(dǎo)體材料層。
光電轉(zhuǎn)換是指太陽的輻射能光子通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程(請參見"Grown junction GaAs solar cell" ，Shen， C. C. ; Pearson, G丄；Proceedings of the IEEE, Volume 64， Issue 3， March 1976 Page (s) : 384-385)。當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體上時，其中 一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱能， 另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價電子碰撞，于是產(chǎn)生電子-空穴對。這樣，光能就以產(chǎn) 生電子-空穴對的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽⒃赑型和N型交界面兩邊形成勢壘電場，將電子驅(qū)向N 區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得N區(qū)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴，在P-N結(jié)附近形成與 勢壘電場方向相反的光生電場。光生電場的一部分除抵消勢壘電場外，還使P型層帶正電， N型半導(dǎo)體層帶負電，在N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏打電動勢。若分別在P型層和 N型半導(dǎo)體層焊上金屬引線，接通負載，則外電路便有電流通過。如此形成的一個個電池元 件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。
近年來，太陽能電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天、工業(yè)、氣象等領(lǐng)域，如何將太陽能電池應(yīng)用 于日常生活，以解決能源短缺、環(huán)境污染等問題已成為一個熱點問題。這其中，將太陽能電 池與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑或家庭房屋實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向 ，德國、美國等國家更提出光伏屋頂計劃。
然而一般的太陽能電池的基板都采用單晶硅、多晶硅或玻璃等材料，這些材料不易撓曲 ，難以固定在一個彎曲的表面上，限制了太陽能電池面板的形狀及安裝位置，尤其在希望把 其應(yīng)用于與建筑材料結(jié)合的模件中時，會受到許多限制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種具有可撓曲基板的太陽能電池、制造該太陽能電池的設(shè)備及 其制造方法。
一種太陽能電池，其包括一個可以撓曲的基板， 一層背電極， 一層P型半導(dǎo)體層， 一層 P-N結(jié)層， 一層N型半導(dǎo)體層， 一層透明導(dǎo)電層及一層前電極。該基板的材料是不銹鋼。該背 電極形成在該基板的一個表面上。該P型半導(dǎo)體層形成在該背電極上。該P-N結(jié)層形成在該P 型半導(dǎo)體層上。該N型半導(dǎo)體層形成在該P-N結(jié)層上。該透明導(dǎo)電層形成在該N型半導(dǎo)體層上 。該前電極形成在該透明導(dǎo)電層上。
一種太陽能電池的制造方法，其包括以下步驟不銹鋼基板由放巻軸出發(fā)，依次經(jīng)由第 一導(dǎo)向軸、滾軸及第二導(dǎo)向軸，巻繞在收巻軸上，在該放巻過程中，不銹鋼基板依次經(jīng)過第 一濺射區(qū)、第一沉積區(qū)、第二濺射區(qū)、第二沉積區(qū)、第三濺射區(qū)及第四濺射區(qū)，在該第一濺 射區(qū)通過濺射法在基板的一個表面上形成一層背電極，在該第一沉積區(qū)通過化學(xué)氣相沉積法 在該背電極上形成一層P型半導(dǎo)體層，在該第二濺射區(qū)通過濺射法在該P型半導(dǎo)體層上形成一 層P-N結(jié)層，在該第二沉積區(qū)通過化學(xué)氣相沉積法在該P-N結(jié)層上形成一層N型半導(dǎo)體層，在 該第三濺射區(qū)通過濺射法在該N型半導(dǎo)體層上形成一層透明導(dǎo)電層，在該第四濺射區(qū)通過濺 射法在該透明導(dǎo)電層上形成一層前電極，從而得到太陽能電池。
一種用于制造太陽能電池的設(shè)備，其包括一個纏繞室及一個鍍膜室。該纏繞室內(nèi)設(shè)置有 一個放巻軸和一個收巻軸，該放巻軸用于纏繞可以撓曲的不銹鋼基板并且將該基板從該放巻 軸放出，該收巻軸用于將鍍膜后的該基板巻起。 一個鍍膜室依次設(shè)置有第一濺射區(qū)、第一沉 積區(qū)、第二濺射區(qū)、第二沉積區(qū)、第三濺射區(qū)及第四濺射區(qū)，每個區(qū)分別設(shè)置有至少一個滾 軸，可以撓曲的不銹鋼基板的第一端纏繞在放巻軸上，該不銹鋼基板的第二端依次通過各滾 軸纏繞在收巻軸上，從而該不銹鋼基板可以從放巻軸出發(fā)依次經(jīng)過第一濺射區(qū)、第一沉積區(qū) 、第二濺射區(qū)、第二沉積區(qū)、第三濺射區(qū)及第四濺射區(qū)，從而纏繞在該收巻軸上。該第一濺 射區(qū)用于通過濺射法在基板的一個表面上形成一層背電極，該第一沉積區(qū)用于通過化學(xué)氣相 沉積法在該背電極上形成一層P型半導(dǎo)體層，該第二濺射區(qū)用于通過濺射法在該P型半導(dǎo)體層 上形成一層P-N結(jié)層，該第二沉積區(qū)用于通過化學(xué)氣相沉積法在該P-N結(jié)層上形成一層N型半 導(dǎo)體層，該第三濺射區(qū)用于通過濺射法在該N型半導(dǎo)體層上形成一層透明導(dǎo)電層，該第四濺 射區(qū)用于通過濺射法在該透明導(dǎo)電層上形成一層前電極，從而得到太陽能電池。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明太陽能電池的基板是可撓曲的不銹鋼基板，故太陽能電池可撓 曲，將其應(yīng)用于建筑領(lǐng)域時，更容易配合建筑物本身的形狀設(shè)計成不同幾何形狀的太陽能電 池，使設(shè)計更有彈性。


圖l是本發(fā)明實施例太陽能電池的剖面示意圖2是本發(fā)明實施例用于制造太陽能電池的巻軸式鍍膜系統(tǒng)的剖面示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
請參閱圖l，本發(fā)明實施例太陽能電池10包括一個基板101，基板101具有一個表面1012 ，基板101的表面1012上依次形成有背電極(Back Metal Contact Layer) 102， P型半導(dǎo) 體層103， P-N結(jié)層104， N型半導(dǎo)體層105，透明導(dǎo)電層(Transparent Conductive Oxide) 106，及前電極(Front Metal Contact Layer) 107。
基板101是可撓曲的不銹鋼薄片(Stainless Steel Thin Foil)，基板101的厚度大約 在10ym至100ym之間?；錓OI的材料可以是奧氏體(Austenitic)不銹鋼，鐵素體( Ferritic)不銹鋼，馬氏體(Martensitic)不銹鋼等。
背電極102的材料可以是銀(Ag)，銅(Cu)，鉬(Mo)，鋁(Al)，銅鋁合金(Cu-Al Alloy)，銀銅合金(Ag-Cu Alloy)，或者銅鉬合金(Cu-Mo Alloy)等。背電極102可以采 用濺射(Sputtering)或者沉積(D印osition)的方法形成。
P型半導(dǎo)體層103的材料可以是P型非晶硅(P type amorphous silicon,簡稱P-a-Si) 材料，特別是P型含氫非晶硅(P type amorphous silicon with hydrogen,簡稱P-a-Si:H )材料。當(dāng)然，該P型半導(dǎo)體層的材料也可以是III-V族化合物或II-VI族化合物，特別是摻 雜鋁(Al)、鉀(Ga)、銦(In)的半導(dǎo)體材料，如氮化鋁鉀(AlGaN)或鋁砷化鎵( AlGaAs)。
優(yōu)選地，P型半導(dǎo)體層103的材料為P型非晶硅材料。非晶硅材料對光的吸收性比結(jié)晶硅 材料強約500倍，所以在對光子吸收量要求相同的情況下，非晶硅材料制成的半導(dǎo)體層的厚 度遠小于結(jié)晶硅材料制成的半導(dǎo)體層的厚度。且非晶硅材料對基板材質(zhì)的要求更低。所以采 用非晶硅材料不僅可以節(jié)省大量的材料，也使得制作大面積的太陽能電池成為可能(結(jié)晶硅 太陽能電池的面積受限于硅晶圓的尺寸)。
P-N結(jié)層104的材料可以是結(jié)合性較好的III-V族化合物或I-III-VI族化合物，如碲化鎘 (CdTe)、銅銦硒(CuInSe2)等材料。也可以是銅銦鎵硒(Culm—xGaSe2， CIGS)。該P-N 結(jié)層132用于將光子轉(zhuǎn)換成電子-孔穴對并形成勢壘電場。該P-N結(jié)層132可以通過化學(xué)氣相沉 積法(Chemical Vapor D印osition， CVD)，濺射法等方法形成。
N型半導(dǎo)體層105的材料可以是N型非晶硅(N Type Amorphous Silicon,簡稱N-a-Si) 材料，特別是N型含氫非晶硅(N Type Amorphous Silicon With Hydrogen,簡稱N-a-Si:H )材料。當(dāng)然，該N型半導(dǎo)體層133的材料也可以是III-V族化合物或II-VI族化合物，特別是
摻雜氮(N)、磷(P)、砷(As)的半導(dǎo)體材料，如氮化鉀(GaN)或磷化銦鎵(InGaP)。 透明導(dǎo)電層106的材料可以是，例如，銦錫氧化層(Indium Tin Oxide， ITO)，氧化鋅 (ZnO)等。
前電極107的材料可以是銀(Ag)，銅(Cu)，鉬(Mo)，鋁(Al)，銅鋁合金(Cu-Al Alloy)，銀銅合金(Ag-Cu Alloy)，或者銅鉬合金(Cu-Mo Alloy)等。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明太陽能電池10的基板101是可撓曲的不銹鋼薄片，故太陽能電 池10可撓曲，將其應(yīng)用于建筑領(lǐng)域時，更容易配合建筑物本身的形狀設(shè)計成不同幾何形狀的 太陽能電池，使設(shè)計更有彈性。而且，不銹鋼薄片價格相對較便宜，從而可以降低太陽能電 池10的成本，有利于太陽能電池10的進一步大范圍推廣。此外，本發(fā)明太陽能電池10不僅可 以應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，由于其具有可撓曲、且成本低等特性，還可以廣泛地應(yīng)用于航天器，交 通工具，以及手機等3C產(chǎn)品上。
以下介紹一種制造太陽能電池10的設(shè)備及方法。
請參閱圖2，巻軸式鍍膜系統(tǒng)20包括一個巻繞室202及一個鍍膜室204。巻繞室202內(nèi)設(shè)置 有一個放巻軸206及一個收巻軸208 。
鍍膜室204從左至右依次包括第一濺射區(qū)2041、第一沉積區(qū)2042、第二濺射區(qū)2043、第 二沉積區(qū)2044、第三濺射區(qū)2045及第四濺射區(qū)2046。
第一濺射區(qū)2041、第二濺射區(qū)2043、第三濺射區(qū)2045及第四濺射區(qū)2046分別用于通過濺 射法形成太陽能電池的背電極102、 P-N結(jié)層104、透明導(dǎo)電層106及前電極107。在本實施例 中，濺射法優(yōu)選采用直流磁控濺射法(Direct Current Magnetron Sputtering)。各個濺 射區(qū)的濺射靶材(圖未示)根據(jù)不同的材料選擇。例如，對于第一濺射區(qū)2041，根據(jù)所需要 形成的背電極102的材料，濺射靶材可以是銀，銅，鉬，鋁，銅鋁合金，銀銅合金，或者銅 鉬合金等。
第一沉積區(qū)2042及第二沉積區(qū)2044分別用于通過化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor D印osition， CVD)形成太陽能電池10的P型半導(dǎo)體層103及N型半導(dǎo)體層105。在本實施例中 ，沉積法優(yōu)選采用等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)。
每個濺射區(qū)及沉積區(qū)內(nèi)分別設(shè)置有至少一個滾軸210，滾軸210用于支撐待鍍膜的基板 101。在本施實例中，滾軸210內(nèi)還可以設(shè)置有冷卻液體(圖未示)，有利于基板101散熱， 使其在整個鍍膜的過程中始終保持相對較低的溫度。巻繞室202及鍍膜室204之間設(shè)置有導(dǎo)向 軸212，導(dǎo)向軸212用于引導(dǎo)待鍍膜的基板101前進。
采用巻軸式鍍膜系統(tǒng)20制造太陽能電池的方法如下所述
在鍍膜前，放巻軸206、導(dǎo)向軸212、滾軸210及收巻軸208之間纏繞有待鍍膜的基板101 ，基板101是不銹鋼薄片。通過在基板101的表面1012上鍍膜依次形成背電極102等結(jié)構(gòu)，從 而得到太陽能電池IO。
當(dāng)電機(圖未示)帶動放巻軸206順時針轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)向軸212、滾軸210跟著逆時針轉(zhuǎn)動 ，而收巻軸208跟著順時針轉(zhuǎn)動。從放巻軸206出發(fā)的基板101經(jīng)過導(dǎo)向軸212到達第一濺射區(qū) 2041，滾軸210將基板101冷卻并且將其溫度保持在合適的溫度，在第一濺射區(qū)2041進行濺鍍 (Sputtering)，在基板101的表面1012上形成背電極102。
收巻軸208繼續(xù)帶動基板101前進，具有背電極102的基板101的部分抵達第一沉積區(qū)，滾 軸210冷卻基板101并且將其溫度保持在合適的溫度，在第一沉積區(qū)2042進行等離子體輔助化 學(xué)氣相沉積，在背電極102上形成P型半導(dǎo)體層103。
收巻軸208繼續(xù)帶動基板101前進，具有背電極102及P型半導(dǎo)體層103的基板101的部分抵 達第二濺射區(qū)2043，滾軸210冷卻基板101并且將其溫度保持在合適的溫度，在第二濺射區(qū)進 行濺射，在P型半導(dǎo)體層103上形成P-N結(jié)層104。
具有背電極102、 P型半導(dǎo)體層103及P-N結(jié)層104的基板101的部分依次經(jīng)過第二沉積區(qū) 2044、第三濺射區(qū)2045及第四濺射區(qū)2046，依次形成N型半導(dǎo)體層105、透明導(dǎo)電層106及前 電極l07，從而得到圖1所示的太陽能電池10。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所 做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池包括一個可以撓曲的基板，該基板的材料是不銹鋼；一層背電極，該背電極形成在該基板的一個表面上；一層P型半導(dǎo)體層，該P型半導(dǎo)體層形成在該背電極上；一層P-N結(jié)層，該P-N結(jié)層形成在該P型半導(dǎo)體層上；一層N型半導(dǎo)體層，該N型半導(dǎo)體層形成在該P-N結(jié)層上；一層透明導(dǎo)電層，該透明導(dǎo)電層形成在該N型半導(dǎo)體層上；一層前電極，該前電極形成在該透明導(dǎo)電層上。
2.如權(quán)利要求l所述的太陽能電池，其特征在于，該基板的材料是 奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼或者馬氏體不銹鋼。
3.如權(quán)利要求l所述的太陽能電池，其特征在于，該基板的厚度在 10y m至100y m之間。
4.如權(quán)利要求l所述的太陽能電池，其特征在于，該背電極的材料 是銀、銅、鉬、鋁、銅鋁合金、銀銅合金或者銅鉬合金。
5.如權(quán)利要求l所述的太陽能電池，其特征在于，該P型半導(dǎo)體層的 材料是P型非晶硅、氮化鋁鎵或者砷化鋁鎵。
6.如權(quán)利要求l所述的太陽能電池，其特征在于，該P-N結(jié)層的材料 是銅銦鎵硒、碲化鎘或者銅銦硒。
7.如權(quán)利要求l所述的太陽能電池，其特征在于，該N型半導(dǎo)體層的 材料是N型非晶硅、氮化鉀或者磷化銦鎵。
8.如權(quán)利要求l所述的太陽能電池，其特征在于，該透明導(dǎo)電層的 材料是銦錫氧化層或者氧化鋅。
9. 一種太陽能電池的制造方法，其特征在于 不銹鋼基板由放巻軸出發(fā)，依次經(jīng)由第一導(dǎo)向軸、滾軸及第二導(dǎo)向軸，巻繞在收巻軸上，在該放巻過程中，不銹鋼基板依次經(jīng)過第一濺射區(qū)、第一沉積區(qū)、第二濺射區(qū)、第二沉 積區(qū)、第三濺射區(qū)及第四濺射區(qū)，在該第一濺射區(qū)通過濺射法在基板的一個表面上形成一層 背電極，在該第一沉積區(qū)通過化學(xué)氣相沉積法在該背電極上形成一層P型半導(dǎo)體層，在該第 二濺射區(qū)通過濺射法在該P型半導(dǎo)體層上形成一層P-N結(jié)層，在該第二沉積區(qū)通過化學(xué)氣相沉 積法在該P-N結(jié)層上形成一層N型半導(dǎo)體層，在該第三濺射區(qū)通過濺射法在該N型半導(dǎo)體層上 形成一層透明導(dǎo)電層，在該第四濺射區(qū)通過濺射法在該透明導(dǎo)電層上形成一層前電極，從而 得到太陽能電池。
10. 一種用于制造太陽能電池的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括 一個纏繞室，該纏繞室內(nèi)設(shè)置有一個放巻軸和一個收巻軸，該放巻軸用于纏繞可以撓 曲的不銹鋼基板并且將該基板從該放巻軸放出，該收巻軸用于將鍍膜后的該基板巻起；一個鍍膜室依次設(shè)置有第一濺射區(qū)、第一沉積區(qū)、第二濺射區(qū)、第二沉積區(qū)、第三濺 射區(qū)及第四濺射區(qū)，每個區(qū)分別設(shè)置有至少一個滾軸，可以撓曲的不銹鋼基板的第一端纏繞 在放巻軸上，該不銹鋼基板的第二端依次通過各滾軸纏繞在收巻軸上，從而該不銹鋼基板可 以從放巻軸出發(fā)依次經(jīng)過第一濺射區(qū)、第一沉積區(qū)、第二濺射區(qū)、第二沉積區(qū)、第三濺射區(qū) 及第四濺射區(qū)，從而纏繞在該收巻軸上，該第一濺射區(qū)用于通過濺射法在基板的一個表面上 形成一層背電極，該第一沉積區(qū)用于通過化學(xué)氣相沉積法在該背電極上形成一層P型半導(dǎo)體 層，該第二濺射區(qū)用于通過濺射法在該P型半導(dǎo)體層上形成一層P-N結(jié)層，該第二沉積區(qū)用于 通過化學(xué)氣相沉積法在該P-N結(jié)層上形成一層N型半導(dǎo)體層，該第三濺射區(qū)用于通過濺射法在 該N型半導(dǎo)體層上形成一層透明導(dǎo)電層，該第四濺射區(qū)用于通過濺射法在該透明導(dǎo)電層上形 成一層前電極，從而得到太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能電池，其包括一個可以撓曲的基板，一層背電極，一層P型半導(dǎo)體層，一層P-N結(jié)層，一層N型半導(dǎo)體層，一層透明導(dǎo)電層及一層前電極。該基板的材料是不銹鋼。該背電極形成在該基板的一個表面上。該P型半導(dǎo)體層形成在該背電極上。該P-N結(jié)層形成在該P型半導(dǎo)體層上。該N型半導(dǎo)體層形成在該P-N結(jié)層上。該透明導(dǎo)電層形成在該N型半導(dǎo)體層上。該前電極形成在該透明導(dǎo)電層上。本發(fā)明太陽能電池的基板是可撓曲的不銹鋼基板，故太陽能電池可撓曲，將其應(yīng)用于建筑領(lǐng)域時，更容易配合建筑物本身的形狀設(shè)計成不同幾何形狀的太陽能電池，使設(shè)計更有彈性。此外，本發(fā)明還提供了一種制造上述太陽能電池的設(shè)備及方法。
文檔編號H01L31/02GK101355110SQ20071020119
公開日2009年1月28日 申請日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司