專利名稱：薄膜太陽能電池的選擇性去除和接觸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池的制造，并且具體地涉及這種太陽能電池的邊緣去除 和電接觸。
背景技術(shù)：
太陽能電池提供了一種以最小的環(huán)境影響來產(chǎn)生電力的裝置。為了成為商業(yè)上成 功的太陽能電池而要求高效、低成本、耐用以及避免造成其他的環(huán)境問題。目前主要的太陽能電池技術(shù)是以晶體硅為基礎(chǔ)。晶體硅太陽能電池能實(shí)現(xiàn)多個上 述要求，但是卻無法輕易地以大規(guī)模發(fā)電成本有效這樣的低成本進(jìn)行生產(chǎn)。要制造晶體硅 太陽能電池還需要相對大量的能量，這也是一個環(huán)境方面的不利因素。已經(jīng)研發(fā)出以薄膜技術(shù)為基礎(chǔ)的太陽能電池。它們提供了顯著降低成本的可能 性，但是與晶體硅太陽能電池相比通常具有較低的轉(zhuǎn)化效率和較短的耐用性。一種非常有 前景的薄膜太陽能電池技術(shù)是以半導(dǎo)體CIGS層為基礎(chǔ)，這種技術(shù)已經(jīng)在操作中證明了高 效率(小型樣品組件中為16.6% )和耐用性。但是，這種技術(shù)仍然需要證明其能夠在商業(yè) 上以低成本生產(chǎn)電池。CIGS是半導(dǎo)體材料中典型的合金元素，也就是構(gòu)成Cu(IrvxGax)Si52 化合物的Cu，In, Ga, Se和S的縮寫。通常CIGS層也包括硫，也就是Cu(IrvxGax) (Se1^ySy)20典型的CIGS太陽能電池包括在基板材料(例如已涂有鉬層的平板玻璃或金屬箔) 上的CIGS層。該層用作太陽能電池的后觸點(diǎn)。CIGS生成之后就是通過沉積緩沖層和前觸 點(diǎn)來形成PN結(jié)，緩沖層通常是50nm的CdS，可選地是高電阻率的ZnO薄層，前觸點(diǎn)由透明的 導(dǎo)電氧化物例如摻鋁SiO(ZAO)制成。CdS緩沖層可以被更換為例如SiOzYh層。基于CIGS的薄膜太陽能電池通常通過Cu，In, Ga和％元素的高真空共蒸發(fā)加工 而成。作為示例，現(xiàn)有技術(shù)中用于制造包含有多塊縱向串聯(lián)太陽能電池的薄膜太陽能電池 組件的方法包括以下步驟-提供具有Mo涂層的基板，將其分為縱向分段；-利用吝式(in-line)生產(chǎn)裝置在涂有Mo的基板上沉積CIGS層并隨后在CIGS層 上沉積緩沖層和高電阻率層；-通常通過使用機(jī)械觸針在半導(dǎo)體層上成形凹槽以形成與Mo涂層內(nèi)的縱向分段 平行并將其覆蓋的縱向分段；-在分段的半導(dǎo)體層的頂面上沉積前觸點(diǎn)；以及-通過刻槽也就是利用機(jī)械觸針在前觸點(diǎn)和下方的半導(dǎo)體層內(nèi)形成凹槽來提供一 排串聯(lián)的縱向分段。下一步是利用該薄膜太陽能電池組件制成有效的薄膜太陽能電池設(shè)備。為了能夠 可靠地實(shí)現(xiàn)太陽能電池組件的電絕緣和密封，薄膜太陽能電池組件的玻璃基板頂部在外周 區(qū)域內(nèi)的所有薄膜層通常都要在所謂的“邊緣去除”操作中被完全去除。激光消融、噴砂處 理和研磨是目前使用的邊緣去除方法。邊緣去除使得在外緣區(qū)域內(nèi)獲得對玻璃的密封成為 可能，這樣可以防止腐蝕太陽能電池組件的薄膜層。電絕緣也是防止漏電和短路所必需的。
而且，邊緣去除操作之后通常是接觸，也就是利用例如導(dǎo)電膠和銅條、可以將線纜 連接其上的接線盒的層疊、配合和安裝來進(jìn)行太陽能電池最上方導(dǎo)電層(前觸點(diǎn))的所謂 “邊緣搭接”。所謂的“接線”可以例如通過基板內(nèi)鉆出的孔或者通過基板邊緣被引至接線
品.ο復(fù)雜的邊緣去除和邊緣搭接操作對于制作可靠的薄膜太陽能電池設(shè)備來說是很 重要的因素。目前薄膜太陽能電池設(shè)備的發(fā)展需要具有高產(chǎn)量以獲得低成本、高性能太陽 能電池設(shè)備的有效工藝。用于降低成本的手段包括增加太陽能電池組件的表面積。因此， 在保持或者優(yōu)選地提高精度和清潔度的同時還要求邊緣去除操作中的高去除率。如果直到 接觸和層疊時太陽能電池組件上仍然留有來自邊緣去除步驟的殘留物，那么最終太陽能電 池設(shè)備的耐用性和性能可能就會明顯下降。因此通常都需要有延長加工時間并限制產(chǎn)量的 清潔操作。另外，來自加工操作的粉塵可能是有危害的，因此需要安全地收集并加以處理。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)具有關(guān)于能夠提出一種用于制造薄膜太陽能電池設(shè)備的方法的缺點(diǎn)，具 體地具有關(guān)于提供適用于有效并且可靠地處理薄膜太陽能電池設(shè)備的薄膜太陽能電池的 邊緣去除和接觸的方法和設(shè)備的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目標(biāo)是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。這可以通過獨(dú)立權(quán)利要求中限定的方法 和設(shè)備實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法涉及制造薄膜太陽能電池設(shè)備，薄膜太陽能電池設(shè)備包括構(gòu)成 薄膜太陽能電池組件的后觸點(diǎn)和多層結(jié)構(gòu)，其中多層結(jié)構(gòu)至少包括CIGS層和前觸點(diǎn)。該方 法包括以下步驟將后觸點(diǎn)和多層結(jié)構(gòu)沉積在基板上；通過在薄膜太陽能電池組件外周區(qū) 域內(nèi)的至少第一外緣區(qū)域內(nèi)選擇性地去除多層結(jié)構(gòu)來進(jìn)行邊緣去除，由此在第一外緣區(qū)域 的至少第一縱向部分內(nèi)露出后觸點(diǎn)；然后將第一接觸裝置連接至露出的后觸點(diǎn)。優(yōu)選地，選擇性去除包括使用研磨介質(zhì)爆破。爆破優(yōu)選地通過使用設(shè)置在多層結(jié) 構(gòu)上的起爆室無掩膜地(也就是不使用掩膜)進(jìn)行，在起爆室中提供爆破劑并同時收集碎 片。薄膜太陽能電池組件可以包括多個串聯(lián)的薄膜太陽能電池分段。優(yōu)選地，后觸點(diǎn) 在與第一薄膜太陽能電池分段鄰接的外周區(qū)域的第一縱向部分內(nèi)以及在與串聯(lián)分段中最 后的薄膜太陽能電池分段鄰接的外周區(qū)域的第二縱向部分內(nèi)露出。薄膜太陽能電池組件優(yōu) 選地通過將第一和第二接觸裝置分別連接至與第一和最后的薄膜太陽能電池分段鄰接的 露出的后觸點(diǎn)而在兩端都被接觸。將接觸裝置連接到露出的后觸點(diǎn)例如可以通過使用超聲波焊接、熱壓接合、電點(diǎn) 焊、導(dǎo)電粘合劑或?qū)щ娔z等實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的薄膜太陽能電池設(shè)備包括至少具有第一縱向薄膜太 陽能電池分段的薄膜太陽能電池組件。所述縱向薄膜太陽能電池分段至少包括在基板上的 后觸點(diǎn)和多層結(jié)構(gòu)，其中多層結(jié)構(gòu)至少包括CIGS層和前觸點(diǎn)。第一接觸裝置優(yōu)選地被直接 連接至與第一薄膜太陽能電池分段鄰接的第一外緣區(qū)域的第一縱向部分內(nèi)的基板相對的 后觸點(diǎn)。薄膜太陽能電池設(shè)備優(yōu)選地包括以第一薄膜太陽能電池分段開始并且以最后的薄膜太陽能電池分段結(jié)束的多個串聯(lián)的縱向薄膜太陽能電池分段。第二接觸裝置被直接 連接至與最后的薄膜太陽能電池分段鄰接的第二外緣區(qū)域的第二縱向部分內(nèi)的基板相對 的后觸點(diǎn)。薄膜太陽能電池設(shè)備可以緊靠薄膜太陽能電池組件外周區(qū)域內(nèi)露出的基板被密 封。在后觸點(diǎn)上接觸太陽能電池的一個優(yōu)點(diǎn)是這樣就允許更加可靠和/或更加成本 有效的接觸設(shè)置。通過本發(fā)明，由于本發(fā)明中的爆破操作留下了相對潔凈的表面，因此就可以提供 可靠并且成本有效的薄膜太陽能電池設(shè)備。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是提供了一種比現(xiàn)有技術(shù)中的太陽能電池設(shè)備密封更好的 薄膜太陽能電池設(shè)備。這是通過后觸點(diǎn)接觸以及有效去除薄膜太陽能電池中的各層而實(shí)現(xiàn) 的。本發(fā)明中的薄膜太陽能電池組件的機(jī)械加工表面提供了比清洗過或未處理的基板表面 更好的對于密封材料的粘附力。附圖簡要說明現(xiàn)在參照附圖來介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中圖Ia是薄膜太陽能電池的示意性截面圖，圖Ib是包括多塊串聯(lián)薄膜太陽能電池的薄膜太陽能電池組件的示意性俯視圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實(shí)施例的流程圖，圖3a_e是根據(jù)本發(fā)明用于薄膜太陽能電池組件邊緣去除和接觸的方法的一個實(shí) 施例的示意圖，圖4和圖5是根據(jù)本發(fā)明用于選擇性去除多層結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意圖，圖6a_b根據(jù)本發(fā)明示意性地示出了沉積薄膜太陽能電池組件中的分層結(jié)構(gòu)的可 選方法，圖7是根據(jù)本發(fā)明的(a)后觸點(diǎn)的沉積和刻槽，(b)CIGS層、緩沖層和高電阻率層 的沉積和刻槽以及(c)前觸點(diǎn)的沉積和刻槽的示意圖，圖8是根據(jù)本發(fā)明用于選擇性去除薄膜太陽能電池組件中分層結(jié)構(gòu)的起爆室的 示意性截面圖，圖9是根據(jù)本發(fā)明用于接觸薄膜太陽能電池組件的方法的一個實(shí)施例的示意性 截面圖，使用了導(dǎo)電條，圖lOa-d根據(jù)本發(fā)明示意性地示出了接觸薄膜太陽能電池組件的可選方法，

圖11是根據(jù)本發(fā)明與薄膜太陽能電池組件的后觸點(diǎn)直接接觸的第一接觸裝置的 示意圖，以及圖12是根據(jù)本發(fā)明在薄膜太陽能電池組件兩端與后觸點(diǎn)直接接觸的第一接觸裝 置的示意圖。
具體實(shí)施例方式參照圖la-b，根據(jù)本發(fā)明的薄膜太陽能電池設(shè)備1包括在基板2上構(gòu)成薄膜太陽 能電池的分層結(jié)構(gòu)。作為示例的分層結(jié)構(gòu)包括基板2上的后觸點(diǎn)層5、CIGS層7、可選的緩 沖層9、可選的高電阻率層11和前觸點(diǎn)層15。在制造這樣的薄膜太陽能電池時，例如由平板 玻璃或金屬箔制成的基板2被涂有例如鉬層。該層用作薄膜太陽能電池的后觸點(diǎn)5。CIGS層7生成之后可選地是通過沉積緩沖層9、可選地高電阻率薄層11和透明的導(dǎo)電氧化物的 前觸點(diǎn)16來形成PN結(jié)，緩沖層9例如由CdS或構(gòu)成，高電阻率薄層11例如由ZnO 構(gòu)成，前觸點(diǎn)16例由如ZAO (摻鋁SiO)構(gòu)成。優(yōu)選地，多個薄膜太陽能電池分段18被串聯(lián) 以構(gòu)成薄膜太陽能電池組件17。圖Ib示意性示出了邊緣去除操作之前的薄膜太陽能電池 組件17，其包括多個串聯(lián)的縱向薄膜太陽能電池分段18。然后分層結(jié)構(gòu)基本上覆蓋整個基 板2。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的邊緣去除操作中，基板上的分層結(jié)構(gòu)在與薄膜太陽能電池組件 邊緣鄰接的外周區(qū)域內(nèi)也就是在如圖Ib所示的薄膜太陽能電池組件中的虛線以外被完全 去除。在邊緣去除操作之后，薄膜太陽能電池組件在第一和最后的縱向薄膜太陽能電池分 段的頂部被接觸，目的是為了成為構(gòu)成產(chǎn)生電能的薄膜太陽能電池設(shè)備的電路的一部分。 本發(fā)明提供了一種用于完成邊緣去除操作以及接觸薄膜太陽能電池組件的改進(jìn)方法?？梢杂眠@樣的方式來構(gòu)造CIGS型薄膜太陽能電池由于薄膜太陽能電池設(shè)備被 構(gòu)建為使得在使用時光線是入射透過基板而不是入射透過構(gòu)件相對側(cè)上的各層，因此與基 板鄰接的觸點(diǎn)應(yīng)該被稱為“前觸點(diǎn)”而不是“后觸點(diǎn)”(如上所述)。本發(fā)明的描述涉及的薄 膜太陽能電池設(shè)備中光線是從CIGS側(cè)也就是用基板2和CIGS層7之間的后觸點(diǎn)5入射， 但是本發(fā)明并不局限于該設(shè)計。附圖并非按比例繪制，并且為了附圖清楚起見，相對尺寸也并不總是準(zhǔn)確的，例如 某些層被圖示為相對于其他層過薄。另外，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的那樣，薄膜太陽能電池設(shè)備中分層結(jié)構(gòu)也 就是后觸點(diǎn)層5、可選緩沖層9以及可選高電阻率層11的材料可以由其他材料或材料組合 代替。而且，可以向分層結(jié)構(gòu)中加入附加層。參照圖2，本發(fā)明提供了一種制造薄膜太陽能電池設(shè)備的方法。薄膜太陽能電池設(shè) 備包括后觸點(diǎn)5以及構(gòu)成薄膜太陽能電池組件17的多層結(jié)構(gòu)13，其中多層結(jié)構(gòu)13至少包 括CIGS層7和前觸點(diǎn)15。薄膜太陽能電池組件至少包括第一薄膜太陽能電池分段18。該 方法包括以下步驟-將后觸點(diǎn)5和多層結(jié)構(gòu)13沉積在基板2上；-通過在薄膜太陽能電池組件17的外周區(qū)域21內(nèi)的至少第一外緣區(qū)域22內(nèi)選擇 性地去除多層結(jié)構(gòu)13進(jìn)行邊緣去除，以在第一外緣區(qū)域22的至少第一縱向部分3內(nèi)露出 后觸點(diǎn)5 ；然后-將第一接觸裝置27連接至在第一外緣區(qū)域22的第一縱向部分3內(nèi)露出的后觸
點(diǎn)5優(yōu)選地，本發(fā)明中的薄膜太陽能電池組件17包括多個串聯(lián)的縱向薄膜太陽能電 池分段18，以第一薄膜太陽能電池分段18開始并且以最后的薄膜太陽能電池分段20結(jié)束。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，選擇性去除步驟包括爆破。爆破適用于選擇性地去除 多層結(jié)構(gòu)13并露出后觸點(diǎn)5。薄膜太陽能電池組件17中不同層的不同性質(zhì)使得能夠通過 爆破來選擇性去除。例如，后觸點(diǎn)5可以由鉬制成，它與半導(dǎo)體材料構(gòu)成的相對較脆的多層 結(jié)構(gòu)13相比延展性更好。換句話說，后觸點(diǎn)5的抗腐蝕性強(qiáng)于多層結(jié)構(gòu)13的抗腐蝕性。爆破可以通過使用爆破劑配料設(shè)備以預(yù)定的劑量順序或者以連續(xù)方式給起爆室 36提供爆破劑36來完成。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，使用機(jī)械觸針來選擇性地去除多層結(jié)構(gòu)13。由于分層 結(jié)構(gòu)中各層的機(jī)械性質(zhì)也就是耐磨性能不同，因此后觸點(diǎn)即可被至少部分地保留在基板2 上。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，使用激光加工來選擇性地去除多層結(jié)構(gòu)13，也就是通 過激光消融來去除多層結(jié)構(gòu)13。通過控制激光器的設(shè)置來至少部分地保留后觸點(diǎn)。在本發(fā)明方法的一個實(shí)施例中，通過選擇性去除多層結(jié)構(gòu)13的邊緣去除的步驟 進(jìn)一步包括步驟在第二外緣區(qū)域22的第二縱向部分4內(nèi)露出后觸點(diǎn)，第一和第二縱向部 分3，4位于薄膜太陽能電池組件17的相對側(cè)上。而且，連接步驟包括在第二外緣區(qū)域23 的第二縱向部分4內(nèi)將第二接觸裝置四(優(yōu)選直接地)連接至后觸點(diǎn)5。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，通過去除多層結(jié)構(gòu)13和后觸點(diǎn)5在第三外緣區(qū)域M 內(nèi)露出基板2以提供適合用于密封薄膜太陽能電池設(shè)備的表面。圖3a_e示出了本發(fā)明方法的一個實(shí)施例的截面圖。在圖3a中示出了外周區(qū)域21 處的一部分基板2。在圖北中已經(jīng)沉積了至少包括后觸點(diǎn)5和多層結(jié)構(gòu)13的分層結(jié)構(gòu)。 作為示例，分層結(jié)構(gòu)基本上覆蓋了整個基板2。參照圖3c，通過在薄膜太陽能電池組件17 外周區(qū)域21內(nèi)的至少第一外緣區(qū)域22內(nèi)選擇性地去除多層結(jié)構(gòu)13來進(jìn)行邊緣去除操作 以在第一外緣區(qū)域22的第一縱向部分3內(nèi)露出后觸點(diǎn)5。如圖3d中所示，作為示例隨后在 外周區(qū)域21的第三外緣區(qū)域M內(nèi)去除后觸點(diǎn)5以露出基板2。這樣就提供了適合用于密 封薄膜太陽能電池設(shè)備的表面。如圖3e中所示，通過將第一接觸裝置27直接連接至第一 外緣區(qū)域22的第一縱向部分3內(nèi)露出的后觸點(diǎn)5來接觸薄膜太陽能電池組件17。去除后觸點(diǎn)2以在外周區(qū)域內(nèi)露出基板2可以用不同于參照圖3d所描述的方式 的其他方式實(shí)現(xiàn)。例如，第一外緣區(qū)域22可以不延伸至薄膜太陽能電池組件17的邊緣。這 樣去除步驟就包括在外周區(qū)域21的第三外緣區(qū)域內(nèi)去除后觸點(diǎn)5和多層結(jié)構(gòu)13。圖如-c示出了本發(fā)明方法的一個實(shí)施例的俯視圖。參照圖如，薄膜太陽能電池組 件17包括以第一薄膜太陽能電池分段18開始并且以最后一個薄膜太陽能電池分段20結(jié) 束的多個串聯(lián)的縱向薄膜太陽能電池分段18。后觸點(diǎn)5和多層結(jié)構(gòu)13已經(jīng)被沉積到基本 上整塊基板2上并且已經(jīng)通過分層結(jié)構(gòu)的刻槽形成了各塊薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電 池組件17的外周區(qū)域21由虛線示出。如上所述，分層結(jié)構(gòu)通常在外周區(qū)域21內(nèi)被完全去 除。但是，根據(jù)本發(fā)明，分層結(jié)構(gòu)在外周區(qū)域21內(nèi)被選擇性地去除。參照圖4b，多層結(jié)構(gòu) 13在外周區(qū)域21的第一外緣區(qū)域22內(nèi)被選擇性地去除以露出后觸點(diǎn)5。作為示例，第一 外緣區(qū)域22在薄膜太陽能電池組件17的所有側(cè)邊上沿外周邊緣延伸。如圖如中所示，隨 后在第三外緣區(qū)域M內(nèi)去除后觸點(diǎn)5以露出基板2，在第一外緣區(qū)域22的第一和第二縱向 部分3，4內(nèi)保留后觸點(diǎn)5。第一縱向部分3至少部分地沿第一薄膜太陽能電池分段18延 伸，而第二縱向部分4至少部分地沿最后的薄膜太陽能電池分段20延伸。圖如-c示出了本發(fā)明方法的一個實(shí)施例的俯視圖。參照圖如，薄膜太陽能電池組 件17包括多個串聯(lián)的縱向薄膜太陽能電池分段18，以第一薄膜太陽能電池分段18開始并 且以最后的薄膜太陽能電池分段20結(jié)束。后觸點(diǎn)5和多層結(jié)構(gòu)13已經(jīng)被沉積到基本上整 塊基板2上并且已經(jīng)通過分層結(jié)構(gòu)的刻槽形成了各個薄膜太陽能電池分段18。薄膜太陽能 電池組件17的外周區(qū)域21由虛線示出。如圖恥中所示，在第三外緣區(qū)域M內(nèi)去除多層 結(jié)構(gòu)13和后觸點(diǎn)5以露出基板2。第三外緣區(qū)域M在薄膜太陽能電池組件17的所有側(cè)邊上沿外周邊緣延伸。參照圖5c，在第一和第二外緣區(qū)域22，23內(nèi)分別選擇性地去除多層 結(jié)構(gòu)13以在第一和第二外緣區(qū)域22，23的至少第一和第二縱向部分3，4內(nèi)露出后觸點(diǎn)5。 第一縱向部分3至少部分地沿第一薄膜太陽能電池分段18延伸，而第二縱向部分4至少部 分地沿最后的薄膜太陽能電池分段20延伸。通常，矩形幾何形狀的薄膜太陽能電池設(shè)備是優(yōu)選的；但是其他的可選形狀也是 可行的，例如同心設(shè)置的分段18。除了在選定區(qū)域內(nèi)露出后觸點(diǎn)5用于接觸以外，基板2的 表面也被露出以提供適合用于密封薄膜太陽能電池設(shè)備的表面?？梢跃o靠后觸點(diǎn)5進(jìn)行密 封，但是由于密封應(yīng)該防止漏電和短路，因此更方便的是緊靠不導(dǎo)電的基板2進(jìn)行密封。參照圖6a，在根據(jù)本發(fā)明方法的一個實(shí)施例中，沉積步驟包括以下步驟-(Al)沉積由Mo制成的后觸點(diǎn)層5 ；-(A2)對后觸點(diǎn)層5刻槽，例如通過在后觸點(diǎn)層內(nèi)成形凹槽以構(gòu)成第一縱向分段；- (A3)在后觸點(diǎn)層5的頂部沉積CIGS層7 ；-(A4)在CIGS層7的頂部沉積由CdS制成的緩沖層9 ；-(A5)利用觸針對CIGS層7和緩沖層9刻槽以形成與后觸點(diǎn)層5內(nèi)的第一縱向分 段平行并將其覆蓋的第二縱向分段；-(A6)在緩沖層的頂部沉積由ZnO制成的高電阻率層11 ；-(A7)在高電阻率層11的頂部沉積由透明的導(dǎo)電氧化物制成的前觸點(diǎn)層13以構(gòu) 成多層結(jié)構(gòu)13;以及-(A8)利用觸針對多層結(jié)構(gòu)13刻槽以形成縱向薄膜太陽能電池分段18的陣列。參照圖6b，在根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實(shí)施例中，沉積步驟包括以下步驟-(Al)沉積由Mo制成的后觸點(diǎn)層5 ；-(A2)對后觸點(diǎn)層5刻槽以構(gòu)成第一縱向分段；- (A3)在后觸點(diǎn)層5的頂部沉積CIGS層7 ；-(A4')在CIGS層7的頂部沉積由CdS制成的緩沖層9 ；-(A5')在緩沖層9的頂部沉積由ZnO制成的高電阻率層11 ；-(A6')利用觸針對CIGS層7、緩沖層9和高電阻率層11刻槽以形成與后觸點(diǎn)層 5內(nèi)的第一縱向分段平行并將其覆蓋的第二縱向分段；-(A7')在高電阻率層11的頂部沉積由透明的導(dǎo)電氧化物制成的前觸點(diǎn)層15以 構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)13;以及-(A8')利用觸針對多層結(jié)構(gòu)13刻槽以形成縱向薄膜太陽能電池分段的陣列。圖7a_c示出了參照圖6a_b介紹的方法實(shí)施例中的主要步驟。在(a)中，基板2 被設(shè)置有Mo涂層也就是后觸點(diǎn)5，后觸點(diǎn)5被刻槽形成縱向分段。通過高真空共蒸發(fā)沉積 CIGS層7。隨后在CIGS層上沉積緩沖層9和高電阻率層11。參照圖7b，隨后對半導(dǎo)體層 也就是CIGS層7、緩沖層9和高電阻率層11刻槽，通常是使用機(jī)械觸針，以形成與Mo涂層 的縱向分段平行并將其覆蓋的縱向分段。前觸點(diǎn)15被沉積在已分段的半導(dǎo)體層的頂面上。 如圖7c中所示，通過利用機(jī)械觸針給前觸點(diǎn)以及下方的半導(dǎo)體層刻槽來獲得串聯(lián)的縱向 分段陣列。在根據(jù)本發(fā)明方法的一個實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括至少屏蔽薄膜太陽能電 池組件17中間部分內(nèi)的多層結(jié)構(gòu)23并至少保留外周區(qū)域21內(nèi)的第一外緣區(qū)域22未屏蔽的步驟。在根據(jù)本發(fā)明方法的一個實(shí)施例中，屏蔽步驟包括設(shè)置掩膜的步驟，掩膜由所具有 的抗腐蝕性至少比薄膜太陽能電池組件17中的多層結(jié)構(gòu)13更強(qiáng)的材料制成。優(yōu)選地使用 橡膠材料并且掩膜被壓向薄膜太陽能電池組件17的頂面。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實(shí) 施例中，屏蔽步驟包括沉積掩膜層的步驟，掩膜層由可平版印刷刻槽的材料例如感光樹脂、 環(huán)氧樹脂、帕利靈(parylene)等制成。掩膜被平版印刷刻槽以確定掩膜。在選擇性去除多 層結(jié)構(gòu)13之后例如通過在溶劑中溶解掩膜以及清洗來去除掩膜。在根據(jù)本發(fā)明方法的一個實(shí)施例中，使用爆破的選擇性去除被無掩膜地執(zhí)行，也 就是不用掩膜的情況下執(zhí)行。圖8示意性地示出了可移動的起爆室32，其包括界定了待爆 破區(qū)域的平面框架33、用于向待爆破表面也就是至少包括第一薄膜太陽能電池分段18的 薄膜太陽能電池組件17提供爆破劑36的裝置以及用于收集爆破操作得到的碎片37的裝 置。起爆室32被設(shè)有與薄膜太陽能電池組件17的頂面基本平行而并不與多層結(jié)構(gòu)13形 成接觸的平面框架33。在圖8中，爆破區(qū)域被示出為薄膜太陽能電池分段18分層表面中的 高度下降區(qū)域。在爆破操作中，爆破劑36被送至薄膜太陽能電池組件17的表面。爆破劑 36沖擊要被爆破的樣本也就是多層結(jié)構(gòu)13并去除樣本的碎片37。通過同時收集碎片37 和已經(jīng)沖擊到表面上的爆破劑36，即可保持樣本遠(yuǎn)離爆破操作中的殘留物。在US6977780 中公開了這種類型的爆破設(shè)備。如果使用了高精度的裝置用于移動起爆室32和/或薄膜 太陽能電池組件17，那么多層結(jié)構(gòu)13即可以高精度被去除。使用爆破去除的材料可以進(jìn)行選擇或者露出基板2，這取決于起爆室32和薄膜太 陽能電池組件17之間的相對速度。使用本發(fā)明中無掩膜方式的選擇性去除提供了一種用于執(zhí)行薄膜太陽能電池組 件邊緣去除的有效且可靠的方法。不需要有屏蔽步驟，并且薄膜太陽能電池的表面和爆破 樣本以及環(huán)境與使用常規(guī)的爆破方法相比都明顯要潔凈得多。參照圖9，在根據(jù)本發(fā)明方法的一個實(shí)施例中，連接步驟包括利用焊接、釬焊、電點(diǎn) 焊、熱壓接合、超聲波焊接或粘合等將例如形式為導(dǎo)電條或?qū)Ь€的接觸裝置27連接至露出 的后觸點(diǎn)5?？梢愿鶕?jù)后觸點(diǎn)5與通常用于接觸的前觸點(diǎn)15相比的不同性質(zhì)來使用這些 技術(shù)。圖9示出的裝置具有連接至露出的后觸點(diǎn)5的導(dǎo)電條27。優(yōu)選地，第一接觸裝置27 被連接至露出的與薄膜太陽能電池組件17的縱向邊緣鄰接的后觸點(diǎn)5，薄膜太陽能電池組 件17被分為串聯(lián)的縱向薄膜太陽能電池分段18，而第二接觸裝置四被連接至露出的與多 層薄膜太陽能電池組件17相對的縱向邊緣鄰接的后觸點(diǎn)5。參照圖10a，在根據(jù)本發(fā)明方法的一個實(shí)施例中，連接步驟包括例如通過利用導(dǎo)電 膠觀連接導(dǎo)電條以將第一接觸裝置27連接至露出的與第一縱向薄膜太陽能電池分段18 鄰接的后觸點(diǎn)5，并將第二接觸裝置四連接至露出的與最后的縱向薄膜太陽能電池分段20 鄰接的后觸點(diǎn)5。參照圖10b，在根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實(shí)施例中，連接步驟包括例如用導(dǎo)電膠 28將第二接觸裝置四連接至縱向薄膜太陽能電池分段的前觸點(diǎn)15。如圖IOb中所示，第 一接觸裝置27被連接至露出的與第一縱向薄膜太陽能電池分段18鄰接的后觸點(diǎn)5，而第二 接觸裝置四被連接至最后的薄膜太陽能電池分段20。連接接觸裝置27，29以接觸薄膜太陽能電池組件的步驟可以用多種方式實(shí)現(xiàn)，并 且圖IOc和圖IOd就示出了更多的示例。圖IOc示出了通過將導(dǎo)線27，四連接至導(dǎo)電接頭28來接觸薄膜太陽能電池組件17，導(dǎo)電接頭觀被加至在組件17相對端與縱向薄膜太陽能 電池分段18，20鄰接的每一個露出的后觸點(diǎn)5。導(dǎo)電接頭例如可以是導(dǎo)電膠或者是設(shè)置在 后觸點(diǎn)上的類似物。圖12d示出了不使用導(dǎo)電膠的情況下，通過將導(dǎo)電條連接至薄膜太陽 能電池分段陣列的相對端內(nèi)每一個露出的后觸點(diǎn)來接觸薄膜太陽能電池分段陣列，也就是 使用了例如熱壓接合的方法。以上關(guān)于接觸裝置27，29的連接使用的術(shù)語“直接”應(yīng)該被解釋為在接觸裝置27， 29和后觸點(diǎn)之間除了用于連接接觸裝置27，29的任意層例如上述的導(dǎo)電膠之外不存在中 間層，也就是說在后觸點(diǎn)5上沒有留下任何多層結(jié)構(gòu)13。根據(jù)本發(fā)明制造、接觸和封裝薄膜太陽能電池設(shè)備的方法的一個示例包括以下步
馬聚ο(a)在矩形玻璃基板2上沉積鉬制成的后觸點(diǎn)5。(b)對后觸點(diǎn)層5刻槽以界定與基板2的邊緣平行延伸的縱向薄膜太陽能電池分 段。(c)在吝式(in-line)生產(chǎn)裝置內(nèi)利用元素Cu，Inja和％的高真空共蒸發(fā)在后 觸點(diǎn)5上沉積CIGS層7。(d)在CIGS層7上沉積CdS制成的緩沖層9。(e)利用機(jī)械觸針或激光消融對CIGS層7和緩沖層9刻槽以形成與后觸點(diǎn)5的第 一縱向分段平行并將其覆蓋的第二縱向分段。(f)在刻槽的緩沖層9上沉積ZnO制成的高電阻率層11。(g)在高電阻率層11上沉積透明導(dǎo)電氧化物制成的前觸點(diǎn)15以構(gòu)成準(zhǔn)備用作薄 膜太陽能電池的多層結(jié)構(gòu)13。(h)利用機(jī)械觸針或激光消融對多層結(jié)構(gòu)13刻槽以構(gòu)成縱向薄膜太陽能電池分 段18的陣列。(i)通過無掩膜爆破在第一外緣區(qū)域22內(nèi)選擇性去除多層結(jié)構(gòu)13，由此在第一外 緣區(qū)域22的至少第一縱向部分3內(nèi)露出后觸點(diǎn)5。(j)通過無掩膜爆破在第三區(qū)域M內(nèi)去除多層結(jié)構(gòu)13和后觸點(diǎn)5，由此在第三區(qū) 域?qū)?nèi)露出基板2。(k)利用例如熱壓接合至少將第一接觸裝置27連接至縱向部分3。(1)通過加熱和加壓在多層結(jié)構(gòu)13和前玻璃之間壓合聚合物膜。該膜可以防止漏 電流和短路，并且使薄膜太陽能電池更加耐用。(m)將接線盒設(shè)置在基板13上。(η)通過薄膜太陽能電池組件17的邊緣或者延伸穿過基板或前玻璃的孔將第一 接觸裝置27連接至接線盒。圖11根據(jù)本發(fā)明示意性地示出了薄膜太陽能電池組件17的截面圖。薄膜太陽能 電池組件17包括涂有后觸點(diǎn)層5的基板2以及至少構(gòu)成了第一薄膜太陽能電池分段18的 多層結(jié)構(gòu)13，其中多層結(jié)構(gòu)13至少包括CIGS層7和前觸點(diǎn)層15，并且可選地包括緩沖層 9和/或高電阻率層11。后觸點(diǎn)5在薄膜太陽能電池組件17的第一外緣區(qū)域22的第一縱 向部分3內(nèi)延伸到多層結(jié)構(gòu)13以外。而且薄膜太陽能電池組件17至少包括連接至后觸點(diǎn) 層5的第一接觸裝置27，它能夠被用于建立到薄膜太陽能電池組件17的第一電連接。
圖12示意性地示出了本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中薄膜太陽能電池設(shè)備的分層結(jié) 構(gòu)被刻槽以構(gòu)成串聯(lián)的縱向薄膜太陽能電池分段18。后觸點(diǎn)層5中的至少第一部分3在設(shè) 備一端沿著縱向分段19延伸到多層結(jié)構(gòu)13以外。后觸點(diǎn)層5中的至少第二部分4在設(shè)備 另一端沿著縱向薄膜太陽能電池分段20延伸到多層結(jié)構(gòu)13以外。第一接觸裝置27和第 二接觸裝置四分別被連接至后觸點(diǎn)層5的第一部分3和第二部分4。第一接觸裝置27和 第二接觸裝置四建立到薄膜太陽能電池設(shè)備的第一和第二連接，它們可以被用于從薄膜 太陽能電池設(shè)備中抽取電力。盡管已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解 本發(fā)明并不局限于公開的實(shí)施例，相反，本發(fā)明應(yīng)該被理解為涵蓋了所附權(quán)利要求范圍內(nèi) 的各種變形和等價設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種用于制造薄膜太陽能電池設(shè)備的方法，薄膜太陽能電池設(shè)備包括構(gòu)成薄膜太陽 能電池組件(17)的后觸點(diǎn)(5)和多層結(jié)構(gòu)(13)，其中多層結(jié)構(gòu)(13)至少包括CIGS層(7) 和前觸點(diǎn)(15)，其特征在于所述方法包括以下步驟-將后觸點(diǎn)(5)和多層結(jié)構(gòu)(13)沉積在基板(2)上；-至少在第一外緣區(qū)域(22)內(nèi)選擇性地去除多層結(jié)構(gòu)(13)以在第一外緣區(qū)域(22)的 至少第一縱向部分⑶內(nèi)露出后觸點(diǎn)(5)；以及-將第一接觸裝置(27)連接至露出的后觸點(diǎn)(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇性去除的步驟包括爆破，爆破適用于選擇性地 去除多層結(jié)構(gòu)(13)并露出后觸點(diǎn)(5)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中執(zhí)行爆破時不使用掩膜。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中爆破步驟包括在與薄膜太陽能電池組件(17)頂 面鄰接的預(yù)定位置處設(shè)置起爆室(32)并且使薄膜太陽能電池組件(17)和起爆室(32)相 對彼此移動，此時在起爆室(32)內(nèi)提供爆破劑(36)并收集碎片(37)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中爆破步驟包括以預(yù)定的劑量順序給起爆室(36)提供 爆破劑(36)的步驟。
6.如以上權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中通過選擇性去除多層結(jié)構(gòu)(13)的 邊緣去除步驟進(jìn)一步包括步驟在第二外緣區(qū)域(22)的第二縱向部分(4)內(nèi)露出后觸點(diǎn)， 第一和第二縱向部分(3，4)位于薄膜太陽能電池組件(17)的相對側(cè)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中連接步驟包括在第二外緣區(qū)域(23)的第二縱向部分(4)內(nèi)將第二接觸裝置(29)連接至后觸點(diǎn)(5)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括至少在第三外緣區(qū)域(24)內(nèi)去除多層結(jié)構(gòu) (13)和后觸點(diǎn)(5)以露出基板(2)的步驟。
9.如權(quán)利要求1或6所述的方法，進(jìn)一步包括至少在第三外緣區(qū)域(24)內(nèi)去除后觸點(diǎn)(5)以露出基板(2)的步驟。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括多層結(jié)構(gòu)(13)和后觸點(diǎn)(5)的刻槽步驟以 構(gòu)成串聯(lián)的縱向薄膜太陽能電池分段(18)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中第一縱向部分(3)至少部分地沿第一縱向薄膜太 陽能電池分段(18)延伸，而第二縱向部分(4)至少部分地沿最后的縱向薄膜太陽能電池分 段(20)延伸。
12.如權(quán)利要求1或7所述的方法，其中將接觸裝置(27，29)連接至后觸點(diǎn)(5)的步驟 包括超聲波焊接。
13.如權(quán)利要求1或7所述的方法，其中將接觸裝置(27，29)連接至后觸點(diǎn)(5)的步驟 包括熱壓接合。
14.如權(quán)利要求1或7所述的方法，其中將接觸裝置(27，29)連接至后觸點(diǎn)(5)的步驟 包括電點(diǎn)焊。
15.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其中通過改變薄膜太陽能電池組件(17)和起爆室 (32)之間的相對移動速度來控制通過爆破進(jìn)行的選擇性去除。
16.一種薄膜太陽能電池設(shè)備，包括至少具有第一縱向薄膜太陽能電池分段(18)的薄 膜太陽能電池組件，所述縱向薄膜太陽能電池分段(18)至少包括在基板(2)上的后觸點(diǎn)(5)和多層結(jié)構(gòu)(13)，其中多層結(jié)構(gòu)(13)至少包括CIGS層(7)和前觸點(diǎn)(15)，其特征在于 第一接觸裝置(27)被連接至與第一薄膜太陽能電池分段(18)鄰接的第一外緣區(qū)域(22) 的第一縱向部分(3)內(nèi)的基板(2)相對的后觸點(diǎn)(5)。
17.如權(quán)利要求16所述的薄膜太陽能電池設(shè)備，其中薄膜太陽能電池組件(17)包括以 第一薄膜太陽能電池分段(18)開始并且以最后的薄膜太陽能電池分段(20)結(jié)束的多個串 聯(lián)的縱向薄膜太陽能電池分段(18)。
18.如權(quán)利要求17所述的薄膜太陽能電池設(shè)備，其中第二接觸裝置(29)被直接連接至 與最后的薄膜太陽能電池分段(20)鄰接的第二外緣區(qū)域(23)的第二縱向部分(4)內(nèi)的基 板⑵相對的后觸點(diǎn)(5)。
19.如權(quán)利要求16至19中的任意一項(xiàng)所述的薄膜太陽能電池設(shè)備，其中薄膜太陽能電 池設(shè)備在外周區(qū)域(21)內(nèi)被密封至基板(2)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于制造薄膜太陽能電池設(shè)備的方法，薄膜太陽能電池設(shè)備包括基于CIGS的薄膜太陽能電池組件(17)。通過選擇性去除至少包括前觸點(diǎn)(15)和CIGS層(7)的多層結(jié)構(gòu)(13)以在與第一縱向薄膜太陽能電池分段(18)鄰接的組件(17)外周區(qū)域(21)的至少外緣區(qū)域(22)內(nèi)露出后觸點(diǎn)(5)的邊緣去除，允許通過至少將第一接觸裝置(27)連接至后觸點(diǎn)(5)而接觸組件(17)。優(yōu)選地利用設(shè)置在薄膜太陽能電池組件(17)上的起爆室(32)內(nèi)同時提供爆破劑并收集碎片的爆破操作被用于選擇性去除。
文檔編號H01L31/032GK102138225SQ200980131315
公開日2011年7月27日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者J·塞格納, L·斯托特, O·倫德伯格, P·納雷特尼克斯 申請人:索里布羅研究公司