專利名稱：薄膜太陽能結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別是涉及一種具增大太陽能面板有效區(qū)域的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池是將光能直接轉(zhuǎn)變成電能的光電伏打裝置。最常見的太陽能電池材料為硅，其呈單或多晶性晶圓的形式。然而，以硅為底材的太陽能電池所產(chǎn)生的電力成本比更傳統(tǒng)的方法所產(chǎn)生的電力成本高。因此，1970年早期即已致力于降低太陽能電池的成本。 降低太陽能電池成本的一種方式為開發(fā)可在大面積基材上沉積太陽能電池質(zhì)量吸收材料的低成本薄膜生長技術(shù)且使用高生產(chǎn)量低成本方法來制造太陽能電池。包含周期表IB族(銅、銀、金)、IIIA族(硼、鋁、鎵、銦、鉈)及VIA族(氧、 硫、硒、碲、釙)材料或元素的IBIIIAVIA族化合物(黃銅礦結(jié)構(gòu)，Chalcopyrites)半導(dǎo)體為用于薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)良吸收材料。特別是，ClGS或Cu(In，Ga) (S，或 CuIrvxGiix (SySei_y) k，其中 彡x彡1， 彡y彡1及k為約2，的銅、銦、鎵、硒及硫的化合物早已被用于產(chǎn)生約20%轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池結(jié)構(gòu)中。含IIIA族元素鋁及/或VIA族元素碲的吸收體亦顯示出其可能性。因此，薄膜太陽能電池的應(yīng)用對于含有下列元素的化合物大有興趣=(I)IB族的銅，0)ΙΙΙΑ族的銦、鎵及鋁至少其中之一，及(3)VIA族的硫、硒及碲至少其中之一。例如Cu (In，Ga, Al) (S，Se, Te)2薄膜太陽能電池等的傳統(tǒng)IBIIIAVIA族化合物光電伏打電池的結(jié)構(gòu)顯示于圖1中。該電池結(jié)構(gòu)10是制造在例如玻璃(Glass)或是具有可撓性的金屬箔(如不銹鋼箔、銅箔、鋁合金箔)或一些高分子如Polyimide (PI)等的基材10 上。將包含在Cu (Inja，Al) (S，Se，Te) 2族群中的材料的光吸收層14長在導(dǎo)電層12上，導(dǎo)電層12預(yù)先沉積在基材10上并作連至該電池結(jié)構(gòu)10的電接點。導(dǎo)電層12包含鉬、鉭、鎢、 鈦、銅、鋁及不銹鋼等不同的導(dǎo)電層已被用于圖1的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)中。若基材10本身經(jīng)適當?shù)剡x擇導(dǎo)電材料，不可能使用導(dǎo)電層12，因為該基材10可接著作為連至該裝置的奧姆接點。等光吸收層14生長之后，在光吸收層14上形成例如CdS、ZnO或CdS/ZnO堆棧物等的透明層16。輻射經(jīng)由透明層16進入電池結(jié)構(gòu)10。光吸收層14內(nèi)含有p-n結(jié)構(gòu)之半導(dǎo)體層的較佳電氣類型為P-型，透明層16的較佳電氣類型為η-型。然而，也可利用η-型光吸收層14及ρ-型透明層16。然而，在制造過程中因?qū)ξ徊粶识鴮?dǎo)致短路；左右二側(cè)的組件尺寸大小因透明層14對位因素影響，與其它正常的組件有差異，而影響其電性；而太陽能面板有效區(qū)的大小因受限于各機臺能力，常因?qū)ξ徊粶实年P(guān)系產(chǎn)生的陰影效應(yīng)(shadow effect)而被限縮4mm 8mm。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述發(fā)明背景的對位問題，本發(fā)明提出一種薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制造方法，來避免因?qū)ξ徊粶?，造成對太陽能電池部分組件(Device)轉(zhuǎn)換效率降低而影響太陽能電池整體轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的目的為提供一種無對位問題的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一目的為提供一種可使有效區(qū)變大的薄膜太陽能電池的制造方法。根據(jù)上述目的，本發(fā)明揭露一種薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制造方法。首先，提供基材，在基材上形成導(dǎo)電層。然后，移除部分的導(dǎo)電層，在垂直組件串接方向形成第一凹槽，且在平行串接方向形成第二凹槽，以將復(fù)數(shù)個薄膜太陽能電池組件隔離。接下來順應(yīng)性地在導(dǎo)電層上形成主動層。接著，移除部分的主動層，在垂直組件的串接方向形成第三凹槽，作為與導(dǎo)電層連接的接觸窗。之后順應(yīng)性地在主動層上形成透明導(dǎo)電層。緊接著，移除部分的透明導(dǎo)電層及部分的主動層，在垂直組件的串接方向形成第四凹槽及第六凹槽。最后，移除部分的透明導(dǎo)電層及部分的主動層，在平行組件的串接方向形成第五凹槽及第七凹槽， 以定義出最大有效區(qū)域。
具體實施例方式本發(fā)明一些實施例的詳細描述如下，然而，除了該詳細描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其它的實施例施行。亦即，本發(fā)明的范圍不受已提出之實施例的限制，而應(yīng)以本發(fā)明提出的權(quán)利要求為準。再者，為提供更清楚的描述及更易理解本發(fā)明，圖示內(nèi)各部分并沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與其它相關(guān)尺度相比已經(jīng)被夸張；不相關(guān)的細節(jié)部分也未完全繪出，以求圖示的簡潔。本發(fā)明的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖2所示，底層為基材(Substrate) 20，通常使用的材料為玻璃(Glass)或是具有可撓性的金屬箔(如不銹鋼箔、銅箔、鋁合金箔)或一些高分子如Polyimide (PI)，而基材20上會濺鍍一層約0. 5 1. 0 μ m的導(dǎo)電層22，通常使用的材料為鉬、鉭、鎢、鈦、銅、鋁、不銹鋼或透明導(dǎo)電材等，以利于空穴傳導(dǎo)，往上即一般所謂的主動層(ActiveLayer) 24，其可以是光吸收層24，包含在Cu (In，Ga，Al) (S，Se，Te) 2族群中的材料，此層約為1.5 2.0 μ m。再往上是約0.05 μ m厚的η-型(n-type)半導(dǎo)體緩沖層 (buffer layer,圖中未示)，緩沖層的材料為硫化鎘(CdS)、硫化銦QnS)、硒化銦(InSe)、 硫化鋅(SiS)或氧化鎂鋅(ZnMgO)，其能幫助電子有效傳導(dǎo)，此緩沖層并非絕對必要。再往上有一層約0.1 μ m厚的η-型(n-type)純氧化鋅(i-SiO)層(圖中未示)，其能防止薄膜太陽能電池在進行發(fā)電過程中，因分流(Shunting)的問題導(dǎo)致組件效能下降，此純氧化鋅層亦非絕對必要。此時再濺鍍上透明導(dǎo)電層26，透明導(dǎo)電層沈為聚透光導(dǎo)電功能的透光導(dǎo)電氧化層CTransparent Conductive Oxide)，透明導(dǎo)電沈?qū)拥牟牧蠟檠趸?金(NiO/ Au)、氧化銦錫 Gndium Tin Oxide, I TO)、氧化鋅(ZnO)或氧化鋁鋅(Aluminum Zinc Oxide, AlSiO)，透明導(dǎo)電層沈除了作為上電極之外，尚須讓陽光順利通過此層到達主動層24，即構(gòu)成一個銅銦鎵硒(CIGQ薄膜太陽能電池。目前光吸收層M的鍍膜技術(shù)有相當多種，主要可分為共蒸鍍(Co-evaporation)、 濺鍍(Sputtering)硒化(Selenization)等真空制程技術(shù)，以及涂布制程(Coating Process)、化學(xué)噴灑熱角軍法(Chemical spray Pyrolysis)、電沉禾只(Electrodeposition)等非真空制程技術(shù)。圖3A至圖3C是顯示本發(fā)明實施例的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)的截面圖。首先，如圖3A所示，提供基材20，基材20的材質(zhì)在本實施例中可例如為玻璃。在基材20上形成導(dǎo)電層22。然后，利用雷射刮除法(Laser Scribing)制程，移除部分的導(dǎo)電層22，在垂直組件串接方向形成第一凹槽21，且在平行串接方向形成第二凹槽21’，刮除至基材20，以將復(fù)數(shù)個薄膜太陽能電池組件隔離。接下來，如第3B圖所示，順應(yīng)性地在導(dǎo)電層22上形成主動層 24。接著利用機械刮除法(Mechanical Scraping)制程，移除部分的主動層對，在垂直組件的串接方向形成第三凹槽23，刮除至導(dǎo)電層22，作為與導(dǎo)電層22連接的接觸窗。之后， 如圖3C所示，順應(yīng)性地在主動層M上形成透明導(dǎo)電層26。緊接著利用機械刮除法制程， 移除部分的該透明導(dǎo)電層26及部分的該主動層M，刮除至導(dǎo)電層22，在垂直組件的串接方向形成第四凹槽25及第六凹槽27。最后，利用機械刮除法制程，移除部分的該透明導(dǎo)電層 26及部分的該主動層對，刮除至導(dǎo)電層22，在平行組件的串接方向形成第五凹槽25’及第七凹槽27’，即可準確定義出整體面板的有效區(qū)域，如此即可避免因?qū)ξ粏栴}所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)。由于已明確定義整體太陽能面板的有效區(qū)域，去除陰影效應(yīng)的影響可增大整體太陽能面板的有效區(qū)域。本發(fā)明以較佳的實施例說明如上，僅用于幫助了解本發(fā)明的實施，非用以限定本發(fā)明的精神，而熟悉此領(lǐng)域技藝者在領(lǐng)悟本發(fā)明的精神后，在不脫離本發(fā)明的精神范圍內(nèi)，當可作些許更動潤飾及等同的變化替換，其專利保護范圍當視后附的權(quán)利要求及其等同領(lǐng)域而定。


圖1顯示傳統(tǒng)薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖2顯示本發(fā)明薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A顯示本發(fā)明實施例的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)的截面圖；圖;3B顯示本發(fā)明實施例的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)的截面圖；以及圖3C顯示本發(fā)明實施例的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)的截面圖。主要組件符號說明10 基材12:導(dǎo)電層14 光吸收層16 透明層20 基材21 第一凹槽21，第二凹槽22:導(dǎo)電層23 第三凹槽多層金屬薄膜24 主動層25:第四凹槽25，第五凹槽26:透明導(dǎo)電層27 第六凹槽27，第七凹槽
權(quán)利要求
1.一種薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其包含基材；導(dǎo)電層，形成于該基材上具有復(fù)數(shù)個第一凹槽及復(fù)數(shù)個第二凹槽，其中所述第一凹槽與這些組件的串接方向垂直，所述第二凹槽與這些組件的該串接方向平行；主動層，順應(yīng)性地形成于該導(dǎo)電層上，具有復(fù)數(shù)個第三凹槽、復(fù)數(shù)個第四凹槽及復(fù)數(shù)個第五凹槽，其中所述第三凹槽及所述第四凹槽與這些組件的該串接方向垂直，所述第五凹槽與這些組件的該串接方向平行；以及透明導(dǎo)電層，順應(yīng)性地形成于該主動層上，具有復(fù)數(shù)個第六凹槽及復(fù)數(shù)個第七凹槽，其中所述第六凹槽相對應(yīng)于所述第四凹槽，所述第六凹槽與這些組件的該串接方向垂直，所述第七凹槽相對應(yīng)于所述第五凹槽，所述第七凹槽與這些組件的該串接方向平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述基材為玻璃、具有可撓性的金屬箔或高分子材料，其中所述具有可撓性的金屬箔為不銹鋼箔、銅箔或鋁合金箔，所述高分子材料為聚亞酰胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電層選自鉬、鉭、鎢、鈦、 銅、鋁等及不銹鋼之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述主動層為光吸收層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述光吸收層選自IBIIIAVIA族的化合物(黃銅礦結(jié)構(gòu)，Chalcopyrites)之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述IB族材料為銅，所述IIIA族材料選自銦及鎵其中之一，所述IIIA族材料包括銦及鎵，所述VIA族材料選自硒及硫其中之一，所述VIA族材料包括硒及硫，所述VIA族材料選自硒及硫其中之一，所述VIA族材料包括硒及硫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其中所述透明導(dǎo)電層為聚透光導(dǎo)電功能的透光導(dǎo)電氧化層(TCO)，該透明導(dǎo)電層的材料為氧化鎳/金(NiO/Au)、氧化銦錫(ITO)、 氧化鋅(SiO)或氧化鋁鋅(AlZnO)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，其還包含緩沖層，其中該緩沖層的材料為硫化鎘(CdS)、硫化銦(InS)、硒化銦aMe)、硫化鋅( 或氧化鎂鋅(ZnMgO)。
9.一種薄膜太陽能電池的制造方法，該方法包括步驟提供基材；在該基材上形成導(dǎo)電層；移除部分所述導(dǎo)電層，以形成復(fù)數(shù)個第一凹槽及復(fù)數(shù)個第二凹槽，其中所述第一凹槽與這些組件的串接方向垂直，所述第二凹槽與這些組件的該串接方向平行；在該導(dǎo)電層上順應(yīng)性地形成主動層；移除部分的該主動層，以形成復(fù)數(shù)個第三凹槽，所述第三凹槽與這些組件的該串接方向垂直；在該主動層上順應(yīng)性地形成透明導(dǎo)電層；移除部分的所述透明導(dǎo)電層及部分的所述主動層，以形成復(fù)數(shù)個第四凹槽及復(fù)數(shù)個第六凹槽，其中所述第六凹槽相對應(yīng)于所述第四凹槽，所述第四凹槽及所述第六凹槽與這些組件的該串接方向垂直；以及移除部分的所述透明導(dǎo)電層及部分的所述主動層，以形成復(fù)數(shù)個第五凹槽及復(fù)數(shù)個第七凹槽，其中所述第七凹槽相對應(yīng)于所述第五凹槽，所述第五凹槽及所述第七凹槽與這些組件的該串接方向平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述導(dǎo)電層系以濺鍍法形成，所述第一凹槽及所述第二凹槽以雷射刮除方式形成，所述第三凹槽、第四凹槽、第五凹槽、第六凹槽及第七凹槽以機械刮除方式形成，所述主動層以共蒸鍍、濺鍍硒化、涂布制程、化學(xué)噴灑熱解法或電沉積方式形成，所述透明導(dǎo)電層以濺鍍法形成。
全文摘要
本申請?zhí)峁┮环N薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制造方法，以雷射刮除法及機械刮除法在制程中限定出太陽能面板的有效區(qū)域，進而以無對位方式達到太陽能面板有效區(qū)域變大的目的。
文檔編號H01L31/18GK102194904SQ20101014329
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者陳彥君 申請人:綠陽光電股份有限公司