專利名稱：太陽能電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用薄膜制作的太陽能電池，特別是一種置于手表盤面上的太陽能電池，及其制作方法。
眾所周知，太陽能電池使用非晶硅膜。這種使用非晶硅膜的太陽能電池能夠較薄地以高生產(chǎn)率和低重量制作。從而上述太陽能電池已用作便攜式儀表，例如臺式計算器、手表或類似儀表的電源。
特別是，在把太陽能電池裝到手表上以后，手表就具有不用更換電池的優(yōu)點，因此，太陽能電池大有助于石英式手表的普及。
然而，當把常用形狀的太陽能電池裝到手表上時，出現(xiàn)一些問題；手表的設(shè)計受限制，并且不僅手表的外觀變壞，還加大其整體尺寸。因此，已試圖用一種與手表盤面匹配的形狀來設(shè)計太陽能電池(《NikkeiBusiness)》1996年3月18日，第71-73頁)。
然而，上述形狀的太陽能電池也有一些問題其制作成本還高于普通太陽能電池，且其可靠性降低。
另一方面，為了提高太陽能電池的生產(chǎn)率，有一種用印刷法制成電極的技術(shù)。


圖1a是一個截面圖，說明一個具有由印刷工藝制成的電極的太陽能電池結(jié)構(gòu)的一部分。在這種情況下，圖1a所示太陽能電池是一種在它的形成光電轉(zhuǎn)換層的表面(電池表面)側(cè)有入射光線射入的太陽能電池。
在圖1a中，標號100表示一個玻璃基片、不銹鋼基片或樹脂基片；101表示一個例如由鋁制成的第一電極；102表示一個從玻璃基片100開始依照P-I-N型次序或N-I-P型次序淀積的非晶硅層的光電轉(zhuǎn)換層，103表示一個ITO的第二電極，這是一個在光入射表面?zhèn)壬系碾姌O；和140表示一個用印刷工藝制成的拉出電極。
在印刷工藝中，用所要求的圖案印刷一種導(dǎo)電膏，在該導(dǎo)電膏中彌散一種通常由球形、雪茄煙形或橄欖球形金屬顆粒組成的導(dǎo)電材料。
這樣，在一種利用一個可直接形成圖案的印刷工藝的情況下，得到可簡化電極制作步驟的優(yōu)點。然而，出現(xiàn)一個問題在某種程度上有一個壓力局部地施加到要印刷的部分上。這種壓力特別集中于存在彌散導(dǎo)電材料的部分。
一個具有圖1a所示結(jié)構(gòu)的ITO膜(第二個膜)是不那么硬和強的，并且只有幾千埃的厚度或更薄。此外，ITO膜的表面具有一些明顯的凹部和凸部，而且形成光電轉(zhuǎn)換層102的非晶硅也不是那么硬的。
因此，由于印刷期間壓力集中而有高壓局部地施加于光電轉(zhuǎn)換層102。結(jié)果，在光電轉(zhuǎn)換層102中發(fā)生損壞，例如裂縫或類似缺陷，從而導(dǎo)電膏中的導(dǎo)電材料能夠透入裂縫或類似缺陷中。圖1b示出一種導(dǎo)電膏透入裂縫或類似缺陷中的狀態(tài)。標號105表示一種這樣形成的短路。當形成上述短路105時，就把第一電極101電連接于第二電極103，從而光電轉(zhuǎn)換層將完全起不到太陽能電池的作用。
如上所述，用印刷工藝制作電極可以完成制作步驟的簡化。然而，印刷工藝損壞光電轉(zhuǎn)換層，并且很可能在第一電極與第二電極之間形成短路。
因此，本發(fā)明之目的在于提供一種既能以低成本制作又能有高可靠性的用于手表的太陽能電池，及其制作方法。
本發(fā)明之另一目的在于提供一種既能簡化其制作步驟又能有高產(chǎn)率的太陽能電池。
欲達上述目的之本發(fā)明在于提供一種所要求形狀平面型太陽能電池，它包括多個由分割該平面形成的光電轉(zhuǎn)換器件；多個用于把各個光電轉(zhuǎn)換器件互相串聯(lián)地連接的通路，在靠近多個光電轉(zhuǎn)換器件處提供導(dǎo)電通路；和兩個在與光輻照表面相對的表面上露出的引出電極，在串聯(lián)地連接的光電轉(zhuǎn)換器件的兩端的兩個光電轉(zhuǎn)換器件上連接這兩個電極。
根據(jù)本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)，因為能夠在光電轉(zhuǎn)換器件的光輻照表面的相對側(cè)面上提供用于提取輸出的電極部分，故可簡化輸出的提取部分的結(jié)構(gòu)。此外，能夠使有助于光電變換的表面面積變成最大。結(jié)果，能夠以低成本制作一種要裝入手表中的太陽能電池，并且這樣制作的太陽能電池能夠具有高的可靠性。
最好是各個光電轉(zhuǎn)換器件皆包括一個基片，一個淀積于該基片上的第一電極層，一個淀積于第一電極層上的光電變換半導(dǎo)體層，和一個淀積于光電變換半導(dǎo)體層上的光傳輸?shù)诙姌O層；并且在兩個外部引出電極中的一個電極連接于它的一端上的光電轉(zhuǎn)換器件的第二電極層，和在兩個外部引出電極中的另一個電極連接于它的另一端上的光電轉(zhuǎn)換器件的第一電極層。
太陽能電池最好還包括一個第一通槽，它把第二電極層電連接于外部引出電極之一。
還希望在一個第一電極層和光電變換半導(dǎo)體層的一部分是與其它部分絕緣的區(qū)域上，形成第一通槽。
最好是太陽能電池還包括一個第二通槽，它把第一電極層連接于另一個外部引出電極。
最好是太陽能電池是圓形的，并且多個光電轉(zhuǎn)換器件是如此形成的多個扇狀光電轉(zhuǎn)換器件，以致于可按照半徑方向分隔圓形平面。
還最好是在多個光電轉(zhuǎn)換器件的外周邊部分，提供多個導(dǎo)電通路和兩個外部引出電極。
最好是在多個光電轉(zhuǎn)換器件的外周邊部分提供多個導(dǎo)電通路和兩個外部引出電極，太陽能電池是多邊形的，多個光電變換部件是如此形成的多個三角形光電變換部件，以致于可按照半徑方向分隔多邊形平面。
在多個光電轉(zhuǎn)換器件之間提供多個導(dǎo)電通路，并在兩端的光電轉(zhuǎn)換器件的外側(cè)上提供兩個外部引出電極，太陽能電池是長方形的，多個光電轉(zhuǎn)換器件是如此形成的多個長方形光電轉(zhuǎn)換器件，以致于可按縱向分隔長方形平面。
每個光電轉(zhuǎn)換器件最好皆包括一個基片，一個淀積于基片上的第一電極層，一個淀積于第一電極層上的光電變換半層體層，一個部分地淀積于光電變換半導(dǎo)體層上的保護層，一個淀積于光電變換半導(dǎo)體層和保護層上的透光的第二電極層，和一個淀積于有保護層的第二電極層上的第三電極層。
光電變換半導(dǎo)體層最好由一個PIN型非單晶硅膜組成，且第二電極層最好由一個ITO膜組成。
最好是第一電極層由鋁膜組成，且第三電極層由一種導(dǎo)電膏膜組成，使金屬顆粒彌散于粘合劑中即可形成該膜。
外部拉出電極最好由一種導(dǎo)電膏膜組成，使金屬顆粒彌散于粘合劑中即可形成該膜。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種太陽能電池，它包括一個第一電極層，一個淀積于第一電極層上的光電變換半導(dǎo)體層，一個部分地淀積于光電變換半導(dǎo)體層上的保護層，一個淀積于光電變換半導(dǎo)體層和保護層上的第二電極層，和一個淀積于有保護層的第二電極層上的第三電極層。
甚至當用一種印刷工藝在光電轉(zhuǎn)換器件的上部形成一個電極時，也有可能有效地防止損壞光電轉(zhuǎn)換器件。此外，還有可能以高生產(chǎn)率生產(chǎn)太陽能電池。
最好是光電變換半導(dǎo)體層由一種PIN型非單晶硅膜組成。
第二電極層最好由一個ITO膜組成。
最好是第一電極層由一個鋁膜組成。
最好是第三電極層由一個導(dǎo)電膏膜組成，把金屬顆粒彌散于粘合劑中即可形成該膜。
還最好是外部引出電極由一個導(dǎo)電膏膜組成，把金屬顆粒彌散于粘合劑中即可形成該膜。
根據(jù)本發(fā)明，還進一步提供一種用于制作太陽能電池的方法，它包括下列步驟在基片上淀積一個第一電極層的步驟；在第一電極層上淀積一個光電變換半導(dǎo)體層的淀積步驟；在光電變換半導(dǎo)體層上部分地淀積一個保護層的淀積步驟；在光電變換半導(dǎo)體層和保護層上淀積一個第二電極層的淀積步驟；和在有保護層的第二電極層上淀積一個第三電極層的淀積步驟。
最好是光電變換半導(dǎo)體層的淀積步驟是一個淀積一個PIN型非單晶硅膜的步驟。
還最好是第二電極層的淀積步驟是一個淀積一個ITO膜的步驟，第一電極層的淀積步驟是一個淀積一個鋁膜的步驟，和第三電極層的制作步驟是一個制成一個導(dǎo)電膏膜的步驟，把金屬顆粒彌散于粘合劑中即可制成該膜。
下面簡述諸圖。
圖1a和1b是太陽能電池結(jié)構(gòu)的一部分的截面圖，用上述常規(guī)的印刷工藝制作電極。
圖2是太陽能電池的平面圖，電池裝于手表盤面上，用作本發(fā)明一個實施例，太陽能電池是從上面來看的。
圖3a和3h是沿圖2的線III-III截取的截面圖，說明本實施例的太陽能電池的制作步驟。
圖4a至4g是沿圖2的線IV-IV截取的截面圖，說明本實施例的太陽能電池的制作步驟。
圖5是沿圖2的線V-V截取的截面圖，說明本實施例的太陽能電池的結(jié)構(gòu)。
圖6是沿圖2的線VI-VI截取的截面圖，說明本實施例的太陽能電池的結(jié)構(gòu)。
圖7是用作本發(fā)明另一實施例的裝于手表盤面上的太陽能電池的平面圖，太陽能電池是從上面看的。
圖8a至8h是沿圖7的線III-III截取的截面圖，說明其實施例的太陽能電池的制作步驟。
圖9a至9g是沿圖7的線IX-IX截取的截面圖，說明其實施例的太陽能電池的制作步驟。
圖10是沿圖7的線X-X截取的截面圖，說明其實施例的太陽能電池的結(jié)構(gòu)。
圖11是沿圖7的線XI-XI截取的截面圖，說明其實施例的太陽能電池的結(jié)構(gòu)。
圖12a和12b是用于說明激光劃割軌跡的圖。
圖13是用作本發(fā)明又一實施例的裝在手表盤面上的太陽能電池的平面圖，太陽能電池是從上面看的。
圖14是用作本發(fā)明再一實施例的裝在手表盤面上的太陽能電池的平面圖，太陽能電池是從上面看的。
圖15是用作本發(fā)明另一實施例的裝在手表盤面上的太陽能電池的平面圖，太陽能電池是從上面看的。
圖2是用作本發(fā)明一個實施例的裝在手表盤面上的太陽能電池的平面圖，太陽能電池是從上部看的。圖2所示的太陽能電池使用一個70μm厚的柔軟樹脂膜作基片。
在圖2中，4個區(qū)200、201、202和203中的每個區(qū)都是一個起光電轉(zhuǎn)換器件作用的單元。每個光電轉(zhuǎn)換器件皆包括一個第一電極，一個從基片側(cè)開始按照N-I-P型次序淀積的光電轉(zhuǎn)換層，和一個第二電極；它們是相繼地淀積的。這4個光電轉(zhuǎn)換器件200、201、202和203串聯(lián)地連接，并從將在稍后描述的外部拉出電極312(圖3h)和512(圖5)引出其光電動勢。
4個光電轉(zhuǎn)換器件200、201、202和203是沿著十字形分隔線204和205分隔的。通過用一個激光束劃割(叫作激光劃割)，進行這種分隔。
在最后的步驟用激光束照射方法切割太陽能電池，或者用機械方法沖切它，以形成圓形的外周邊206。
虛線207表示各個光電轉(zhuǎn)換器件200、201、202和203的外周部分的位置。用激光劃割法制成外周部分207。如同將在稍后描述的圖3d和圖4d所示。在外周部分207與太陽能電池的外周邊206之間的環(huán)形區(qū)是一個不起太陽能電池作用的區(qū)。
虛線208表示一個在其中選擇地劃割各個光電轉(zhuǎn)換器件的第二電極(在光入射側(cè)上的透明電極)的位置。還用激光劃割法制成這個劃割部分，如稍后描述的圖3c和4c所示。
這些劃割部分(線)207和208形成一個環(huán)形閉合路徑，它具有圓圈形，其中劃割的起點連接于它的終點。
圖3a至3h是沿圖2的線III-111截取的截面圖，說明其實施例的太陽能電池的制作步驟。即，圖3a至3h說明引出電極(在正側(cè)上的電極)的一部分的制作步驟。
圖4a至4g是沿圖2的線IV-IV截取的截面圖，說明本實施例的太陽能電池的制作步驟。即，圖4a至4g說明光電轉(zhuǎn)換器件200和光電轉(zhuǎn)換器件203的連接部分的制作步驟。
在這些圖中，膜厚度與其它部分厚度的比例與它的實際相對比例無關(guān)。
在本實施例中，用一種PEN(polyethylenenaphthalate)膜作基片300的材料。任何用作工業(yè)塑料材料的眾所周知的材料，例如PET(polyetheylene terephthalate)等，以及上述的PEN，皆可用作它的材料。此外，還能用玻璃基片或金屬基片作基片300。
對一個從幾十米到幾百米長的基片相繼地進行下述的各種步驟，直至在最終步驟以后得到圖2平面中所示的外表狀態(tài)為止。在最后步驟中，形成有圖2所示外表狀態(tài)的太陽能電池。在相繼的步驟中，在纏繞一個繞在一個滾筒上的長基片期間，在另一個滾筒上進行各種步驟，例如膜淀積，印制，各種烘烤，激光劃割等。
首先，如圖3a和4a所示，在基片300上淀積一個鋁電極301。在鋁電極301上形成一個半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換層302，它是從基片300側(cè)開始按照N-I-P型次序淀積的。用濺射法形成鋁電極301的膜。此外，通過用一種等離子體CVD方法淀積一些層，進行光電轉(zhuǎn)換層302的形成。
其次，用印制方法形成第一保護層303和304(403和404)。對一個長膜基片連續(xù)地進行保護層的形成。在一個相當于外周邊207的環(huán)形區(qū)(以后在此形成一個劃割槽307(407))上提供保護層303(404)。此外，在一個相當于用圖2中劃割段208示出的圓環(huán)的環(huán)形區(qū)(以后在此形成一個劃割槽306(406))上提供保護層304(404)。這樣得出圖3a和4a所示的太陽能電池結(jié)構(gòu)。
再次，在整個露出的表面上淀積一個ITO電極305，這是一個透明的電極。對繞在滾筒上的長膜連續(xù)地進行該ITO膜的形成。這樣得出圖3b和4b所示太陽能電池的結(jié)構(gòu)。
然后用激光照射法進行劃割。這個步驟被看成是一個激光劃割步驟。在這個激光劃割步驟中，在掃描一個有80μm光點直徑的YAG激光器時，通過激光束的照射進行所需層中的劃割。
在這種情況下，用激光劃割法選擇地進行ITO膜305的劃割。在這個步驟中，ITO 305膜被劃割而形成一個槽306(406)(見圖3c和4c)。這個槽306(406)是環(huán)形地形成的，用作圖2中的劃割部分208。
當激光束照射以形成槽306(406)時，有保護層304(404)作基層是重要的。如果沒有保護層304(404)，則激光束由于激光束輸出的散射而到達光電轉(zhuǎn)換層302。在進一步的極端情況下，激光束甚至可以鋁電極301中形成一個槽。
在劃割部分208的下部劃割光電轉(zhuǎn)換層302是不成為問題的。這是因為光電轉(zhuǎn)換層并不影響所需要的光電變換。然而，當激光束到達鋁電極301時，就有在透明電極305與鋁電極301之間形成短路的危險。即，由激光束的能量熔化鋁電極301的材料，并且熔化的材料到達透明電極305，從而有可能在兩電極之間形成短路。因為透明電極305與鋁電極301之間的距離只有約1μm，故在兩電極之間形成短路的可能性顯然是高的。
此外，當鋁電極301由于激光束照射能量太強而被完全切掉時，就有可能以后使光電轉(zhuǎn)換器件不能被互相連接。即，當在ITO電極305的劃割部分208的下部完全切掉鋁電極301時，則在圖2的線IV-IV所示的截面部分(圖4c和4g示出)，使光電轉(zhuǎn)換器件200與光電轉(zhuǎn)換器件203之間的電連接變成不可能。即使在ITO電極305的劃割部分208的下部完全切掉鋁電極301，也在該部分由于激光束照射而損壞時，會引起諸光電轉(zhuǎn)換器件之間的接觸缺陷，并且增加接觸電阻。
根據(jù)本發(fā)明所示的構(gòu)造，激光束由于存在保護層404而不到達鋁電極301。這樣，能夠避免把透明電極305電連接于鋁電極301。此外，還能防止切割和損壞鋁電極301。結(jié)果，能夠急劇提高產(chǎn)率。這樣，得到圖3c和4c所示的結(jié)構(gòu)。
然后，用比在為形成上述槽306(406)而進行激光劃割時高的激光束輸出，進行激光劃割。在這一步驟，形成一個槽307(407)和一個槽308(見圖3d和4d)。
如從這些圖看出的那樣，在這個步驟中，設(shè)置激光束的照射條件，使槽307(407)和308的底段能夠伸入基片300。用于形成槽307(407)和308的激光束照射條件可以是相同的。
環(huán)形地制成槽307(407)，如圖2中劃割部分207所示。
制成槽308，以便在一個用于檢驗一個外部引出電極的區(qū)域的周邊周圍，切割鋁電極301。這個槽308是與槽307連通的。形成槽307和308以便從該周邊把由這些槽307和308圍繞的鋁電極301的一部分(一個在其中形成將在稍后描述的通槽309的閉合區(qū)域)完全電絕緣。
由于在形成槽307(407)和308期間存在第一保護層303(403)和304，就能防止鋁電極301與ITO電極305之間的短路。即，當不存在這些保護層303(403)和304時，就在鋁電極301與靠近鋁電極301的ITO電極之間常由一部分熔化的鋁電極形成短路。
這樣，得到圖3d和4d所示的結(jié)構(gòu)。
然后，用激光束照射法形成一個圖3e所示的通槽309。這槽309貫穿到基片300的背面，該背面處于一個用圖2中標號211表示的位置。這槽309在形成一個最終連接于基片300背面的引出電極時，用作一個導(dǎo)電路徑或通道313。槽309的位置是一個外部引出電極的位置。
在此以后，如圖3f和3e所示，制成一種第二保護層310(410)和311(411)。這些保護層310(410)和311(411)所起的作用是用一種保護材料充填槽306(406)，307(407)和308。此外，這些保護層還充當絕緣膜，用作接觸電極的下層。
用印刷法制成這些第二保護層310(410)和311(411)。
如圖3g和4f以及稍后描述的圖5和6所示，其后還用一種銀膏制成接觸電極209、210、211、212和213。也用印制法制成這些接觸電極。各個接觸電極209、210、211、212和213的位置示于圖2中。
此后，如圖4g所示，在圖4f中的箭頭412所描的部位進行激光束照射，以形成一個用于把鋁電極301電連接于接觸電極209的導(dǎo)電路徑413。在這個步驟中，形成導(dǎo)電路徑413的方法是形成一個接觸槽，同時熔化接觸電極209的銀膏和鋁電極301。通常把這個步驟叫作激光接合。
這樣，就獲得了沿圖2的線IV-IV截取在圖4g中示出的一種帶有剖面的結(jié)構(gòu)。如圖4g所示，在連接于光電轉(zhuǎn)換器件200的ITO電極的銀膏圖案(接觸電極)上，用激光接合法來電連接光電轉(zhuǎn)換器件203的鋁電極301。
因此，得到一種光電轉(zhuǎn)換器件203被串聯(lián)地連接于光電轉(zhuǎn)換器件200的狀態(tài)。除了上述連接部分之外，還按照這種結(jié)構(gòu)制成三個連接部分。按照這樣連接的結(jié)構(gòu)，把各個光電轉(zhuǎn)換器件203、200、201和202互相串聯(lián)地連接。
另一方面，如同在是沿圖2的線III-III截取的截面圖的圖3g和3h中所示，在形成一個銀膏的接觸電極211以后，在基片300的背面用銀膏形成一個接觸電極312。也用印制法形成這種接觸電極312。這個接觸電極312，通過在通槽309中形成的銀膏導(dǎo)電路徑313，被電連接于接觸電極211，從而電連接于光電轉(zhuǎn)換器件202的ITO電極305。
這樣，在相對于圖2所示表面?zhèn)鹊膫?cè)面上形成的接觸電極312，就充當一個與光電轉(zhuǎn)換器件202(見圖2)的ITO電極305(見圖3h)連接的引出電極。
ITO電極305接觸一個用于光電轉(zhuǎn)換器件202的光入射側(cè)面上的P型半導(dǎo)體層。因此，接觸電極312是一個在其中輸出正電壓的引出電極。
圖5是一個沿圖2的線V-V截取的截面圖，說明本實施例的太陽能電池的結(jié)構(gòu)；圖6是沿圖2的線VI-VI截取的截面圖，說明本實施太陽能電池的結(jié)構(gòu)。在這個結(jié)構(gòu)部分，形成一個從光電轉(zhuǎn)換器件201的N型半導(dǎo)體層引出的引出電極(負電壓側(cè))。
如圖5所示，在基片300的背面，形成一個通過導(dǎo)電路徑513而電連接于鋁電極301(光電轉(zhuǎn)換器件201的鋁電極)的銀膏接觸電極(引出電極)512。
在沿圖2的線VI-VI截取的截面具有如圖6中所示的結(jié)構(gòu)，用于保證鋁電極301與輸出電極512之間的電連接。即，在一個以615表示的位置用激光接合法形成這種連接。特別是，通過導(dǎo)電路徑把鋁電極301電連接于銀膏接觸電極213。
最后，通過對一些在用作基片的長膜上形成的太陽能電池進行沖切，完成一個單獨的太陽能電池。這樣，得到一些其外表狀態(tài)如圖2所示的太陽能電池。
這樣，制成在圖2中從上面看的顯示外表狀態(tài)的太陽能電池，使它可從一個由光電轉(zhuǎn)換器件202的P型半導(dǎo)體層引出的引出電極312(它位于電極211的背面(圖3h))，和從一個由光電轉(zhuǎn)換器件201的N型半導(dǎo)體層引出的引出電極512(它位于電極213的背面(圖5))，提取光電動勢。
圖7是一個用作本發(fā)明另一實施例的裝在手表盤面上的太陽能電池的平面圖。太陽能電池是從上面看的圖7所示的太陽能電池用70μm厚的柔軟樹脂膜作基片。
在圖7中，4個區(qū)700、701、702和703中的每個區(qū)皆是一個起光電轉(zhuǎn)換器件作用的單元。每個光電轉(zhuǎn)換器件皆包括一個第一電極，一個從基片側(cè)開始按照N-I-P型次序淀積的光電轉(zhuǎn)換層，和一個第二電極；它們是相繼地淀積的。這4個光電轉(zhuǎn)換器件700、701、702和703是串聯(lián)的連接的，從會在稍后描述的外部引出電極812(圖8h)和1012(圖10)提取其光電動勢。
4個光電轉(zhuǎn)換器件700、701、702和703沿著十字形分隔線704和705被分隔。用激光束劃割法(叫作激光劃割法)進行這種分隔。
在形成外面周邊706的最后步驟中，用激光束照射法或機械沖切法切割太陽能電池。
虛線707示出各個光電轉(zhuǎn)換器件700、701、702和703的外周邊部分的位置。用激光劃割法形成外周邊部分707，如圖8d和9d所示。在外周邊部分707與太陽能電池外面周邊706之間的環(huán)形區(qū)域是一個不起太陽能電池作用的區(qū)域。
虛線708示出一個在其中選擇地劃割各個光電轉(zhuǎn)換器件的第二電極(在光入射側(cè)的透明電極)的位置。也用激光劃割法形成這個劃割部分，如稍后描述的圖8c和9c所示。
這些劃割部分(線)707和708形成一個環(huán)形閉合路徑，它具有一種其劃割起點連接于其劃割終點的圓圈形狀。
圖8a至8h是沿圖7的線VIII-VIII截取的截面圖，說明其實施例的太陽能電池的制作步驟。即，圖8a至8h示出引出電極(在正側(cè)的一個電極)的一部分的制作步驟。
圖9a至9g是沿圖7的線IX-IX截取的截面圖，說明本實施例的太陽能電池的制作步驟。即，圖9a至9g示出光電轉(zhuǎn)換器件700和光電轉(zhuǎn)換器件703的連接部分的制作步驟。
在這些圖中，膜厚度與其它部分厚度的比例與其實際相對比例無關(guān)。
在本實施例中，用一種PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)膜作基片800的材料。通常叫作工業(yè)塑料材料的任何材料，例如PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)等，皆可用作它的材料，也能使用上述的PEN。此外，還能用玻璃基片或金屬基片作基片800。
對一個幾十米至幾百米長的基片相繼地進行下述的步驟，直至在最終步驟以后得到圖7平面圖中示出的外表狀態(tài)為止。在最終步驟中，形成具有圖7所示外表狀態(tài)的太陽能電池。在相繼的步驟中，在纏繞一個繞在一個滾筒上的長基片期間，在另一個滾筒上進行各個步驟，例如膜淀積，印制，各種烘烤，激光劃割等。
首先，如圖8a和9a所示，在基片800上淀積一個鋁電極801。在鋁電極801上，形成一個從基片800側(cè)開始按照N-I-P型次序淀積的半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換層802。用濺射法進行鋁電極801膜的形成。此外，通過用等離子體CVD法淀積一些層，進行光電轉(zhuǎn)換層802的形成。
然后，用印制法形成第一保護層803和804(903和904)。對一個長膜基片連續(xù)地進行保護層的形成。在相當于圖7中外周邊段的一個環(huán)形區(qū)(以后有此形成一個劃割槽807(907))上，提供一個保護層803(903)。此外，在一個相當于圖7中用一個劃割段708示出的圓的環(huán)形區(qū)(以后在此形成一個劃割槽806(906))上，提供一個保護層804(904)。
保護層804成為一個用于環(huán)形形成槽806的基層。此外，保護層804，在以后由印制法形成的接觸電極下面，具有防止發(fā)生損壞光電轉(zhuǎn)換層802的作用。
這樣，得到圖8a和9a所示的太陽能電池結(jié)構(gòu)。
然后，在整個露出表面上，淀積一個是透明電極的ITO電極805。對繞在滾筒上的長膜，連續(xù)地進行這ITO膜的形成。這樣，得到圖8a和9a所示的太陽能電池的結(jié)構(gòu)。
其后，用激光束照射法進行劃割。這一步驟叫作激光劃割步驟。在這個激光劃割步驟中，在掃描一個有80μm光點直徑的YAG激光器時，用激光束照射法進行所需層中的劃割。在這種情況下，用激光劃割法選擇地進行ITO膜805的劃割。
在這個步驟中，劃割I(lǐng)TO 805膜，以形成一個槽806(906)(見圖8c和9c)。按照圖7中一個劃割段708環(huán)形地形成槽806(906)。
當照射一個激光束以形成槽806(906)時，存在作為基層的保護層804(904)是重要的。如果不存在保護層804(904)，則由于激光束輸出的散射而可使激光束到達光電轉(zhuǎn)換層802。在一種更為極端的情況下，甚至在鋁電極801中，也能由激光束形成一個槽。
在劃割段708的下段中劃割光電轉(zhuǎn)換層802是不成問題的。這是因為該光電轉(zhuǎn)換層對所需要的光電變換沒有影響。然而，當激光束到達鋁電極801時，在透明電極805與鋁電極801之間有形成短路的危險。即，激光束的能量熔化鋁電極801材料，且熔體到達透明電極805，從而可能在兩個電極之間形成短路。因為在透明電極805與鋁電極801之間的距離只有約1μm，故在兩個電極之間形成短路的可能性是很大的。
此外，當由于激光束輻照能量太強而完全切掉鋁電極801時，就出現(xiàn)一種以后不能把諸光電轉(zhuǎn)換器件互相連接的可能性。
即，當在ITO電極805的劃割段708的下段中完全切掉鋁電極801時，就在由圖7的線IX-IX示出的截面段(在圖9a到9g中示出)中，使光電轉(zhuǎn)換器件700與光電轉(zhuǎn)換器件703之間的電連接成為不可能。即使在ITO電極805的劃割部分708的下部中不完全切掉鋁電極801，也在該部分被激光束照射損壞時，會在諸光電轉(zhuǎn)換器件之間出現(xiàn)接觸缺陷，并增加接觸電阻。
根據(jù)本實施例示出的構(gòu)造，激光束由于存在保護層904而不到達鋁電極801。這樣，可避免透明電極805電連接于鋁電極801。此外，還可避免鋁電極801的切割和損壞。結(jié)果，能夠急劇提高產(chǎn)率。這樣，得到圖8c和9c中示出的結(jié)構(gòu)。
然后，以一種比用于形成上述槽806(906)的激光劃割中所用激光束輸出要高的激光束輸出，重新進行激光劃割。在這個步驟中，得到一個槽807(907)和一個槽808(見圖8d和9d)。
從這些圖可知，在這個步驟中，設(shè)置激光束的輻照條件，使槽807(907)和808的底部能夠伸入基片800中。用于形成槽807(907)和808的激光束輻照條件可以是相同的。
槽807(907)是環(huán)形地形成的，如圖7中劃割部分707所示。
形成槽808，以便在一個用于檢驗一個外部引出電極的區(qū)域的周邊附近，切割鋁電極801。槽808與槽807連通。形成槽807和808，使槽807和808所圍繞的鋁電極801的一部分(一個閉合區(qū)，在其中形成稍后描述的一個通槽809)與其周邊完全電絕緣。
在形成槽807(907)和808期間，由于存在第一保護層803(903)和804，就能夠防止在鋁電極801與ITO電極805之間短路。即，當這些保護層803(903)和804不存在時，就在鋁電極801與靠近鋁電極801的ITO電極之間，常常由于一部分鋁電極熔化而形成短路。
這樣，得到圖8d和9d所示的結(jié)構(gòu)。
然后，用激光束照射法形成圖8e所示的一個通槽809。槽809貫穿到基片800的背面，該背面是一個在圖7中用標號711表示的位置。在形成一個最終連接于基片800的背面的引出電極時，用槽809作導(dǎo)電路徑或通道813。槽809的位置成為一個外部引出電極的位置。
此后，如圖8f和9e所示，形成第二保護層810(910)和811(911)。這些保護層起一種用保護材料填滿槽806(906)、807(907)和808的作用。此外，這些保護層還起一種絕緣膜的作用，用作接觸電極的下層。
用印制法形成這些第二保護層810(910)和811(911)。
如圖8g和9f和稍后要描述的圖10和11所示，其后用銀膏法形成接觸電極709、710、711、712和713。也用印制法形成這些接觸電極。在圖7中示出各個接觸電極709、710、711、712和713的位置。
此后，如圖9f所示，在一個箭頭912所指的部分進行激光束照射，以形成一個用于把鋁電極801電連接于接觸電極709的導(dǎo)電路徑913。在這個步驟中，通過形成一個用于接觸的槽，和同時通過熔化接觸電極709的銀膏和鋁電極801，制成導(dǎo)電路徑913。這一步驟通常叫作激光接合。
這樣，完成一種結(jié)構(gòu)，它具有沿圖7的線IX-IX截取的圖9g示出的截面。如圖9g所示，在連接于光電轉(zhuǎn)換器件700的ITO電極的銀膏圖案(接觸電極)上，用激光接合法電連接光電轉(zhuǎn)換器件703的鋁電極801。
因此，得到一種把光電轉(zhuǎn)換器件703串聯(lián)地連接于光電轉(zhuǎn)換器件703的狀態(tài)。除了上述連接部分之外，還用這種結(jié)構(gòu)形成三個連接部分。根據(jù)這樣形成的結(jié)構(gòu)，把每個光電轉(zhuǎn)換器件703、700、701和702互相串聯(lián)地連接。
另一方面，如同作為沿圖7線VIII-VIII截取的截面圖的圖8g和8h所示，在形成一個銀膏的接觸電極711以后，用銀膏在基片800的背面上形成一個接觸電極。也用印制法進行這種接觸電極812的形成。
在用于形成銀膏的接觸電極711的步驟中，在接觸電極711下面存在一個保護層804也是很重要的，在圖8g中用標號815表示相應(yīng)的部分。很重要是因為在印制期間，含于銀膏中的銀顆粒會損壞光電轉(zhuǎn)換層802，造成鋁電極801與ITO電極805之間的電連接。
這個接觸電極812，通過在通槽中形成的銀膏導(dǎo)電路徑813，電連接于接觸電極711，從而電連接于光電轉(zhuǎn)換器件702的ITO電極805。
這樣，在相對于圖7所示表面?zhèn)鹊膫?cè)面上形成的接觸電極812，充當一個從光電轉(zhuǎn)換器件702(見圖7)的ITO電極805(見圖8h)引出的引出電極。
ITO電極805接觸一個用于光電轉(zhuǎn)換器件702的在光入射側(cè)的P型半導(dǎo)體層。因此，接觸電極812是一個在其中輸出正電壓的引出電極。
圖10是一個沿圖7的線X-X截取的截面圖，說明本實施例的太陽能電池的結(jié)構(gòu)；圖11是一個沿圖7的線XI-XI截取的截面圖，說明本實施例的太陽能電池的結(jié)構(gòu)。在這個部分的結(jié)構(gòu)中，形成一個從光電轉(zhuǎn)換器件701的N型半導(dǎo)體層中引出的引出電極(負電壓側(cè))。
如圖10所示，在基片800的背面上形成一個銀膏的接觸電極(引出電極)1012，它通過一個導(dǎo)電路徑1013而電連接于鋁電極801(光電轉(zhuǎn)換器件701的鋁電極)。
一種用于保證鋁電極801與引出電極1012之間電連接的結(jié)構(gòu)，具有沿圖7的線XI-XI截取的圖11所示的截面。即，在一個以1115表示的部位用激光接合法形成該連接。特別是，通過一個導(dǎo)電路徑把鋁電極801而電連接于銀膏的接觸電極713。
最后，通過對一些按照基片的長膜形成的太陽能電池進行沖切，完成一個單獨的太陽能電池。這樣，得到一些其外表狀態(tài)如圖7所示的太陽能電池。
這樣，顯示圖7中上視外表狀態(tài)的太陽能電池被如此構(gòu)成，以致于它可從下述的引出電極提取光電動勢引自光電轉(zhuǎn)換器件702的一個P型半導(dǎo)體層的引出電極812(位于電極711的背面(圖8h))，和引自光電轉(zhuǎn)換器件701的一個N型半導(dǎo)體層的引出電極1012(位于電極713的背面(圖10))。
現(xiàn)在描述上述實施例使用的激光劃割方法。在掃描時輻射一個點狀激光束以形成一個具有所需圖案的槽，通常用這種方法作激光劃割方法。
當在圖2和圖7所示的207和707位置或208或708位置分別提供一個環(huán)形槽時，可能發(fā)生一個問題激光劃割的起點沒有會合其終點。
圖12a示出一個由激光劃割形成的軌跡，其中激光束的照射從一個起點1200開始，循環(huán)和回到起點1200。
一般說來，用于激光劃割的激光束光點直徑的范圍是從幾十微米到幾百微米。在象上述實施例一樣的使用長膜的相繼步驟中，很難防止上述光點直徑失調(diào)。這樣，當連續(xù)地進行一些步驟時，激光劃割的起點有時不會合其終點。此外，在首先照射激光束的點(激光劃割的起點)和在最后照射激光束的點(激光劃割的終點)，很可能在上光電轉(zhuǎn)換層和下光電轉(zhuǎn)換層之間形成短路。
通過形成象圖12b中所示的軌跡的激光劃割，可解決上述的問題。因此，如此進行一種激光劃割，以致于在形成光電轉(zhuǎn)換器件的區(qū)域1202之內(nèi)(劃割軌跡之內(nèi))，不存在激光劃割的起點(開始位置)1203及其終點(結(jié)束位置)1204。這樣，在形成光電轉(zhuǎn)換器件的圓周之外，存在激光劃割的起點(開始位置)1203及其終點(結(jié)束位置)1204。
因此，能夠可靠地形成激光劃割的成圈的軌跡。此外，還能夠避免由于存在激光劃割的起點和終點所致的各種影響。即，即使在這些點形成短路，也因為在器件形成區(qū)域1202不存在激光劃割的起點1203和終點1204，而不發(fā)生問題。
在上述諸實施例中，已描述和說明各種具有一個完整外表狀態(tài)和一些扇形光電轉(zhuǎn)換器件的太陽能電池。然而，很明顯，各種太陽能電池的完整外表狀態(tài)可以是一個多邊形，例如正方形、六邊形或八邊形。
圖13是一個用作本發(fā)明另一實施例的裝在手表盤面上的太陽能電池的平面圖，太陽能電池是從上面看的。在這個實施例中，太陽能電池的外表狀態(tài)是一個正方形。各個光電轉(zhuǎn)換器件皆是長方形。光電轉(zhuǎn)換器件都是在垂直方向以8層相繼地安排的。這8層光電轉(zhuǎn)換器件是串聯(lián)地互相連接的。本實施例的其他結(jié)構(gòu)、操作和效果幾乎相同于上述的實施例。
圖14是一個用作本發(fā)明又一個實施例的裝在手表盤面上的太陽能電池的平面圖，太陽能電池是從上面看的。在這個實施例中，太陽能電池的外表狀態(tài)是一個六邊形。各個光電轉(zhuǎn)換器件皆是三角形。這六個光電轉(zhuǎn)換器件是串聯(lián)地互相連接的。本實施例的其他結(jié)構(gòu)、操作和效果幾乎相同于上述的諸實施例。
圖15是一個用作本發(fā)明再一個實施例的裝在手表盤面上的太陽能電池的平面圖，太陽能電池是從上面看的。在這個實施例中，太陽能電池的外表狀態(tài)是一個八邊形。各個光電轉(zhuǎn)換器件皆是三角形。這八個光電轉(zhuǎn)換器件是串聯(lián)地互相連接的。本實施例的其它結(jié)構(gòu)、操作和效果幾乎相同于上述諸實施例。
根據(jù)上述諸實施例，能夠用低成本制作一種裝在手表上的太陽能電池。還能夠得到太陽能電池的高可靠性。此外，因為能夠在一個與太陽能電池的光照射(或光入射)表面相對的側(cè)面上，提供一個從其中提取太陽能電池輸出的引出電極，故可簡化用于提取該輸出的結(jié)構(gòu)。此外，還能夠盡可能大地增加有助于光電變換的表面積。
此外，甚至用印制法在光電轉(zhuǎn)換器件頂上制成一個電極時，也能有效地防止損壞光電轉(zhuǎn)換器件。此外，能以高產(chǎn)率制作太陽能電池。
權(quán)利要求
1.一種所需形狀平面型太陽能電池，包括多個光電轉(zhuǎn)換器件，是通過分隔該平面而形成的；多個導(dǎo)電路徑，用于把各個所述光電轉(zhuǎn)換器件皆互相串聯(lián)地連接在一起，在所述多個光電轉(zhuǎn)換器件附近提供所述的導(dǎo)電路徑；和兩個引出電極，在與光照射表面相對的表面上露出，在串聯(lián)地連接的所述諸光電變換器件兩端的兩個光電轉(zhuǎn)換器件上，連接所述的電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中，各個光電轉(zhuǎn)換器件皆包括一個基片，一個淀積于所述基片上的第一電極層，一個淀積于所述第一電極層上的光電變換半導(dǎo)體層，和一個淀積于所述光電變換半導(dǎo)體層上的光傳輸?shù)诙姌O層；并且其中，所述兩個外部引出電極之一連接于所述光電轉(zhuǎn)換器件的一端上的光電轉(zhuǎn)換器件的第二電極層，和所述兩個外部引出電極中的另一電極連接于所述光電轉(zhuǎn)換器件的另一端上的光電轉(zhuǎn)換器件的第一電極層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的太陽能電池，其中，所述的電池還包括一個第一通槽，它把所述的第二電極層電連接于所述外部引出電極之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的太陽能電池，其中，在一個其中所述第一電極層和所述光電變換半導(dǎo)體層的一部分是與其它部分絕緣的區(qū)域上，形成所述的第一通槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的太陽能電池，其中，所述的電池還包括一個第二通槽，它把所述的第一電極層電連接于所述的另一個外部引出電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中，在所述多個光電轉(zhuǎn)換器件的外周邊部分上，提供所述的多個導(dǎo)電路徑和所述的兩個外部引出電極；所述的太陽能電池是圓形的；所述的多個光電轉(zhuǎn)換器件是多個扇形的光電轉(zhuǎn)換器件，它們被形成得可把該圓形平面按徑向分隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中，在所述多個光電轉(zhuǎn)換器件的外周邊部分上，提供所述的多個導(dǎo)電路徑和所述的兩個外部引出電極；所述的太陽能電池是多邊形的；所述的多個光電轉(zhuǎn)換器件是多個三角形的光電轉(zhuǎn)換器件，它們被形成得可把該多邊形平面按徑向分隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中，在所述的多個光電轉(zhuǎn)換器件之間提供所述的多個導(dǎo)電路徑，并且在兩端的所述光電轉(zhuǎn)換器件的外側(cè)面上提供所述的兩個外部引出電極；所述的太陽能電池是長方形的；所述的多個光電轉(zhuǎn)換器件是多個長方形的光電轉(zhuǎn)換器件，它們被形成得可把長方形平面按縱向分隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中，每個所述的光電轉(zhuǎn)換器件皆包括一個基片，一個淀積于所述基片上的第一電極層，一個淀積于所述第一電極層上的光電變換半導(dǎo)體層，一個部分地淀積于所述光電變換半導(dǎo)體層上的保護層，一個淀積在所述光電變換半導(dǎo)體層和所述保護層上的光傳輸?shù)诙姌O層，和一個淀積于一個其中存在所述保護層的所述第二電極層上的第三電極層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的太陽能電池，其中，所述的光電變換半導(dǎo)體層是由一個PIN型非晶硅膜組成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的太陽能電池，其中，所述的第二電極層是由一個ITO膜組成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的太陽能電池，其中，所述的第一電極層是由一個鋁膜組成的。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的太陽能電池，其中，所述的第三電極層是由一個導(dǎo)電膏膜組成的，在該膜的粘合劑中有彌散的金屬顆粒。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽能電池，其中，所述的外部引出電極是由一個導(dǎo)電膏膜組成的，在該膜的粘合劑中有彌散的金屬顆粒。
15.一種太陽能電池包括一個第一電極層；一個淀積于所述第一電極層上的光電變換半導(dǎo)體層；一個部分地淀積于所述光電變換半導(dǎo)體層上的保護層；一個淀積于所述光電變換半導(dǎo)體層和所述保護層上的第二電極層；和一個淀積于一個其中存在所述保護層的所述第二電極層上的第三電極層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的太陽能電池，其中，所述的光電變換半導(dǎo)體層是由一個PIN型非單晶硅膜組成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的太陽能電池，其中，所述的第二電極層是由一個ITO膜組成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的太陽能電池，其中，所述的第一電極層是由一個鋁膜組成的。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的太陽能電池，其中，所述的第三電極層是由一個導(dǎo)電膏膜組成的，該膜含有彌散于粘合劑中的金屬顆粒。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的太陽能電池，其中，所述的外部引出電極是由一個導(dǎo)電膏膜組成的，該膜含有彌散于粘合劑中的金屬顆粒。
21.一種用于制作太陽能電池的方法，包括下述步驟淀積一個在基片上的第一電極層；淀積一個在所述第一電極層上淀積的光電變換半導(dǎo)體層；淀積一個在所述光電變換半導(dǎo)體層上部分地淀積的保護層；淀積一個在所述光電變換半導(dǎo)體層和所述保護層上淀積的第二電極層；和淀積一個在一個其中存在所述保護層的所述第二電極層上，淀積的第三電極層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的制作方法，其中，所述光電變換半導(dǎo)體層的淀積步驟是一個淀積一個PIN型非單晶硅膜的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的制作方法，其中，所述第二電極層的淀積步驟是一個淀積一個ITO膜的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的制作方法，其中，所述第一電極層的淀積步驟是一個淀積一個鋁膜的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的制作方法，其中，所述第三電極層的制作步驟是一個形成一個導(dǎo)電膏膜的步驟，該膜含有彌散于粘合劑中的金屬顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及所需形狀平面型太陽能電池。該太陽能電池包括多個由分隔該平面形成的光電轉(zhuǎn)換器件;多個用于把各個光電轉(zhuǎn)換器件互相串聯(lián)地連接的導(dǎo)電路徑,在多個光電變換器件附近提供導(dǎo)電路徑;和兩個在與光照射表面相對的表面上露出的引出電極,在串聯(lián)地連接的諸光電轉(zhuǎn)換器件的兩端的兩個光電轉(zhuǎn)換器件上,連接這兩個電極。
文檔編號G04C10/02GK1198253SQ97190957
公開日1998年11月4日 申請日期1997年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月24日
發(fā)明者西和夫, 細川誠, 磯部幸廣, 二宮英昭 申請人:Tdk株式會社, 株式會社半導(dǎo)體能源研究所