專利名稱：一種疊層太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種疊層太陽能電池，屬于薄膜太陽能電池制造領(lǐng)域。
技術(shù)背景非晶硅太陽能電池相對晶體硅太陽能電池或其它太陽能電池，對可見光有 較強(qiáng)的吸收，但其缺點(diǎn)是具有光致衰減效應(yīng)。為了減弱這種效應(yīng)，目前采用多 結(jié)疊層結(jié)構(gòu)，即是疊加兩層或多層光電轉(zhuǎn)換層，疊加的光電轉(zhuǎn)換層可以是相同 的材料，如都是非晶硅材料，或是不同的材料，如非晶硅一多晶硅、非晶硅一 摻雜鍺、碳或氟的非晶硅等，疊層結(jié)構(gòu)既提高了拓展了光譜吸收范圍，提高了 光吸收效率，而且還增加了太陽能電池的壽命，減弱了光致衰減效應(yīng)。 一般疊層電池采用PIN-PIN結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于將兩個子電池串聯(lián)起來，雖然這種電池能夠 提高轉(zhuǎn)換效率，減弱光致衰減效應(yīng)，但串聯(lián)的兩個子電池存在電流匹配問題。 目前，在生產(chǎn)工藝上，不論是同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)的太陽能電池，通過控制各子電 池的厚度使各子電池的電流接近匹配，但是在不同的光照強(qiáng)度、不同的光譜下， 太陽能電池的電流匹配狀態(tài)就會不同，使用時不能達(dá)到完全匹配。同時，兩個子電池串聯(lián)，會增大電池的開壓，但是在某些應(yīng)用中，例如太 陽能光伏幕墻，需要太陽能電池板提供相對較大的電流。目前應(yīng)用中，只能減 小柵節(jié)數(shù)目，增大每一柵節(jié)面積來實(shí)現(xiàn)，但是這樣會帶來太陽能電池板的"大 面積效應(yīng)"，即增大面積，就會減小轉(zhuǎn)換效率。美國專利US4948436 "Thin-film solar cell arrangement"公開了一種疊層太陽 能電池，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，此發(fā)明的設(shè)計(jì)方案是疊層電池采用并聯(lián)的方式， 而電池的節(jié)與節(jié)之間使用串聯(lián)的方式。疊層電池實(shí)現(xiàn)并聯(lián)是采用與傳統(tǒng)疊層不 同的沉積順序，其順序?yàn)榍半姌O2、 Pl層3、 11層4、 N層5， 12層6、 P2層7，背電極8，兩子電池共用N層。電池節(jié)與節(jié)之間通過激光刻槽的方式實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，在激光刻槽中分別做出前電極2和N層5的兩個臺階17、 19，將槽中除臺階部 分和后一節(jié)電池的背電極8之外的其余部分用絕緣材料20絕緣，并且用導(dǎo)電材 料21填充激光刻槽，采用這種方式，前一節(jié)電池的N層5，即電池的負(fù)極通過 導(dǎo)電材料21與后一節(jié)電池的前電極2和背電極8相連，從而實(shí)現(xiàn)電池節(jié)與節(jié)之 間的串聯(lián)。但這種方案要求在薄膜的一端覆蓋一層絕緣材料，并且必需保證露 出兩個臺階17、 19，其加工精度高，如果加寬激光刻槽，就會減少太陽能電池 的有效面積。 實(shí)用新型內(nèi)容由以上所述，本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有疊層電池中兩層子電池的電流 不匹配問題，并提供一種可以實(shí)現(xiàn)大電流、低電壓的太陽能電池。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是研究一種疊層太陽能電池，包含集成若干 個串聯(lián)在一起的光電單元，每個光電單元由絕緣襯底、前電極、中間透明導(dǎo)電 膜、光電轉(zhuǎn)換層、背電極組成，并包括相鄰光電單元之間正負(fù)電極的連接線； 所述每個光電單元至少有兩個相互并聯(lián)疊加的光電轉(zhuǎn)換層，中間透明導(dǎo)電膜夾 在兩個光電轉(zhuǎn)換層之間；前電極、中間透明導(dǎo)電膜、光電轉(zhuǎn)換層、背電極分別 設(shè)有相應(yīng)的溝道。作為一種優(yōu)選方案，所述光電轉(zhuǎn)換層由一個非晶硅P-I-N光電轉(zhuǎn)換層和一 個非晶硅N-I-P光電轉(zhuǎn)換層并聯(lián)疊加組成。作為又一種優(yōu)選方案，正負(fù)電極連接線由P-I-N光電轉(zhuǎn)換層的溝道內(nèi)填充 透明導(dǎo)電膜材料和N-I-P光電轉(zhuǎn)換層的溝道內(nèi)填充背電極材料構(gòu)成。進(jìn)一步優(yōu)選的方案是所述N-I-P光電轉(zhuǎn)換層的溝道位于P-I-N光電轉(zhuǎn)換層 的溝道的縱向正上方，寬度小于0.1mm。又一種優(yōu)選方案，背電極的隔離溝位于前電極的溝道的縱向正上方，寬度小于O.lmm。又一種優(yōu)選方案，光電轉(zhuǎn)換層的溝道與前電極的溝道之間的間距為0.1 0.3mm。又一種優(yōu)選方案，中間透明導(dǎo)電膜是由氧化鋅、氧化錫或ITO材料制成。 本實(shí)用新型的有益效果是避免了兩個子電池的電流不匹配問題，并且可以 在某些場合滿足大電流、低電壓的需求。此外，實(shí)用新型提供的疊層太陽能電 池與美國專利US4948436疊層太陽能電池相比，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且背電極的 隔離溝位于前電極的溝道的縱向正上方，有效地提高了太陽能電池的有效面積。

圖1是本實(shí)用新型的疊層太陽能電池的截面圖； 圖2是本實(shí)用新型疊層太陽能電池的正負(fù)極連接示意圖； 圖3是本實(shí)用新型所述太陽能電池結(jié)構(gòu)的等效電路圖； 圖4是美國專利US4948436公開的一種疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)圖。 圖1中，26為玻璃襯底；27為前電極；頂電池28為P-I-N非晶硅光電轉(zhuǎn)換 層；28-l為頂電池的P層；28-2為頂電池的1層；28-3為頂電池的N層；29為 中間透明導(dǎo)電膜；底電池30為N-I-P非晶硅光電轉(zhuǎn)換層；30-1為底電池的N層； 30-2為底電池的I層；30-3為底電池的P層；31為背電極；32為底電池的溝道；33為頂電池的溝道；34為前電極的溝道；35為背電極的溝道；36為中間透明 導(dǎo)電膜的溝道；37、 38為相鄰的兩節(jié)電池。結(jié)合圖2說明疊層太陽能電池的原理，首先太陽光由玻璃襯底26穿過透明 導(dǎo)電的前電極27，入射到頂電池，頂電池吸收部分光，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｇ半姌O與 頂電池的P層28-1相連，為頂電池的正極；透明導(dǎo)電膜29與頂電池N層28-2 相連，為頂電池的負(fù)極。沒有被頂電池吸收的部分太陽光，入射到底電池，底 電池的N層30-1與透明導(dǎo)電膜29相連，為底電池的負(fù)極，背電極31與底電池的P層30-3相連，為底電池的正極。兩個子電池的負(fù)極通過透明導(dǎo)電膜29相連， 正極通過溝道32、 33相連，從而實(shí)現(xiàn)兩個子電池并聯(lián)。前節(jié)電池37的負(fù)極與 后節(jié)電池38的正極相接，也就實(shí)現(xiàn)了節(jié)與節(jié)電池的串聯(lián)。圖4是美國專利US4948436的疊層太陽能電池截面圖，如圖4所示，美國 專利US4948436的疊層太陽能電池采用并聯(lián)的方式，而電池的節(jié)與節(jié)之間使用 串聯(lián)的方式。疊層電池實(shí)現(xiàn)并聯(lián)是采用與傳統(tǒng)疊層不同的沉積順序，其順序?yàn)?前電極2、 Pl層3、 II層4、 N層5， 12層6、 P2層7，背電極8，兩子電池共 用N層。電池節(jié)與節(jié)之間通過激光刻槽的方式實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，在激光刻槽中分別做 出前電極2和N層5的兩個臺階17、 19，將槽中除臺階部分和后一節(jié)電池的背 電極8之外的其余部分用絕緣材料20絕緣，并且用導(dǎo)電材料21填充激光刻槽， 采用這種方式，前一節(jié)電池的N層5，即電池的負(fù)極通過導(dǎo)電材料21與后一節(jié) 電池的前電極2和背電極8相連，從而實(shí)現(xiàn)電池節(jié)與節(jié)之間的串聯(lián)。 具體實(shí)施例如圖2所示，本實(shí)用新型提供的疊層太陽能電池，在垂直于方向，其結(jié)構(gòu) 為玻璃襯底26、前電極27、頂電池28、透明導(dǎo)電膜29、底電池30、背電極 31。采用這種結(jié)構(gòu)，使疊層電池的兩個子電池負(fù)極相連，并且正極通過兩個子 電池上的溝道32、 33相連，即達(dá)成了疊層電池的并聯(lián)。每個子電池的N層為負(fù) 極即兩個子電池的負(fù)極通過透明導(dǎo)電膜29相連，而前電極27、背電極31與每 個子電池的正極P層相連；前電極27通過溝道33與中間透明導(dǎo)膜29相連，背 電極31通過溝道32與中間透明導(dǎo)電膜29相連，這樣前一節(jié)電池的負(fù)極通過中 間透明導(dǎo)電膜29，與下一節(jié)電池的前電極27和背電極31相連，即與下一節(jié)電 池的正極相連，從而達(dá)成了節(jié)與節(jié)的串聯(lián)連接。結(jié)合圖2說明疊層太陽能電池的原理首先太陽光由玻璃襯底26穿過透明 導(dǎo)電膜前電極27，入射到頂電池，頂電池吸收部分光，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。前電極與頂電池的P層28-1相連，為頂電池的正極；中間透明導(dǎo)電膜29與頂電池N層 28-3相連，為頂電池的負(fù)極。沒有被頂電池吸收的部分太陽光，入射到底電池， 底電池的N層30-1與中間透明導(dǎo)電膜29相連，為底電池的負(fù)極，背電極31與 底電池的P層30-3相連，為底電池的正極。兩個子電池的負(fù)極通過透明導(dǎo)電膜 29相連，正極通過溝道32、 33相連，從而實(shí)現(xiàn)兩個子電池并聯(lián)。前節(jié)電池37 的負(fù)極與后節(jié)電池38的正極相接，也就實(shí)現(xiàn)了節(jié)與節(jié)電池的串聯(lián)。圖3為本實(shí)用新型疊層太陽能電池芯板的等效電路圖。如果將單節(jié)太陽能電 池看作是一個光電二極管，那么本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)相當(dāng)于將兩個光電二極管22、 23或24、 25并聯(lián)連接，然后再整體串聯(lián)在一起。本實(shí)用新型提供的疊層太陽能電池的生產(chǎn)工藝過程如下步驟一、用紅外光激光器刻劃出前電極27的溝道34;步驟二、使用CVD方法在前電極27上沉積頂電池28，即依次沉積頂電池 的P層28-1、 I層28-2、 N層28-3;步驟三、使用綠光激光器刻出頂電池的溝道33，寬度小于0.1mm;頂電池 的溝道33與前電極27的溝道34之間的距離為0.1 0.3mm;步驟四、使用濺射的方法制備一層中間透明導(dǎo)電膜29，同時采用掩膜線制 備中間透明導(dǎo)電膜29的溝道36;步驟五、再依次沉積底電池的N層30-1、 I層30-2、 P層30畫3;步驟六、利用綠光激光器刻劃底電池的溝道32，寬度小于0.1mm;步驟七、利用蒸鍍的方法制備背電極31，同時采用掩膜線制備背電極31的 溝道35。
權(quán)利要求1、一種疊層太陽能電池，包含集成若干個串聯(lián)在一起的光電單元，其特征在于每個光電單元由絕緣襯底、前電極、中間透明導(dǎo)電膜、光電轉(zhuǎn)換層、背電極組成，并包括相鄰光電單元之間正負(fù)電極的連接線；所述每個光電單元至少有兩個相互并聯(lián)疊加的光電轉(zhuǎn)換層，中間透明導(dǎo)電膜夾在兩個光電轉(zhuǎn)換層之間；前電極、中間透明導(dǎo)電膜、光電轉(zhuǎn)換層、背電極分別設(shè)有相應(yīng)的溝道。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層太陽能電池，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換層 由一個非晶硅P-I-N光電轉(zhuǎn)換層和一個非晶硅N-1-P光電轉(zhuǎn)換層并聯(lián)疊加組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層太陽能電池，其特征在于正負(fù)電極連接線 由P-I-N光電轉(zhuǎn)換層的溝道內(nèi)填充透明導(dǎo)電膜材料和N-I-P光電轉(zhuǎn)換層的溝道 內(nèi)填充背電極材料構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的疊層太陽能電池，其特征在于所述N-I-P光電 轉(zhuǎn)換層的溝道位于P-I-N光電轉(zhuǎn)換層的溝道的縱向正上方，寬度小于0.1mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層太陽能電池，其特征在于所述背電極的溝 道位于前電極的溝道的縱向正上方，寬度小于0.1mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層太陽能電池，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換層 的溝道與前電極的溝道之間的間距為0.1 0.3mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層太陽能電池，其特征在于所述中間透明導(dǎo) 電膜是由氧化鋅、氧化錫或ITO材料制成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種疊層太陽能電池，包含集成若干個串聯(lián)在一起的光電單元，每個光電單元由絕緣襯底、前電極、中間透明導(dǎo)電膜、光電轉(zhuǎn)換層、背電極組成，并包括相鄰光電單元之間正負(fù)電極的連接線；所述每個光電單元至少有兩個相互并聯(lián)疊加的光電轉(zhuǎn)換層，中間透明導(dǎo)電膜夾在兩個光電轉(zhuǎn)換層之間；前電極、中間透明導(dǎo)電膜、光電轉(zhuǎn)換層、背電極分別設(shè)有相應(yīng)的溝道。本實(shí)用新型解決了兩個子電池的電流不匹配問題，并且在某些場合可以滿足大電流、低電壓的需求。
文檔編號H01L31/042GK201126823SQ20072017272
公開日2008年10月1日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月25日
發(fā)明者徐祥福, 毅 李 申請人:毅 李