專利名稱：薄膜太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文涉及薄膜太陽能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
為解決能量問題一直在對現(xiàn)有化石燃料的替代能源進行各種研究。具體而言，這些研究致力于使用諸如風(fēng)能、原子能和太陽能等天然能源，以便代替預(yù)計將在數(shù)十年內(nèi)耗盡的石油能源。在各種替代能源中，太陽能電池一直受到特別關(guān)注，這是因為，作為由太陽能產(chǎn)生電能的電池，太陽能電池能夠從豐富的來源汲取能量，而不會造成環(huán)境污染。目前投入實際使用的采用單晶體硅的太陽能電池由于其較高的制造成本和安裝成本所致而尚未普及。目前正在積極進行薄膜太陽能電池的研究以解決該成本問題，特別是，使用非晶硅(a-Si:H)的薄膜太陽能電池作為以低成本制造大型太陽能電池的技術(shù)引起了極大的關(guān)注。薄膜太陽能電池可具有如下構(gòu)成在第一基板上依次形成的第一電極、吸收層和第二電極，并且為了改進效率進行紋飾處理，從而在第一電極的表面上形成大的凹凸。該紋飾處理是通過使用酸_堿溶液的化學(xué)蝕刻法進行的。不過，該紋飾處理的問題在于，無法自由調(diào)節(jié)凹凸的形狀，而且因第一電極表面的損害而導(dǎo)致電阻增大。

發(fā)明內(nèi)容
本文的實施方式提供了薄膜太陽能電池及其制造方法，其能夠改善薄膜太陽能電池的電特性。根據(jù)本文的一個示例性實施方式，提供一種薄膜太陽能電池，所述薄膜太陽能電池包括基板；設(shè)置在所述基板上并具有多個凹凸的無機層；設(shè)置在所述無機層上并具有多個第二凹凸的第一電極；設(shè)置在所述第一電極上的吸收層；和設(shè)置在所述吸收層上的第二電極。 根據(jù)本文的一個示例性實施方式，提供一種薄膜太陽能電池的制造方法，所述方法包括在基板上形成無機層；蝕刻所述無機層以形成多個第一凹凸；在所述無機層上形成第一電極以在所述第一電極的表面上形成多個第二凹凸；在所述第一電極上形成吸收層；和在所述吸收層上形成第二電極。根據(jù)本文的另一個實施方式，提供一種薄膜太陽能電池，所述薄膜太陽能電池包括具有多個第一凹凸的基板；設(shè)置在所述基板上并具有多個第二凹凸的無機層；設(shè)置在所述無機層上并具有多個第三凹凸的第一電極；設(shè)置在所述第一電極上的吸收層；和設(shè)置在所述吸收層上的第二電極。根據(jù)本文的另一個實施方式，提供一種薄膜太陽能電池的制造方法，所述方法包括蝕刻基板的表面以形成多個第一凹凸；在所述基板上形成無機層以在所述無機層的表面上形成多個第二凹凸；在所述無機層上形成第一電極以在所述第一電極的表面上形成多個第三凹凸；在所述第一電極上形成吸收層；和在所述吸收層上形成第二電極。


本發(fā)明中包括的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步的理解，將其結(jié)合于此構(gòu)成本說明書的一部分，它們說明了本發(fā)明的實施方式，并與說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。附圖中圖1是描述根據(jù)本文的第一實施方式的薄膜太陽能電池的圖示；圖2是描述圖1所示的薄膜太陽能電池中串聯(lián)連接的電池的圖示；圖3A 3D是按照工藝順序描述本文的第一實施方式的薄膜太陽能電池的制造方法的圖示；圖4是描述根據(jù)本文的第二實施方式的薄膜太陽能電池的圖示；圖5A 5E是按照工藝順序描述本文的第二實施方式的薄膜太陽能電池的制造方法的圖示；圖6是拍攝的根據(jù)比較例形成的第一電極的截面的SEM照片；圖7和8是拍攝的根據(jù)所述實施方式形成的第一電極的截面和表面的SEM照片；圖9是拍攝的當(dāng)無機層中形成的凹凸較淺時第一電極的截面和表面的SEM照片；圖10是拍攝的當(dāng)無機層中形成的凹凸較深時第一電極的截面和表面的SEM照片； 禾口圖11是描述無機層的凹槽中的顆粒的生長方向的圖示。
具體實施例方式下面將參考附圖詳細(xì)描述本文的實施方式。在整個說明書中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的要素。在以下說明中，當(dāng)對于與本文有關(guān)的公知的功能或結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述被確定為徒然使本發(fā)明的主旨含混時，將省略對其的詳細(xì)描述。圖1是描述根據(jù)本文的第一實施方式的薄膜太陽能電池的圖示。參考圖1，薄膜太陽能電池100包括基板110、設(shè)置在基板110上并具有多個第一凹凸125的無機層120、設(shè)置在無機層120上并具有多個第二凹凸135的第一電極130、設(shè)置在第一電極130上的吸收層140和設(shè)置在吸收層140上的第二電極150?；?10可使用玻璃或透明樹脂膜。所述玻璃可以是平板玻璃，包含具有高透明度和絕緣性質(zhì)的氧化硅(SiO2)、氧化鈉(Na2O)和氧化鈣(CaO)作為主要成分。無機層120是具有多個第一凹凸125的絕緣層，可由硅氮化物(SiNx)制成。無機層120設(shè)置在基板110上，并可以發(fā)揮作用以在設(shè)置于無機層120上的第一電極130上形成多個第二凹凸135。第一凹凸125的截面形狀可以為半球形，如附圖中所示。稍后沉積第一電極130時由于第一電極130的自紋飾(self-textured)步驟所致第一凹凸125有助于第二凹凸135 的形成。然而，第一凹凸125的截面形狀并不限于半球形，而可以是三角形或更多邊角的多角形。
另外，無機層120可具有3000A 6000A的厚度。此處，如果無機層120的厚度是 3000A以上，則通過蝕刻無機層120可以容易地形成第一凹凸125，并且可以防止 損害下方的基板110。此外，如果無機層120的厚度為6000A以下，可縮短沉積無機層120所耗費的時間并防止薄膜太陽能電池的厚度的增加。第一電極130可由透明的導(dǎo)電性氧化物或金屬制成。透明的導(dǎo)電性氧化物可使用選自由氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘(Cd2O3)和氧化銦錫(ITO)組成的組中的任一種，特別是可以使用氧化銦錫(ITO)。金屬可使用銀(Ag)或鋁(Al)。第一電極130可由以透明的導(dǎo)電性氧化物或金屬制成的單層形成，但并不限于此，也可以由透明的導(dǎo)電性氧化物和金屬的兩層或更多層的多層形成。第一電極130的表面具有多個第二凹凸135。第二凹凸135增大了第一電極130 的表面積，因此具有的有利之處在于使入射光產(chǎn)生散射，從而延長了光路。吸收層140可由非晶硅、CdTe或CIGS(CuInGaSe2)制成，并具有pin結(jié)構(gòu)。此處， 在吸收層140由作為實例的非晶硅制成的情況中，所述pin結(jié)構(gòu)可由P+非晶硅層/i (本征)非晶硅層/n+非晶硅層形成。此處，如果光入射于pin結(jié)構(gòu)，則硅薄膜層吸收光線而產(chǎn)生電子空穴對。生成的電子和空穴因Pin結(jié)構(gòu)中的ρ型和η型產(chǎn)生的內(nèi)建電勢而分別移向ρ型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體。在該實施方式中，吸收層140顯示為單層，但吸收層140可以由ρ+非晶硅層/i (本征)硅層/n+非晶硅層形成。類似第一電極130，第二電極150可由透明的導(dǎo)電性氧化物或金屬制成。透明的導(dǎo)電性氧化物可使用氧化銦錫(ITO)、氧化錫(SnO2)或氧化鋅(ZnO)，特別是可以使用氧化銦錫(ITO)。金屬可使用銀(Ag)或鋁(Al)。第二電極150可由以透明的導(dǎo)電性氧化物或金屬制成的單層形成，但并不限于此，也可以是由透明的導(dǎo)電性氧化物和金屬的兩層或更多層的多層形成。根據(jù)本文的實施方式的薄膜太陽能電池100包括多個電池，每一個電池具有圖1 中所示的結(jié)構(gòu)。圖2顯示了其中對第一電極130施加正電壓(+)，對第二電極150施加負(fù)電壓㈠的一個實例。將各電池串聯(lián)連接。例如，第一個電池的第二電極150與第二個電池的第一電極130連接，第二個電池的第二電極150與第三個電池的第一電極130連接。在各電池之間移除吸收層140和第二電極150。為了使相鄰的電池絕緣，在相鄰電池之間移除第一電極130的一部分，使吸收層140存在于移除的部分中。下面將描述根據(jù)本文的第一實施方式的薄膜太陽能電池的制造方法。圖3A 3D是按照工藝順序描述本文的第一實施方式的薄膜太陽能電池的制造方法的圖示。以下將省略與上述說明重復(fù)的說明。圖3A中，首先在基板210上設(shè)置無機層220。如上所述，無機層220可通過使用化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積硅氮化物(SiNx)而形成。此時，無機層220具有的厚度為 3000A 6000A。此后，對基板210上形成的無機層220的表面進行蝕刻以形成多個第一凹凸225。 此處，第一凹凸225可使用濕式蝕刻或干式蝕刻形成。此時，調(diào)節(jié)第一凹凸225的深度以致不會損害設(shè)置在無機層220之下的基板210。接下來，在圖3B中，在設(shè)置有第一凹凸225的基板210上形成第一電極230。
具體而言，如果在無機層220上使用濺射法沉積諸如ITO等透明的導(dǎo)電性材料，則 ITO的結(jié)晶性因下方的第一凹凸225所致而得到改善，并在沉積過程中經(jīng)歷自紋飾步驟。此處，當(dāng)無機材料由第一凹凸225上存在的晶種結(jié)晶時無機層220的表面不均勻地突出。因此，第一電極230的自紋飾步驟導(dǎo)致在第一電極230的表面上形成第二凹凸235。第二凹凸235可具有不規(guī)則突出的形狀，第二凹凸235中的每一個的高度可以為任意高度。圖3C中，使第一電極230圖案化。此時，可使用光致抗蝕劑法、噴砂法、激光劃片法等使第一電極230圖案化。此處，第一電極230可由第一圖案線237劃分。然后，在完成圖案化的第一電極230上形成吸收層240。吸收層240可使用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積。隨后，使吸收層240圖案化。此時，通過蝕刻法在第一電極230與第一圖案線237 間隔開的區(qū)域中除去吸收層240。此處，可使用光致抗蝕劑法、噴砂法、激光劃片法等使吸收層240圖案化。因此，吸收層240可由第二圖案線245劃分。接下來，在圖3D中，在設(shè)置有完成圖案化的吸收層240的基板210上形成第二電極 250。第二電極250可由與第一電極230的材料相同的材料制成。為電絕緣起見，使基板210上形成的吸收層240和第二電極250圖案化。此時，通過蝕刻第二電極250的部分除去與上述的第一圖案線237和第二圖案線 245間隔開的區(qū)域，由此使得所述區(qū)域通過第三圖案線255而電絕緣。如上所述，能夠制得根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的薄膜太陽能電池。如此，有利之處在于，由于形成了具有多個第一凹凸的無機層，因而在沉積在無機層上的第一電極的表面上可形成多個第二凹凸。因此，可以代替現(xiàn)有技術(shù)中使用酸堿溶液在第一電極上形成凹凸的工藝。因此，有利之處在于，可以容易地在第一電極的表面上形成凹凸并防止由于第一電極表面的損害導(dǎo)致的電特性的劣化。圖4是描述根據(jù)本文的第二實施方式的薄膜太陽能電池的圖示。參考圖4，薄膜太陽能電池300包括具有多個第一凹凸315的基板310、設(shè)置在基板310上并具有多個第二凹凸325的無機層320、設(shè)置在無機層320上并具有多個第三凹凸 335的第一電極330、設(shè)置在第一電極330上的吸收層340和設(shè)置在吸收層340上的第二電極 350?；?10可使用玻璃或透明樹脂膜。所述玻璃可以是平板玻璃，包含具有高透明度和絕緣性質(zhì)的氧化硅(SiO2)、氧化鈉(Na2O)和氧化鈣(CaO)作為主要成分?；?10位于最低部分，并可以發(fā)揮作用以分別在設(shè)置于基板310上的無機層320 上和第一電極330上形成多個第二凹凸325和第三凹凸335。

第一凹凸315的截面形狀可以為半球形，如附圖中所示。當(dāng)稍后沉積無機層320 時，因為無機層320是在具有第一凹凸315的基板310的覆蓋步驟之后形成的，第一凹凸 315有助于在無機層320上形成第二凹凸325。不過，第一凹凸315的截面形狀并不限于半球形，而可以是三角形或更多邊角的多角形。無機層320是具有多個第二凹凸325的絕緣層，并可由硅氮化物(SiNx)制成。無機層320的第二凹凸325是 在具有多個第一凹凸315的基板310的覆蓋步驟之后形成的， 因此可具有與第一凹凸315相同的形狀。另外，無機層320以與上述的第一實施方式相同的方式可具有3000A 6000A的厚度。第一電極330可由與上述第一實施方式中的材料相同的材料制成。第一電極330 可由以透明的導(dǎo)電性氧化物或金屬制成的單層形成，但并不限于此，也可以由透明的導(dǎo)電性氧化物和金屬的兩層或更多層的多層形成。第一電極330的表面設(shè)置有多個第三凹凸335。第三凹凸335增大了第一電極330 的表面積，因而具有的有利之處在于使入射光產(chǎn)生散射，從而延長了光路。吸收層340可由與第一實施方式中的材料相同的材料制成。另外，第二電極350 可由與第一實施方式中的材料相同的材料制成。下面將描述根據(jù)本文的第二實施方式的薄膜太陽能電池的制造方法。圖5A 5E是按照工藝順序描述本文的第二實施方式的薄膜太陽能電池的制造方法的圖示。以下將省略與上述說明重復(fù)的說明。參考圖5A，首先蝕刻基材410的表面以形成多個第一凹凸415。此處，第一凹凸 415可使用濕式蝕刻或干式蝕刻形成。此時，調(diào)節(jié)第一凹凸415的深度以致不會降低基板 410的耐久性。圖5B中，在具有第一凹凸415的基板410上沉積無機層420。如上所述，無機層 420可通過使用化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積硅氮化物(SiNx)而形成。此時，無機層420具有的厚度為3000A 6000A。由此，無機層420在具有第一凹凸415的基板410的覆蓋步驟之后形成，從而在無機層420上形成多個第二凹凸425。接下來，在圖5C中，在設(shè)置有第二凹凸425的基板410上形成第一電極430。具體而言，如果在無機層420上使用濺射法沉積諸如ITO等透明的導(dǎo)電性材料，則 ITO的結(jié)晶性因下方的第二凹凸425所致而得到改善，并在沉積過程中經(jīng)歷自紋飾步驟。因而，第一電極430的自紋飾步驟導(dǎo)致在第一電極430的表面上形成第三凹凸435。第三凹凸435可具有不規(guī)則突出的形狀，第三凹凸435中的每一個的高度可以為任意高度。圖5D中，使第一電極430圖案化以形成第一圖案線437，由此使第一電極430相互隔開。隨后，在完成圖案化的第一電極430上形成吸收層440并使其圖案化，由此形成第二圖案線445，以使吸收層440相互隔開。接著，在圖5E中，在設(shè)置有完成圖案化的吸收層440的基板410上形成第二電極 450。第二電極450可由與第一電極430的材料相同的材料制成。為電絕緣起見，使基板 410上形成的吸收層440和第二電極450圖案化。此時，通過蝕刻第二電極450的部分除去與上述的第一圖案線437和第二圖案線445間隔開的區(qū)域，由此使得所述區(qū)域通過第三圖案線455而電絕緣。如上所述，能夠制得根據(jù)本文的第二實施方式的薄膜太陽能電池。如此，第二實施方式的有利之處在于，因為形成了位于第一電極之下并具有多個第一凹凸的基板，所以在沉積于基板和無機層上的第一電極的表面上能夠形成多個第三凹凸。因此，可以代替現(xiàn)有技術(shù)中使用酸堿溶液在第一電極上形成凹凸的過程工藝。

因此，有利之處在于，可以容易地在第一電極的表面上形成凹凸并防止由于第一電極表面的損害導(dǎo)致的電特性的劣化。為了容易理解本發(fā)明，描述了一個實施例。然而，以下實施例僅是本發(fā)明的一個實例，本發(fā)明不限于該實施例。
實施例在玻璃基板上形成厚度為3000A的硅氮化物，并使用濕式蝕刻在硅氮化物上形成多個凹凸。另外，在硅氮化物上濺射摻雜鎵的氧化鋅，以形成厚度為1000A的第一電極。比較例在與上述的實施例相同的處理條件下形成第一電極，不同之處在于在硅氮化物上不形成凹凸。圖6是拍攝的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的比較例形成的第一電極的截面的SEM照片，圖7和 8是拍攝的根據(jù)本文的實施方式形成的第一電極的截面和表面的SEM照片。在圖6 8中，可以看出根據(jù)比較例形成的第一電極的表面是平整的，而根據(jù)實施例形成的第一電極的表面具有多個凹凸。如此，在根據(jù)本文的薄膜太陽能電池及其制造方法中，通過在位于第一電極下的基板或無機層上形成凹凸，可以在第一電極上形成凹凸，而無需在第一電極的表面上直接形成凹凸。因此，有利之處在于可以容易地在第一電極的表面上形成凹凸并防止損害第一電極的表面，從而改善了薄膜太陽能電池的電極特性。圖9 11是描述第一電極230的晶體結(jié)構(gòu)的圖示，該結(jié)構(gòu)隨著無機層220的圖案化程度而變。如圖9所示，當(dāng)無機層220未圖案化時，或由于無機層220未以所需深度進行圖案化而使得無機層220近似光滑時，第一電極材料沉積在無機層220上，這導(dǎo)致形成了具有極小顆粒的晶種層，類似部分a。在該情況中，顆粒更多地在垂直方向而非在水平方向上生長， 并且連續(xù)生長導(dǎo)致體積以柱狀結(jié)構(gòu)增大。因此，在第一電極230中的晶種層上的部分b中形成的晶面的尺寸相對較小。晶面的平面主要在側(cè)向生長速度占優(yōu)的氛圍下產(chǎn)生。如同圖10中所示的情況，當(dāng)無機層220以所需深度和形狀充分圖案化時，可以確認(rèn)部分a中的晶種層的生長方向異于圖9中所示的情況。在第一電極230沉積的初始狀態(tài)下，晶種層的細(xì)顆粒沿斜線方向朝向無機層220的凹槽的中心生長，如圖11所示，然后在凹槽的中心匯合，由此限制為c軸生長。從此時起，由于水平生長占優(yōu)因此顆粒沿晶體結(jié)構(gòu)的側(cè)向方向生長，且相應(yīng)地顆粒的尺寸變大以致晶面的尺寸顯著增大。因為限制了第一電極230的厚度，則如果凹槽的尺寸過大，那么在獲得第一電極表面的凹凸之前凹槽未被填充。此外，由圖11可以看出，如果無機層220的凹槽的尺寸過小，則不能充分獲得顆粒的側(cè)向生長。通過延長第一電極材料的沉積時間并提高第一電極材料的沉積溫度可將晶面的尺寸調(diào)節(jié)成更大。如上所述，在根據(jù)本文的薄膜太陽能電池及其制造方法中，通過在位于第一電極之下的基板或無機層上形成凹凸，可以在第一電極上形成凹凸，而無需在第一電極的表面上直接形成凹凸。結(jié)果，可以容易地在第一電極的表面上形成凹凸并防止損害第一電極的表面，從而改善了薄膜太陽能電池的電極特性。
盡管本發(fā)明的實施方式已經(jīng)通過參考其眾多的描述性實施方式進行說明，不過應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計將落入本公開內(nèi)容原理的精神和范圍之內(nèi)的許多其它的改進和實施方式。更具體而言，各種變化和改進在本公開內(nèi)容、附圖和所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)的主題組合排列的構(gòu)成部分和/或排列方面是可能的。除了構(gòu)成部分和/或排列方面的變化和改進，替換性應(yīng)用對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說也將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種薄膜太陽能電池，所述薄膜太陽能電池包括 基板；設(shè)置在所述基板上并具有多個凹凸的無機層； 設(shè)置在所述無機層上并具有多個第二凹凸的第一電極； 設(shè)置在所述第一電極上的吸收層；和設(shè)置在所述吸收層上的第二電極。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其中，所述第一凹凸的截面形狀為半球形。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其中，所述無機層由硅氮化物制成。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其中，所述無機層具有的厚度為 3000A 6000A。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池，其中，所述第二凹凸具有不規(guī)則突出的形狀。
6.一種薄膜太陽能電池的制造方法，所述方法包括 在基板上形成無機層；蝕刻所述無機層以形成多個第一凹凸；在所述無機層上形成第一電極以在所述第一電極的表面上形成多個第二凹凸； 在所述第一電極上形成吸收層；和在所述吸收層上形成第二電極。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在于所述無機層上形成所述第一電極的步驟中，當(dāng)將所述第一電極沉積在具有所述多個第一凹凸的所述無機層上時，所述第一電極的表面進行自紋飾，因而形成了所述多個第二凹凸。
8.一種薄膜太陽能電池，所述薄膜太陽能電池包括 具有多個第一凹凸的基板；設(shè)置在所述基板上并具有多個第二凹凸的無機層； 設(shè)置在所述無機層上并具有多個第三凹凸的第一電極； 設(shè)置在所述第一電極上的吸收層；和設(shè)置在所述吸收層上的第二電極。
9.如權(quán)利要求8所述的薄膜太陽能電池，其中，所述多個第二凹凸按照所述多個第一凹凸的形狀形成。
10.如權(quán)利要求8所述的薄膜太陽能電池，其中，所述第二凹凸的截面形狀為半球形。
11.如權(quán)利要求8所述的薄膜太陽能電池，其中，所述無機層由硅氮化物制成。
12.如權(quán)利要求8所述的薄膜太陽能電池，其中，所述無機層具有的厚度為 3000A 6000A。
13.如權(quán)利要求8所述的薄膜太陽能電池，其中，所述第三凹凸具有不規(guī)則突出的形狀。
14.一種薄膜太陽能電池的制造方法，所述方法包括 蝕刻基板的表面以形成多個第一凹凸；在所述基板上形成無機層以在所述無機層的表面上形成多個第二凹凸； 在所述無機層上形成第一電極以在所述第一電極的表面上形成多個第三凹凸； 在所述第一電極上形成吸收層；和在所述吸收層上形成第二電極。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，在于所述無機層上形成所述第一電極的步驟中， 當(dāng)將所述第一電極沉積在具有所述多個第二凹凸的所述無機層上時，所述第一電極的表面進行自紋飾，因而形成了所述多個第三凹凸。
全文摘要
本發(fā)明涉及薄膜太陽能電池及其制造方法。所述薄膜太陽能電池包括基板、設(shè)置在所述基板上并具有多個凹凸的無機層、設(shè)置在所述無機層上并具有多個第二凹凸的第一電極、設(shè)置在所述第一電極上的吸收層和設(shè)置在所述吸收層上的第二電極。
文檔編號H01L31/18GK102376786SQ201010597880
公開日2012年3月14日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者樸成基, 李美智, 林定植, 金敏澈, 金海烈 申請人:樂金顯示有限公司