薄膜硅光伏器件及其制造方法和背电极以及光伏组件的制作方法

专利名称：薄膜硅光伏器件及其制造方法和背电极以及光伏组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能光伏器件的领域，并且具体涉及一种薄膜硅光伏器件 及其制造方法、用于该薄膜硅光伏器件的背电极、以及由多个薄膜硅光伏器 件组成的光伏组件。
背景技术：
太阳能是可再生能源以及不产生任何环境污染的清洁能源。太阳能光电 (光伏)电池是近年来的热门研究领域之一，并且已经形成了备受瞩目的新兴产 业。太阳能电池主要是以半导体材料为基础制造的，其工作原理是利用光电 材料吸收光能后产生光电子的光电转换反应。可以将不同的材料用于太阳能
电池，所述材料包括晶体硅、诸如砷化镓的m-v族化合物、诸如硫化镉和铜 铟硒的晶体薄膜化合物、高分子材料、染料敏化的纳米晶体材料等等。 一般
地，对于用来制造太阳能电池的材料的要求是1、该材料的能带隙(禁带)不 能太宽；2、该材料应当有较高的光电转换效率；3、该材料本身及其生产对 环境不造成污染；4、该材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上要求， 晶体硅成为理想的太阳能电池材料，因而目前市场上的太阳能电池主要使用 晶体硅材料。但是，高纯度和低缺陷的晶体硅的生产非常困难，并且由于单 晶硅及多晶硅原材料供不应求并且电池生产工艺相当繁瑣，因此晶体硅光伏 组件的生产成本很高。此外，在晶体硅及其光伏器件的高温制造过程中要消 耗大量能源，这也不利于环境保护。
随着近三十年来新材料和相关光伏技术的发展，以其它材料为基础的太 阳能电池正显示出诱人的前景。为了节省高质量硅材料，对薄膜太阳能电池 进行了大量研究开发，并且提出了以氢化非晶硅(a-Si)和氢化纳米硅为基础的 薄膜硅太阳能电池。薄膜硅材料通常利用某种化学气相沉积法(CVD)形成， 例如辉光放电，即等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)。薄膜硅光伏模板 (组件)的最大市场优势是其不可比拟的低成本和大规模生产过程，这是因为在 大面积廉价基板(衬底)上沉积的光电转换器件的单位成本随生产量的提高而降低。施加于镀在同 一玻璃基板上的不同薄膜的激光划线成型工艺使多个太 阳能电池单元在薄膜沉积过程中直接形成内联集成式的大面积光伏模板，从 而减少了加工步骤并且改善了产品的可靠性。在制造过程中的较低温度允许 将包括价格低廉的柔性塑料的多种材料用作基板。另外，这种光伏模板的原 材料充足易得，且不具有对人体或环境有害的物质。薄膜硅光伏器件的特点 是电压高，充电性能好，弱光性能好，在高温下能保持较高的输出功率，并 且易于做成具有所需透光度的部分透明或透视型的大面积光伏模板，从而相 对于晶体硅电池具有更高的性价比。
背电极对于薄膜硅太阳能电池，尤其是大面积光伏模板的高光电转换率 和可靠性至关重要。薄膜光伏器件的高效捕光能力对于有效地捕获弱吸收光 并且把未被吸收的长波长光反射回光伏器件是必不可缺的。被反射的光再次 进入硅吸收层以增加其被吸收的机率，从而增加光伏器件的光电流。在过去 的实验中，银(Ag)最先被独立地用作基于非晶硅的太阳能电池或者模板的反 光背电极。然而，用于非晶硅或纳米硅电池中的银膜的反射率比预期的低， 部分原因是银和硅的混合导致了质量较差的银/硅界面，使得光折射系数在该 界面没有急剧地改变。银膜直接与硅膜接触，使得银表面的量子化等离子体 振动所致的光吸收损耗明显提高。更重要的是，由于与银相关的分流短路和
太阳能电池的不稳定性，不能将纯4艮接触层应用于薄膜硅光伏器件的制造。 此外，还尝试了将由诸如铝(A1)、铜(Cu)和铬(Cr)的其它单一金属制成的背接 触层应用于a-Si薄膜太阳能电池，但是这种背接触层的光反射率远低于银 (Ag),从而导致太阳能电池的低功率。
考虑到上述问题，目前在实验室中获得的效率最高的薄膜硅太阳能电池 都使用透明导电氧化物(TCO)氧化锌和银双层薄膜(ZnO/Ag)作为光反射性好 且导电率高的背电极。
然而，ZnO/Ag的组合存在严重的问题。第一，当薄膜硅电池的硅层较薄 时，低电阻所要求的足够厚的银膜会导致在电池的许多区域中出现明显的分 流短路(shunt)，使得能量转化率降低并且光伏模块的成品率低。随着时间的 推移，分流短路的现泉往往变得更严重，并且这一问题在大面积模板的生产 中尤其严重。第二，将较厚的银膜用作背电极使得光伏模板的稳定性明显下 降，这是因为是银原子在电场影响下被温度激活而迁移，使得银沿着结构缺 陷扩散到硅膜中。第三，银膜在接触含水分的空气时的不稳定性使得其光反射率在数月或更久之后明显降低，这导致光伏模板发电能力及寿命的损失。 第四，由于银是贵金属，因此使用较厚的银膜导致生产成本较高。
由于人们发现即使对于小面积的光伏电池来说，ZnO/Ag也比ZnO/Al(铝) 或ZnO/Cu(铜)更明显地受分流缺陷的影响，因此目前的薄膜硅光伏电池普遍 采用ZnO/Al背电极。与ZnO/Ag不同，由ZnO/Al制成的背电极不仅不易导 致分流，而且即使产生分流问题也容易通过例如所谓的"分流排除"程序来 解决该问题。但是，ZnO/Al背电极虽然非常可靠，但是和ZnO/Ag相比，它 的反光性能差得多，即，其光电转换效率不令人满意。
此外，无论是ZnO/Ag还是ZnO/Al背接触层， 一个重要的挑战是使用低 成本、可靠的生产设备和工艺高速地获得大面积、均匀、可重复沉积的高质 量ZnO薄膜。沉积的ZnO通常掺杂有原子浓度为1。/。-3。/。的铝(ZnO:Al)，并且 其厚度最好接近80-120纳米。对于包含ZnO/Ag (或ZnO/Al)背接触层的高性 能薄膜硅光伏器件，ZnO:Al的光透射率和导电性必须同时优良。目前，在薄 膜硅光伏器件的生产中有两种已被实践证明的ZnO:Al的沉积方法。 一种低成 本高产量的方法是低气压C VD(LPC VD)或称为有机金属化学气相沉积 (MOCVD),然而这种方法在大的面积上^:难控制ZnO:Al沉积的均匀性和可 重复性。另一种更普遍的ZnO:Al沉积方法是连续式(在线)磁控溅射法。这种 方法通过使用陶瓷靶而可以得到均匀且可重复的大面积ZnO:Al薄膜，但是其 缺点是设备成本高、靶材制造复杂、沉积率低(即，产量低)，并且基板应被 加热至较高温度(例如100°C-200°C之间)，使得可以高速运转的磁控溅射设备 和其操作非常复杂。
一个更为严重的问题是在p-i-n型a-Si光伏电池中n层硅薄膜与ZnO之 间的电接触阻抗。由于ZnO:Al薄膜只有中等导电率，而且最初沉积的ZnO 薄膜(与硅薄膜的接触层)通常具有更高的阻抗，因此造成了光伏器件的能量损
失。此外，对于光伏模板的生产，ZnO薄膜(背电极)与相邻电池的前电极相 接触以实现所有光伏电池之间的统一内联结合，在这种情况下，ZnO薄膜与 前电极之间的接触电阻会大幅降低光伏模板的输出功率和稳定性。相比之下， 使用金属背电极直接连接到前电极的效果更好。
为了减少银层(膜)导致的分流短路，人们尝试在使用包含ZnO/Ag的背接 触层时采取非常薄的银层。例如，提出了由ZnO/Ag/Al组成的三层结构，其 中银膜的厚度低于40纳米以提供高光反射率，并且使用一个比银膜厚得多的
6铝层(如120纳米)来进行电传导并且与作为外接电引线的铝箔连接。然而，特 别是在适中温度(例如130。C-200。C)的热处理时，银膜和铝膜很容易由于扩散 而互相混合。因此，4艮膜的光反射率往往被降低。此外，如上所述，ZnO的 沉积是一个非常难的低产量过程。要沉积ZnO、 Ag和Al三种薄膜，必须使 用昂贵、大型且复杂的薄膜镀膜设备，例如在线连续式磁控溅射设备。
因此，需要一种具有高光反射率和导电性并且稳定可靠从而不影响大面 积薄膜硅电池的成品率的背电极以及使用该背电极的光伏器件，该背电极和
光伏器件的工业化生产简单、高速、易于控制且成本较低。

发明内容
考虑到上述问题而做出了本发明。本发明的一个目的是提供一种适用于 薄膜硅光伏器件的新型反光背电极以及使用该背电极的薄膜硅光伏器件，其 具有良好的光电转换效率及长期稳定性。
本发明的另一目的是提供一种制造薄膜硅光伏器件的方法，其能够简化 具有高光电转换效率的、基于氬化硅薄膜的光伏器件的生产过程，并且降低 该光伏器件的生产成本以达到更高的性价比。
本发明的另 一 目的是提供一种使用由所述薄膜硅光伏器件组成的光伏组件。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种薄膜硅光伏器 件，其具有层状结构，该层状结构依次包括基板；透明导电的前电极；一 个或多个p-i-n型光伏单元，每个p-i-n型光伏单元由基于氢化硅的p型、本 征i型和n型半导体薄膜组成；背电极，该背电极包含依次重叠的银膜、镍 膜和铝膜，所述银膜位于所述背电极的、与所述p-i-n型光伏单元相邻的一侧， 并且所述镍膜由镍或镍含量高于60%的镍合金制成。
所述^l艮膜可以和所述一个或多个p-i-n型光伏单元中与所述背电极相邻的 一个p-i-n型光伏单元的n型半导体薄膜直接接触。
所述银膜可以具有介于10-30纳米之间、优选为介于20-25纳米之间的厚 度，所述镍膜可以具有介于10-80纳米之间、优选为介于20-30纳米之间的厚 度，所述铝膜可以具有介于60-250纳米之间、优选为介于100-150纳米之间 的厚度。
所述背电极还可以包含位于镍膜与铝膜之间的一个或多个厚度不超过100纳米的其它金属薄膜，所述其它金属包括金、柏、铜、钒、铬、钛或者 它们中的一种或多种的合金。
可以在同 一 台连续式磁控溅射设备中，通过使用相应的耙子依序沉积所 述银膜、镍膜和铝膜，从而沉积所述背电极。
根据本发明的另一方面，提供了一种光伏组件，其包括多个被串联或并 联连接的上述薄膜硅光伏器件。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造薄膜硅光伏器件的方法，包括
以下步骤将透明导电的前电极镀在基板上；在前电极上沉积一个或多个p-i-n 型光伏单元，每个p-i-n型光伏单元由基于氢化硅的p型、本征i型和n型半导体 薄膜组成；在最后沉积的一个p-i-n型光伏单元的n型半导体薄膜上沉积背电 极，其中，所述背电极包含依次重叠的银膜、镍膜和铝膜，所述银膜位于所 述背电极的、与所述最后沉积的一个p-i-n型光伏单元相邻的一侧，并且所述 镍膜由镍或镍含量高于60%的镍合金制成。
所述银膜可以被直接沉积在所述最后沉积的 一个p-i-n型光伏单元的n型 半导体薄膜上。
所述4艮膜可以具有介于10-30纳米之间、优选为介于20-25纳米之间的厚 度，所述镍膜可以具有介于10-80纳米之间、优选为介于20-30纳米之间的厚 度，所述铝膜可以具有介于60-250纳米之间、优选为介于100-150纳米之间 的厚度。
可以在同一台连续式磁控'减射设备中，通过使用相应的耙子依序沉积所 述银膜、镍膜和铝膜，从而沉积所述背电极。
所述背电极还可以包含位于镍膜与铝膜之间的一个或多个厚度不超过 100纳米的其它金属薄膜，所述其它金属包括金、钿、铜、钒、铬、钛或者它 们中的一种或多种的合金。
根据本发明的再一方面，提供了一种用于薄膜硅光伏器件的背电极，该 背电极具有层状结构，该层状结构包括依次重叠的银膜、镍膜和铝膜，并且 所述镍膜由镍或镍含量高于60%的镍合金制成。
所述银膜可以具有介于10-30纳米之间、优选为介于20-25纳米之间的 厚度，所述镍膜可以具有介于10-80纳米之间、优选为介于20-30纳米之间的 厚度，所述铝膜可以具有介于60-250纳米之间、优选为介于100-150纳米之 间的厚度。可以在同 一 台连续式磁控'践射设备中，通过使用相应的耙子依序沉积所 述银膜、镍膜和铝膜，从而沉积所述背电极。
所述背电极还可以包含位于镍膜与铝膜之间的一个或多个厚度不超过 100纳米的其它金属薄膜，所述其它金属包括金、鉑、铜、钒、铬、钛或者 它们中的一种或多种的合金。
与传统的薄膜硅光伏器件的背电极相比，本发明的背电极不包含诸如
ZnO的任何TCO薄膜，避免了复杂的TCO沉积工艺，从而使得背电极的生 产更简单并且成品率更高。此外，作为由透明导电氧化物TCO与银或铝构成 的光伏器件中常规的复合式双层背电极(例如ZnO/Ag或ZnO/Al)的替代，本 发明的背电极使用由依次重叠的银膜、镍膜和铝膜形成的层状结构，从而在
流和不稳定性。


通过结合附图对本发明的实施例进行详细描述，本发明的上述和其它目 的、特征、优点将会变得更加清楚，在附图中
图1是示意性地示出根据本发明的薄膜硅光伏器件的结构的图； 图2是示出根据本发明的制造薄膜硅光伏器件的方法的流程图。 附图不是按比例绘制的，为了清楚起见，夸大了某些特征的尺寸。
具体实施例方式
下面将参照附图来详细描述本发明的优选实施例，在附图中，相同的参 考标号自始至终表示相同的元件。应当理解这里描述的实施例仅仅是说明 性的，而不应被解释为限制本发明的范围。
根据本发明的背电极的提出基于以下重要事实。银和镍是相匹配的金属 材料，在银薄膜与镍薄膜之间不会由于银原子和镍原子的扩散而显著影响背 电极的光学和/或导电特性。相比之下，在传统的背电极中，银和铝(Ag/Al) 薄膜之间会产生严重的互相扩散，从而导致背电极的光电性能变差。此外，
镍具有良好的导电性和化学稳定性、以及在空气中的持久性和对氧化的不活 泼性，因此，可以例如通过沉积来在薄的银膜和厚的铝膜之间添加薄的镍膜， 以便在银和铝之间提供保护隔离层或緩冲层。所添加的镍膜可以很好地保护薄的银膜，使得银的光反射率不会由于外部湿气的侵蚀而下降。而且，镍膜
与银膜及铝膜兼容。在适度的高温(例如，室温-200。C)下，在镍膜和银膜之间 以及在镍膜和铝膜之间不会由于扩散而出现混合中间层，因而银膜的光反射 率不会因为与镍或铝的混合而下降。
下面，参照图1来描述根据本发明的薄膜硅光伏器件。图l是示意性地 示出根据本发明的薄膜硅光伏器件的结构的图。
如图l所示，根据本发明的薄膜硅光伏器件IOO具有层状结构。在这里， 为了便于说明，假设光从上方入射。沿着光的入射方向(即，从上到下)，薄膜 硅光伏器件IOO依次包含基板或盖板101，其通常为玻璃平板；透明导电 的前电才及102，其通常为透明导电氧化物(TCO),例如Sn02或ZnO; p-i-n型 光伏单元103，其由基于氢化硅的p型、本征i型和n型半导体薄膜组成；以 及反光背电极，该反光背电极包含从上到下依次重叠的三层金属薄膜，即， 银膜104、 4臬膜105和铝膜106。优选地，4艮膜104、镍膜105和铝膜106依 次紧密接触，并且4艮膜104与光伏单元103的n型半导体薄膜(n层)直接接触。 银膜104、镍膜105和铝膜106的厚度可以根据设计需要来确定。优选地， 银膜104的厚度介于10-30纳米之间，镍膜105的厚度介于10-80纳米之间， 铝膜106的厚度介于60-250纳米之间。更优选地，^L膜104的厚度介于20-25 纳米之间，镍膜105的厚度介于20-30纳米之间，铝膜106的厚度介于100-150 纳米之间。
应当注意，尽管在图1中^U又示出了一个p-i-n型光伏单元，但这并不是 限制性的，而是也可以存在多个p-i-n型光伏单元。换言之，本发明的Ag/Ni/Al 背电极不仅可被应用于具有一个p-i-n型光伏单元的单结太阳能电池，还可以 被应用于具有多个依次重叠的p-i-n型光伏单元的多结太阳能电池(或称为叠 层太阳能电池)。在后一情况下，背电极的4艮膜104与所述多个p-i-n型光伏 单元中与背电极相邻的一个p-i-n型光伏单元的n型半导体薄膜直接接触。
此外，上文描述了根据本发明的具有Ag/Ni/Al三层结构的背电极和使用 该背电极的光伏器件，然而，本发明不限于此。实际上，可以在不背离本发 明的精神和范围的情况下对上述背电极和光伏器件进行改变。例如，在所述 背电极的镍膜和铝膜之间还可以额外地添力口(例如，沉积)一个或多个厚度不超 过100纳米的其它金属薄膜，从而形成Ag/Ni/X/Al多层背电极，其中X表示 金Au、钯Pd、柏Pt、铜Cu、钒V、铬Cr、钬Ti或者它们中的一种或多种的合金。当然，根据需要，X也可以是其它金属或合金。
另外，在上文中，为了便于描述而假设光从上方入射，并且使用了术语 "从上到下"来描述各层的位置，然而这仅仅是说明性的。实际上，也可以 采用其它入射方向，只要组成所述层状结构的各层之间的相对位置保持不变 即可。
此外，尽管在上文中提到了背电极的银膜104和与背电极相邻的p-i-n型 光伏单元的n型半导体薄膜直接接触，但这不是限制性的。实际上，也可以 根据需要在银膜104和所述n型半导体薄膜之间添加不影响或不严重影响光 反射率的中间层或者其它层。
应当认识到，上文所述的由镍制成的镍膜105仅仅是示例，本发明并不 限于此。实际上，也可以将镍膜105替换为通过在镍中适当地掺杂一种或多 种其它金属(例如铬Cr、钒V等)而形成的镍合金的膜，只要镍的含量高于60% 并且所掺杂的材料及其数量不会对镍的上述性能产生显著的负面影响即可。
如上所述，本发明使用具有Ag/Ni/Al全金属结构的背电极来取代传统的 ZnO/Ag或ZnO/Al背电极。在Ag/Ni/Al这个组合里，光反射功能由银Ag提 供，而电导率主要依赖铝A1。此时， 一个很薄的银层足以提供对于红光和红 外光的强烈反射，但是其厚度不足以导致分流短路和不稳定性。已经证实， 这种只含有很薄银层的背电极(电接触层)的反光效果很接近于厚得多的银膜
(例如，接近或大于150nm)的反光效果。通过减小银的厚度，用铝取代大部分 银，可以在很大程度上消除银导致的分流(短路)缺陷并且降低生产成本，但不 降低背电极的光电性能。与厚得多的银层(例如在传统的ZnO/Ag背电极中使 用的厚度在150和250纳米之间的银薄膜)相比，本发明的Ag/Ni/Al背电极稳 定得多，并且分流效应也显著降低。此外，在传统的背电极中，利用激光划 线工艺很难彻底地分割厚的银膜(大于100纳米)，使得光伏模板的输出功率 降低(填充因子降低)，相比之下，在本发明中，更易于利用激光划线工艺来干 净彻底地分割铝薄膜。另外，使用较厚的铝层(为银层的5-10倍厚度)也提供 了背接触层的良好的电传导和耐久性，并且可以将该铝层(铝薄片)直接焊接到 太阳能电池(膜片)上，从而便于制造带有外部电引线的光伏模板。最后，本发 明的Ag/Ni/Al三层重叠结构使得将银的卓越反射率和铝的良好稳定性及导电 性结合在一起，而不存在传统的Ag/Al双层结构的扩散问题。
下面，将结合图1和图2来描述薄膜硅光伏器件和其中使用的背电极的制造方法。图2是示出根据本发明的制造薄膜硅光伏器件的方法的流程图。 在下面的描述中，为了不以不必要的细节使本发明变得模糊，省略了对公知 方法、过程和技术的描述。
参照图2，在步骤S201中，将透明导电的前电极102镀在玻璃基板101 的一面上。如上所述，前电极102的材料通常为透明导电氧化物(TCO)，例如 Sn02或ZnO。然后，在步骤S202中，利用激光划线工艺来将所镀的前电极 102分割为例如多个独立的长条。
接下来，在S203中，使用PECVD法在前电极102上沉积p-i-n型光伏 单元103，每个p-i-n光伏单元由基于氢化硅的p型、本征i型和n型半导体 薄膜组成。如上所述，可以沉积一个p-i-n型光伏单元或者多个依次重叠的 p-i-n型光伏单元。然后，在步骤S204中，利用激光划线工艺将光伏单元104 分割成多个与所分割的前电极的长条宽度相同的长条。
由于在玻璃基板101上镀前电极102、在前电极102上沉积一个或多个 p-i-n型光伏单元103、以及利用激光划线工艺来分割前电极或光伏单元的方 法是本领域公知的，因此，为简单起见，在这里省略对这些方法和过程的详 细描述。
接下来，在步骤S205中，将带有前电极102和光伏单元103的玻璃基板 101装进一台在线(inline)磁控溅射设备中以便在光伏单元103上沉积根据本 发明的背电极。所述磁控溅射设备包含至少一个溅射室。为了沉积所述背电 极，在磁控溅射设备的单个溅射室中(或者在多个溅射室中)，依序安装至少一 个银耙、至少一个镍耙、和至少一个铝耙，所有耙材的纯度不低于99.9%; 不同材料的靶子之间的距离不小于30厘米，并且，优选地在不同材料的靶子 之间设置隔离板以减小不同沉积物之间的混合。此外，在金属薄膜贼射过程 中使用纯度不低于99.999%的氩气，其气压介于0.1-2帕(Pa)之间。利用传送 系统使玻璃基板在可被同时激活的各个靶子下面依次通过，并且使镀有薄膜 硅的一面朝向溅射靶，从而在光伏单元103上一次性地依次沉积银膜、镍膜 和铝膜三层薄膜。沉积所述薄膜的方法是本领域公知的，因此在这里省略对 该沉积方法和过程的详细描述。在沉积过程中，可以根据设计需要来确定银 膜、镍膜和铝膜的厚度。优选地，在沉积过程中，将首先沉积在薄膜硅(光伏 单元103)上的银膜104的厚度控制为介于10-30纳米之间，将随后沉积在银 膜104上的4臬膜105的厚度控制为介于10-80纳米之间，并且将最后沉积在镍膜105上的铝膜106的厚度控制为60-250纳米之间。更优选地，将首先沉 积在薄膜硅(光伏单元103)上的银膜104的厚度控制为介于20-25纳米之间， 将随后沉积在银膜104上的镍膜105的厚度控制为介于20-30纳米之间，并 且将最后沉积在镍膜105上的铝膜106的厚度控制为介于100-150纳米之间。 控制薄膜厚度的方法是本领域公知的，因此为简单起见省略对该方法的描述。 应当注意，上述用于沉积背电极的各个参数(包括各个靶的数目、靶材纯度、 各个靶之间的距离、以及所使用的氩气的纯度和气压等)仅仅是优选的和示例 性的，实际上，也可以根据实际情况和/或设计需要而灵活地调整所述参数。
最后，在步骤S206中，利用激光划线工艺分割所述Ag/Ni/Al背电极， 以完成多个电池的分割以及前后电极的统一内联结合(monolithic integration), 从而形成多个并联或串联连接的薄膜硅光伏器件。这些并联或串联连接的薄 膜硅光伏器件通过包括封装在内的进一步加工而形成完整的光伏组件(模板)。
如上所述，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下对上文所述的薄 膜硅光伏器件的制造方法进行改变。例如，在制造背电极时，可以通过例如 在镍靶和铝靶之间额外地安装一个或多个其它金属的靶子，而在镍膜和铝膜 之间额外地沉积一个或多个厚度不超过100纳米的其它金属薄膜，从而形成 Ag/Ni/X/Al多层背电极，其中X表示金Au、把Pd、柏Pt、铜Cu、钒V、铬 Cr、钛Ti或者它们中的一种或多种的合金。如上所述，X也可以是其它金属
此外，本发明不限于将背电极的银膜104直接沉积在与背电极相邻的 p-i-n型光伏单元的n型半导体薄膜上，而是也可根据需要在银膜104和所述 n型半导体薄膜之间额外地添力口(例如，沉积)不影响或不严重影响光反射率的 中间层或者其它层。另外，尽管在上面使用在线磁控溅射设备来制造根据本 发明的背电极，但本发明不限于此，而是也可以采用诸如化学气相沉积 (CVD)、蒸镀等的其它方法或者上述方法的组合来制造该背电极。例如，可 以在诸如CVD设备的单台薄膜沉积设备中，通过使用相应的原材料来依序沉 积所述银膜、镍膜和铝膜。可替换地，可以使用磁控溅射设备来制作银膜和 铝膜，并且使用蒸镀法来制作镍膜。具体用于制作各个膜的方法可以根据实 际情况和/或设计要求来确定。
另外，上文所述的由镍制成的镍膜仅仅是示例，实际上，也可以在镍中 适当地掺杂一种或多种其它金属(例如铬Cr、钒V等)以形成镍合金并且按照
13上述方式最终形成镍合金膜，只要镍的含量高于60%并且所掺杂的材料及其
数量不会对镍的上述性能产生显著的负面影响即可。
由于本发明的背电极使用了全金属结构，而金属薄膜的溅射过程只需要 氩气，因此可以在单个賊射室中安装并同时激活银靶、镍靶和铝靶，而不需 要使用彼此隔离的多个溅射室来进行镀膜(尽管也可以使用彼此隔离的多个 溅射室)。因此，可以使用普通的镀膜设备和简单的程序来高速地沉积本发明 的背电极的银膜、镍膜和铝膜。例如，如上所述，可以在同一台连续式在线 磁控賊射设备中，使用分别由银、镍和铝制成的革巴子， 一次性连续地沉积
Ag/Ni/Al三层薄膜，或者可以在同一台其它类型的薄膜沉积设备中，使用银、 镍和铝材料来一次性连续沉积Ag/Ni/Al三层薄膜。这种金属薄膜沉积设备非 常成熟可靠，工艺相对简单，而且，由于可以在同一賊射设备或薄膜沉积设 备中 一 次性大面积地高速形成所有膜层，因此根据本发明的背电极和光伏器 件产量高、成品率高、性价比高，具有良好的产业化前景。
总之，根据本发明的由银/镍/铝(Ag/Ni/Al)制成的全金属背电极具有很多 优点，包括对红光及红外光的高反射率、优良导电性、不易导致分流短路、 光照及温度稳定性强、沉积方法及工艺简单成熟并且便于大面积低成本的高 产量工业化制造等。
尽管在上面参照特定实施例描述了本发明，但是应当认识到，可以在不 背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，对本发明进行各 种形式和细节上的修改。
权利要求
1.一种薄膜硅光伏器件，其具有层状结构，该层状结构依次包括基板；透明导电的前电极；一个或多个p-i-n型光伏单元，每个p-i-n型光伏单元由基于氢化硅的p型、本征i型和n型半导体薄膜组成；背电极，其特征在于，所述背电极包含依次重叠的银膜、镍膜和铝膜，所述银膜位于所述背电极的、与所述p-i-n型光伏单元相邻的一侧，并且所述镍膜由镍或镍含量高于60％的镍合金制成。
2. 如权利要求1所述的薄膜硅光伏器件，其中，所述银膜与所述一个或 多个p-i-n型光伏单元中与所述背电极相邻的一个p-i-n型光伏单元的n型半 导体薄膜直接接触。
3. 如权利要求l-2之一所述的薄膜硅光伏器件，其中，所述银膜具有介 于10-30纳米之间的厚度，所述镍膜具有介于10-80纳米之间的厚度，所述铝 膜具有介于60-250纳米之间的厚度。
4. 如权利要求l-2之一所述的薄膜硅光伏器件，其中，所述银膜具有介 于20-25纳米之间的厚度，所述镍膜具有介于20-30纳米之间的厚度，所述铝 膜具有介于100-150纳米之间的厚度。
5. 如权利要求l-4之一所述的薄膜硅光伏器件，其中，所述背电极还包 含位于镍膜与铝膜之间的一个或多个厚度不超过100纳米的其它金属薄膜， 所述其它金属包括金、粕、铜、钒、铬、钛或者它们中的一种或多种的合金。
6. —种光伏组件，包括多个被串联或并联连接的如权利要求l-6之一所 述的薄膜硅光伏器件。
7. —种制造薄膜硅光伏器件的方法，包括以下步骤 将透明导电的前电极镀在基板上；在前电极上沉积一个或多个p-i-n型光伏单元，每个p-i-n型光伏单元由基 于氢化硅的p型、本征i型和n型半导体薄膜组成；在最后沉积的一个p-i-n型光伏单元的n型半导体薄膜上沉积背电极，其中，所述背电极包含依次重叠的银膜、镍膜和铝膜，所述银膜位于所述背电极的、与所述最后沉积的一个p-i-n型光伏单元相邻的一侧，并且所述镍膜由 镍或镍含量高于60%的镍合金制成。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，所述银膜被直接沉积在所述最后沉 积的一个p-i-n型光伏单元的n型半导体薄膜上。
9. 如权利要求7-8之一所述的方法，其中，所述银膜具有介于10-30纳 米之间的厚度，所述镍膜具有介于10-80纳米之间的厚度，所述铝膜具有介 于60-250纳米之间的厚度。
10. 如权利要求7-8之一所述的方法，其中，所述银膜具有介于20-25 纳米之间的厚度，所述镍膜具有介于20-30纳米之间的厚度，所述铝膜具有 介于100-150纳米之间的厚度。
11. 如权利要求7-10之一所述的方法，其中，在同一台连续式磁控賊射 设备中，通过使用相应的靶子依序沉积所述银膜、镍膜和铝膜。
12. 如权利要求7-ll之一所述的方法，其中，所述背电极还包含位于镍 膜与铝膜之间的一个或多个厚度不超过100纳米的其它金属薄膜，所述其它 金属包括金、鉑、铜、钒、铬、钛或者它们中的一种或多种的合金。
13. —种用于薄膜硅光伏器件的背电极，该背电极具有层状结构，该层 状结构包括依次重叠的银膜、镍膜和铝膜，所述镍膜由镍或镍含量高于60% 的镍合金制成。
14. 如权利要求13所述的背电极，其中，所述银膜具有介于10-30纳米 之间的厚度，所述镍膜具有介于10-80纳米之间的厚度，所述铝膜具有介于 60-250纳米之间的厚度。
15. 如权利要求13所述的背电极，其中，所述银膜具有介于20-25纳米 之间的厚度，所述镍膜具有介于20-30纳米之间的厚度，所述铝膜具有介于 100-150纳米之间的厚度。
全文摘要
本发明公开了一种薄膜硅光伏器件及其制造方法和背电极以及光伏组件。所述薄膜硅光伏器件具有层状结构，该层状结构依次包括基板；透明导电的前电极；一个或多个p-i-n型光伏单元，每个p-i-n型光伏单元由基于氢化硅的p型、本征i型和n型半导体薄膜组成；背电极，该背电极包含依次重叠的银膜、镍膜和铝膜，所述银膜位于所述背电极的、与所述p-i-n型光伏单元相邻的一侧，并且所述镍膜由镍或镍含量高于60％的镍合金制成。根据本发明的由银、镍、铝制成的全金属型背电极具有反射率高、导电性好、不易短路、稳定性强、且便于以低成本生产大面积光伏模板等优点。
文档编号H01L31/075GK101556977SQ20081009163
公开日2009年10月14日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者李沅民, 杨与胜 申请人:福建钧石能源有限公司