薄膜型太阳能电池及其制造方法与流程

本发明涉及一种薄膜型太阳能电池，更具体地涉及一种透通(see-through)薄膜型太阳能电池。

背景技术：

太阳能电池是基于半导体的特性将光能转换为电能的装置。

太阳能电池具有P-N结结构，在该P-N结结构中，正(P)型半导体与负(N)型半导体彼此接合。当太阳光入射到太阳能电池上时，通过入射的太阳光的能量在半导体中产生空穴(+)和电子(-)。此时，由于在PN结中产生的电场，空穴(+)向与P型半导体相对的一侧移动，电子(-)向N型半导体移动，从而产生电势。太阳能电池基于该电势产生电力。

太阳能电池分为薄膜型太阳能电池和晶片型太阳能电池。

薄膜型太阳能电池是通过以薄膜型式在诸如玻璃的基板上形成半导体所制造的太阳能电池，而晶片型太阳能电池是通过使用硅晶片本身作为基板所制造的太阳能电池。

在效率方面晶片型太阳能电池比薄膜型太阳能电池好很多。然而，在晶片型太阳能电池中，在制造工艺中使厚度最小化方面存在限制，并且由于使用高成本的半导体基板，所以制造成本提高。

在薄膜型太阳能电池中，可以确保透通的光透射区域。因此，薄膜型太阳能电池容易应用于建筑物的窗户、车辆的天窗等。

在下文中，将参照附图描述现有技术的透通薄膜型太阳能电池。

图1A是现有技术的薄膜型太阳能电池的示意剖视图，图1B是现有技术的薄膜型太阳能电池的示意俯视图。

如图1A所示，现有技术的薄膜型太阳能电池包括基板10、第一电极20、半导体层30以及第二电极40。

第一电极20设置在基板10上。第一电极20设置为多个，并且多个第一电极20彼此间隔开，在其之间具有第一分隔部P1。

半导体层30设置在第一电极20上。半导体层30设置为多个，并且多个半导体层30彼此间隔开，在其之间具有接触部P2和第二分隔部P3。

第二电极40设置在半导体层30上并且设置为多个。每个第二电极40通过接触部P2连接到对应的第一电极20，并且多个第二电极40彼此间隔开，在其之间具有第二分隔部P3。

多个单元电池可以通过第一分隔部P1、接触部P2和第二分隔部P3而彼此串联连接。

第三分隔部P4形成在基板10的外部中。通过去除第一电极20、半导体层30以及第二电极40中的每一者的特定区域来提供第三分隔部P4。基板10的外部通过第三分隔部P4而绝缘，因此，在将完成的薄膜太阳能电池模块化的工艺中将外壳连接到薄膜太阳能电池时，能够防止外壳与薄膜太阳能电池之间发生短路。

而且，在每个单元电池中形成光透射部P5。通过去除半导体层30和第二电极40中的每一者的特定区域来提供光透射部P5。可以通过光透射部P5来确保透通区域。

为了参照图1B描述现有技术的薄膜型太阳能电池的平面结构，在基板10上反复设置第一分隔部P1、接触部P2以及第二分隔部P3。多个单元电池可以通过重复单元来划分，通过所述重复单元，重复第一分隔部P1、接触部P2和第二分隔部P3。

在基板10的外部中形成第三分隔部P4。基板10的最外区域通过第三分隔部P4绝缘。第三分隔部P4设置成与基板10的形状对应的形状。

而且，在基板10上形成光透射部P5，用于确保透通区域。光透射部P5设置在与第一分隔部P1、接触部P2和第二分隔部P3相交的方向上。

上述的现有技术的薄膜型太阳能电池具有以下缺点。

首先，在现有技术的薄膜型太阳能电池中，为了形成第一分隔部P1、接触部P2、第二分隔部P3、第三分隔部P4和光透射部P5，需要进行激光雕刻工艺共计五次。出于这个原因，工艺变得复杂，并且制造成本提高。

其次，在现有技术的薄膜型太阳能电池中，可以通过光透射部P5来确保透通区域，但是由于光透射部P5的结构限制，可见度降低。为了提供详细的描述，如图1A的放大图所示，在光透射部P5中形成第一电极20，并且第一电极20的表面形成为凹凸结构，以通过改进光路来提高电池效率。为此，通过第一电极20的光被折射或散射，导致可见度降低。

技术实现要素：

技术问题

本发明是为了解决现有技术的薄膜型太阳能电池的上述问题而做出的，本发明的目的是提供一种薄膜型太阳能电池及其制造方法，其中，通过简化工艺，减少制造工艺，并提高光透射部的可见度。

技术方案

为了实现这些目的，本发明提供一种薄膜型太阳能电池，包括：基板；第一透明电极，设置在所述基板上，所述第一透明电极具有第一分隔部；半导体层，形成在所述第一分隔部中和所述第一透明电极上；接触部，形成为穿过所述第一透明电极和所述半导体层；第二透明电极，形成在所述接触部中和所述半导体层上；以及第二分隔部，形成为穿过所述半导体层和所述第二透明电极，其中，所述接触部的晶粒的尺寸小于所述第一透明电极的晶粒的尺寸。

此外，本发明提供一种薄膜型太阳能电池，包括依次形成在基板上的第一透明电极、半导体层以及第二透明电极，其中，所述第二透明电极通过穿过所述半导体层和所述第一透明电极而接触所述基板，并且所述第二透明电极的晶粒的尺寸小于所述第一透明电极的晶粒的尺寸。

此外，本发明提供一种薄膜型太阳能电池，包括依次形成在基板上的第一透明电极、半导体层以及第二透明电极，其中，所述第二透明电极通过穿过所述半导体层和所述第一透明电极而接触所述基板，并且所述第一透明电极的反射率高于所述第二透明电极的反射率。

此外，本发明提供一种薄膜型太阳能电池，包括依次形成在基板上的第一透明电极、半导体层以及第二透明电极，其中，所述第二透明电极通过穿过所述半导体层和所述第一透明电极而接触所述基板，并且所述第二透明电极的氧浓度高于所述第一透明电极的氧浓度。

所述第二透明电极可以接触所述第一透明电极的侧表面。

所述第二透明电极可以在所述接触部中接触所述基板的顶部。

所述接触部的宽度可以比所述第一分隔部的宽度和所述第二分隔部的宽度宽。

此外，本发明提供一种薄膜型太阳能电池，包括形成在基板上的前电极、半导体层以及后电极，其中，所述前电极包括具有第一晶粒尺寸的第一区域以及具有比所述第一晶粒尺寸小的第二晶粒尺寸的第二区域，并且所述第二区域连接到所述后电极。

所述第二区域和所述后电极可以由相同的透明导电材料形成并且形成为一体。

此外，本发明提供一种薄膜型太阳能电池的制造方法，包括：在基板上形成第一透明电极层的工艺；去除所述第一透明电极层的特定区域以形成第一分隔部的工艺，由此形成彼此间隔开的多个第一透明电极，所述多个第一透明电极之间具有所述第一分隔部；在所述第一透明电极上形成半导体层的工艺；去除所述半导体层和所述第一透明电极中的每一者的特定区域以形成接触部的工艺，由此形成彼此间隔开的多个半导体层，所述多个半导体层之间具有所述接触部；在所述半导体层上形成第二透明电极层的工艺；以及去除所述半导体层和所述第二透明电极层中的每一者的特定区域以形成第二分隔部的工艺，由此形成多个第二透明电极，所述多个第二透明电极通过所述接触部连接到所述第一透明电极并且彼此间隔开，在所述多个第二透明电极之间具有所述第二分隔部。

所述第二透明电极可以在所述接触部中接触所述第一透明电极的侧表面和所述基板的顶部。

所述接触部的宽度可以比所述第一分隔部的宽度和所述第二分隔部的宽度宽。

有益效果

根据上述的本发明，获得以下效果。

根据本发明的实施例，接触部可以用作光透射区域，因此，不同于现有技术，不需要通过单独的激光雕刻形成光透射区域。因此，仅需要共计四次激光雕刻工艺用以形成第一分隔部、接触部、第二分隔部以及第三分隔部，因此，与现有技术相比，减少了一次激光雕刻工艺，从而降低了制造成本。

而且，在现有技术中，由于在光透射部中形成具有凹凸结构的第一电极，所以光透射部的可见度降低。然而，根据本发明的实施例，由于在接触部区域中未形成具有凹凸结构的第一电极，因此可以提高用作光透射区域的接触部的可见度。

附图说明

图1A是现有技术的薄膜型太阳能电池的示意剖视图，图1B是现有技术的薄膜型太阳能电池的示意俯视图。

图2A至图2G是示出根据本发明实施例的薄膜型太阳能电池的制造工艺的示意剖视图；

图3是根据本发明实施例的薄膜型太阳能电池的示意俯视图。

具体实施方式

通过以下参考附图描述的实施例，本发明的优点和特征及其实施方法将变得清楚。然而，本发明可以以不同的形式实施，而不应该被解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。此外，本发明仅由权利要求书限定。

附图中公开的用于描述本发明的实施例的形状、尺寸、比例、角度和数量仅是示例，因此，本发明不限于所示的细节。在所有的图中相同的附图标记指代相同的部件。在以下描述中，当相关的已知的功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊了本发明的重点时，将省略详细描述。在使用本说明书中描述的“包含”、“具有”和“包括”的情况下，除非使用“仅～”，否则可以追加另一部件。单数形式的术语可以包括复数形式，除非有相反指示。

在解释部件时，虽然没有明确的描述，但部件被解释为包含误差范围。

在描述位置关系时，例如，当两个部分之间的位置关系被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下”和“靠近...”时，除非使用“正好”或“直接”，否则一个或多个其他部件可以设置在两个部分之间。

在描述时间关系时，例如，当时间顺序被描述为“...之后”、“后续”、“接下来”和“...之前”时，除非使用“正好”或“直接”，否则可以包括不连续的情况。

应该理解的是，虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种部件，但是这些部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个部件与另一个部件。例如，在不背离本发明的范围的情况下，第一部件可以称为第二部件，类似地，第二部件可以称为第一部件。

如本领域技术人员可以充分理解的，本发明的各种实施例的特征可以部分地或整体地彼此耦合或组合，并且可以彼此以各种方式相互操作，并且以本领域技术人员可充分理解的方式在技术上驱动。本发明的实施例可以彼此独立地实施，或者可以以相互依赖的关系一起实施。

图2A至图2G是示出根据本发明实施例的薄膜型太阳能电池的制造过程的示意性剖视图。

首先，如图2A所示，第一透明电极层200a由基板100上的透明导电材料形成。

玻璃或透明塑料可以用作基板100。

可以通过使用溅射工艺、金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺等，由诸如ZnO、ZnO：B、ZnO：Al、SnO2、SnO2：F、氧化铟锡(ITO)等的透明导电材料形成第一透明电极层200a。

第一透明电极层200a可以用作在其上入射太阳光的前电极层，在这种情况下，为了使入射的太阳光被最大限度地吸收到太阳能电池中，可以附加地执行在第一透明电极层200a的表面上形成凹凸结构的变形工艺(texturing process)。

随后，如图2B所示，在第一透明电极层200a中形成具有第一宽度W1的第一分隔部P1。

由于形成第一分隔部P1，所以可以获得多个第一透明电极200的图案，所述多个第一透明电极200彼此间隔开，在所述多个第一透明电极200之间具有第一分隔部P1。在形成第一分隔部P1的区域中，去除第一透明电极层200a的特定区域，因此露出基板100的顶部。

第一分隔部P1的形成工艺可以是激光雕刻工艺。在这种情况下，激光可以具有第一波长范围，更详细地说，可以使用具有红外波长范围的激光。当通过使用具有红外波长范围的激光来执行激光雕刻工艺时，可以去除其上被照射激光的第一透明电极层200a的特定区域，并且可以形成第一分隔部P1。

随后，如图2C所示，在第一透明电极200上形成半导体层300a。

如图所示，在第一分隔部P1区域中还形成半导体层300a。

可以通过使用等离子体化学气相沉积(PCVD)工艺由硅基半导体材料形成半导体层300a，并且硅基半导体材料可以使用非晶硅(a-Si：H)或微晶硅(μc-Si：H)。

半导体层300a可以形成为PIN结构，在该PIN结构中依次堆叠正(P)型半导体层、本征(I)型半导体层以及负(N)型半导体层。如果半导体层300a形成为PIN结构，则I型半导体层被P型半导体层和N型半导体层耗尽，从而在其中产生电场，由此通过太阳光产生的空穴和电子通过电场漂移。因此，空穴和电子分别被收集在P型半导体层和N型半导体层中。

P型半导体层可以通过在非晶硅上掺杂P型掺杂剂而形成，I型半导体层可以由非晶硅形成，N型半导体层可以通过在非晶硅上掺杂N型掺杂剂而形成。但是，本实施例不限于此。

在半导体层300a形成为PIN结构的情况下，优选地，P型半导体层形成在靠近太阳光入射的部分的位置处，然后，形成I型半导体层和N型半导体层。这是因为，由于空穴的漂移移动性低于电子的漂移移动性，所以在靠近光接收表面的位置处形成P型半导体层，从而基于入射光最大化载流子收集效率。

随后，如图2D所示，在半导体层300a中形成具有第二宽度W2的接触部P2。因此，获得多个半导体层300，所述多个半导体层300彼此间隔开，并且在所述多个半导体层300之间具有接触部P2。

接触部P2用于将第一透明电极200电连接到下述的第二透明电极400。此外，接触部P2用作透通的光透射区域。也就是说，根据本发明的实施例，由于接触部P2可以用作光透射区域，所以与现有技术不同，不需要通过单独的激光雕刻来形成光透射区域，因此，可以简化工艺，并且可以降低制造成本。

以这种方式，接触部P2形成为具有相对较宽的第二宽度W2，从而用作光透射区域。因此，接触部P2的第二宽度W2被设定为比第一分隔部P1的第一宽度W1宽。

在形成接触部P2的区域中，去除第一透明电极200和半导体层300a中的每一者的特定区域，由此露出基板100的顶部。因此，即使当第一透明电极200的表面形成为凹凸结构时，在接触部P2区域中也未形成第一透明电极200，因此，可以提高接触部P2的可见度。

接触部P2的形成工艺可以是激光雕刻工艺。在这种情况下，激光可以具有第一波长范围，更详细地说，可以使用具有红外波长范围的激光。当通过使用具有红外波长范围的激光来执行激光雕刻工艺时，可以去除其上被照射激光的第一透明电极200的特定区域，同时可以去除第一透明电极200上形成的半导体层300a的特定区域。

随后，如图2E所示，在半导体层300上形成第二透明电极层400a。

通过使用溅射工艺、金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺等，第二透明电极层400a可以由诸如ZnO、ZnO：B、ZnO：Al、SnO2、SnO2：F、ITO等透明导电材料形成。而且，通过使用溅射工艺等，第二透明电极层400a可以由例如Ag、Al、Ag+Mo、Ag+Ni、Ag+Cu和/或诸如此类的透明导电材料形成。

第二透明电极层400a也形成在接触部P2中。因此，第二透明电极层400a在接触部P2中接触第一透明电极200的侧表面和基板100的顶部。

随后，如图2F所示，在第二透明电极层400a中形成具有第三宽度W3的第二分隔部P3。因此，得到多个第二透明电极400，所述多个第二透明电极400通过接触部P2连接到第一透明电极200并彼此间隔开，所述多个第二透明电极400之间具有第二分隔部P3。

在形成第二分隔部P3的区域中，去除半导体层300和第二透明电极层400a中的每一者的特定区域，因此露出第一透明电极200的顶部。

第二分隔部P3的第三宽度W3设定为比接触部P2的第二宽度W2窄。

形成第二分隔部P3的工艺可以是激光雕刻工艺。在这种情况下，激光可以具有比第一波长范围更短的第二波长范围，更具体地，可以使用具有绿色波长范围的激光。当通过使用具有绿色波长范围的激光来执行激光雕刻工艺时，可以去除其上被照射激光的半导体层300的特定区域，同时可以去除其上形成的第二透明电极层400a的特定区域。

随后，如图2G所示，在基板10的外部中形成具有第四宽度W4的第三分隔部P4。基板10的最外区域通过第三分隔部P4绝缘。

以这种方式，基板10的最外区域通过第三分隔部P4绝缘，因此，当将外壳连接到薄膜太阳能电池以将薄膜太阳能电池模块化时，能够防止外壳与薄膜太阳能电池之间发生短路。

第三分隔部P4的第四宽度W4设定为比接触部P2的第二宽度W2窄。

在形成第三分隔部P4的区域中，去除第一透明电极200、半导体层300以及第二透明电极层400a中的每一者的特定区域，因此露出基板100的顶部。

形成第三分隔部P4的工艺可以是激光雕刻工艺。在这种情况下，可以首先照射具有第一波长范围(更具体地，红外波长范围)的第一激光，然后可以二次照射具有第二波长范围(更具体地，绿色波长范围)的第二激光。由于第一激光照射，可以去除第一电极200、半导体层300以及第二透明电极层400a中的每一者的特定区域，并且，由于第二激光照射，可以去除残留在第三分隔部P4中的残余材料。如果将第一透明电极200连接到第二透明电极400的残余材料残留在第三分隔部P4中，则在第一透明电极200与第二透明电极400之间发生短路，因此执行第二激光照射以防止短路。

如上所述，根据本发明的实施例，由于接触部P2可以用作光透射区域，因此，与现有技术不同，不需要通过单独的激光雕刻形成光透射区域。因此，仅需要共计四次激光雕刻工艺以形成第一分隔部P1、接触部P2、第二分隔部P3以及第三分隔部P4，因此，与现有技术相比，减少了一次激光雕刻工艺，从而降低了制造成本。

而且，在现有技术中，由于如图1A所示第一电极20的表面形成为凹凸结构，所以光透射部P5的可见度降低。然而，根据本发明的实施例，尽管第一电极200的表面形成为凹凸结构，但由于在接触部P2区域中未形成第一电极200，所以可以提高接触部P2的可见度。

如图2G所示，通过所述工艺制造的根据本发明实施例的薄膜型太阳能电池包括基板100、第一透明电极200、半导体层300以及第二透明电极400。

在基板100上设置第一透明电极200。第一透明电极200包括第一分隔部P1和接触部P2。

在第一分隔部P1中并且在第一透明电极200上设置半导体层300。

接触部P2设置为穿过第一透明电极200和半导体层300。

在半导体层300上设置第二透明电极400。在接触部P2中形成第二透明电极400，并且第二透明电极400连接到第一透明电极200。第二透明电极400设置为多个，并且多个第二透明电极400彼此间隔开，多个第二透明电极400之间具有第二分隔部P3。

第二分隔部P3设置为穿过半导体层300和第二透明电极400。

第二透明电极400通过半导体层300和第一透明电极200接触基板100。具体地，第二透明电极400在接触部P2中接触第一透明电极200，并且还接触基板100。特别地，第二透明电极400在接触部P2中接触第一透明电极200的侧表面，并且还接触基板100的顶部。

在此，接触部P2的第二宽度W2设定为比第一分隔部P1的第一宽度W1、第二分隔部P3的第三宽度W3以及第三分隔部P4的第四宽度W4宽。

第三分隔部P4形成在基板10的外部中。通过去除第一透明电极200、半导体层300以及第二透明电极400中的每一者的特定区域来提供第三分隔部P4。

根据本发明的实施例，第二透明电极400的晶粒的尺寸小于第一透明电极200的晶粒的尺寸。因此，第二透明电极400的透光率比第一透明电极200的透光率高，因此可以提高接触部P2的透光率。

此外，第一透明电极200的反射率高于第二透明电极400的反射率。也就是说，由于第一透明电极200的晶粒的尺寸大于第二透明电极400的晶粒的尺寸，因此第一透明电极200的反射率高于第二透明电极400的反射率，因此可以扩展太阳能电池中的光路，从而提高电池效率。

以这种方式，晶粒尺寸较小的第二透明电极400中包含的氧浓度高于晶粒尺寸较大的第一透明电极200中包含的氧浓度。也就是说，优选增加透明导电材料的氧浓度，以减小晶粒尺寸。

根据本发明的实施例，第一透明电极200和第二透明电极400中的每一者的与基板100的顶部接触的部分可以用作前电极，并且第二透明电极400的与半导体层300的顶部接触的部分可以用作后电极。

也就是说，前电极包括具有较大的第一晶粒尺寸的第一区域(即，第一透明电极200的一部分)和具有较小的第二晶粒尺寸的第二区域(即，形成在接触部P2中的第二透明电极400的一部分)。

因此，第二区域(即，形成在接触部P2中的第二透明电极400的一部分)由透明导电材料形成，该透明导电材料与后电极的透明导电材料相同，后电极即第二透明电极400的与半导体层300的顶部接触的部分。而且，第二区域和后电极形成为一体并且彼此连接。

图3是根据本发明实施例的薄膜型太阳能电池的示意俯视图。

如图3所示，第一分隔部P1、接触部P2以及第二分隔部P3沿一定方向(例如，垂直方向)重复设置在基板100上。多个单元电池可以通过重复单元划分，第一分隔部P1、接触部P2以及第二分隔部P3通过重复单元重复。在这种情况下，接触部P2的宽度大于第一分隔部P1、第二分隔部P3以及第三分隔部P4中的每一者的宽度。因此，通过接触部P2确保光透射区域，因此可以实现透通类型。

在基板100的外部中形成第三分隔部P4。第三分隔部P4将基板100的最外区域与从基板100向内设置的多个单元电池电绝缘。第三分隔部P4设置为与基板10的形状对应的形状。也就是说，第三分隔部P4与基板100的端部距离一定距离地沿着基板100的端部的形状延伸。因此，如图所示，如果基板100具有四方结构，则第三分隔部P4可以形成为尺寸比基板100小的四方框架结构。

如上所述的本发明不限于上述实施例和附图，本领域技术人员将清楚地认识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以进行各种修改、变形和替换。因此，应该认为本发明的范围是由下面描述的权利要求书而不是详细描述限定的，并且权利要求的含义和范围以及从它们的等同概念推导出的所有变化或修改形式都包括在本发明的范围中。因此，本发明的范围不是由本发明的详细描述限定，而是由所附权利要求书限定，并且该范围内的所有不同将被解释为包括在本发明中。