[发明专利]薄膜太阳能电池中改进的背接触

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年3月18日提交的美国临时专利申请第61/070,006号和2008年3月18日提交的美国临时专利申请第61/069,952号的优先权，在此引入两个申请的内容作为参考。

背景技术

不断升高的油价已经提升了开发经济划算的可再生能源的重要性。全世界正在进行重要的努力以开发经济划算的太阳能电池从而获得太阳能。为了使太阳能电池经济划算，必须以远低于$1/瓦的成本制造传统太阳能电池源。

目前的太阳能技术可大致分为晶体硅和薄膜技术。大约90％的太阳能电池由硅(单晶硅或多晶硅)制造。晶体硅(c-Si)已经在大多数太阳能电池中用作吸光半导体，虽然它是相对较差的光吸收体并且需要相当厚度(数百微米)的材料。尽管如此，它被证明是方便的，因为它给出具有良好效率(13-18％，理论最大值的一半到三分之二)的稳定的太阳能电池组件并且使用从微电子工业的知识库中发展的工艺技术。硅太阳能电池非常昂贵，制造成本为$3.50/瓦以上。制造是成熟的，但不能带来成本降低。

第二代太阳能电池技术基于薄膜。主要的薄膜技术为非晶硅、铜铟镓硒(CIGS)和碲化镉(CdTe)。

非晶硅(a-Si)在二十世纪八十年代被认为是“仅有的”薄膜PV材料。但是在那个十年末以及在二十世纪九十年代初，由于低效率和不稳定性，它被许多研究者所放弃。但是，非晶硅技术已经在开发对这些问题的非常复杂的解决方案上取得良好进展：多节结构。目前，数个公司正在制造效率范围在7-9％的商业的多节a-Si模块。很多公司如Kaneka、Sharp、Schott Solar、Ersol等正在通过采取最初开发用于平板显示制造的商业上经证明的CVD法沉积a-Si而制造在玻璃基板上的非晶硅太阳能电池。设备公司如Applied Materials正在提供总控键系统以在玻璃基板上制造a-Si太阳能电池。a-Si技术的关键障碍是低效率、光诱导效率退化(这需要更复杂的电池设计，例如多节)以及工艺成本(制造方法是基于真空的且相当缓慢)。United Solar已经开创了在柔性不锈钢基板上的三节a-Si太阳能电池。然而，a-Si太阳能电池制造昂贵(＞$2.5/瓦)。

由铜铟镓二硒(CIGS)吸收体制成的薄膜太阳能电池有希望实现10-12％的高转换效率。与那些通过其它薄膜技术获得的效率相比，CIGS太阳能电池的创纪录的高效率(19.9％NREL)是迄今为止最高的。这些破纪录的小面积设备已经采用资本密集并且非常昂贵的真空蒸发技术制造。许多公司(Honda、Showa Shell、Wurth Solar、Nanosolar、Miasole等)正在开发在玻璃基板和柔性基板上的CIGS太阳能电池。但是，在大面积基板上制造均匀组合物的CIGS薄膜是非常有挑战性的。这个限制也影响到通常相当低的工艺产率。由于这些限制，蒸发技术的实施在CIGS太阳能电池的大规模、低成本的商业生产上并不成功。极其不可能的是以$1/瓦以下的制造成本制造CIGS太阳能电池。

CdTe薄膜太阳能电池的制造非常简单，因此该电池与所有其它太阳能电池技术相比具有获得最低制造成本的潜力。NREL已经证实CdTe太阳能电池具有16.5％的效率。基于Arizona的First Solar以$1.12/瓦的制造成本制造在玻璃基板上的CdTe太阳能电池。First Solar希望到2009年末当其提高其年制造能力至1GW时降低成本至$1/瓦以下。由于相对缓慢的逐件(piece by piece)制造工艺，因而进一步降低CdTe太阳能电池的制造成本并不易于实现。

现有技术通过在3毫米厚玻璃基板上沉积CdTe制造CdTe太阳能电池并用另一3毫米盖玻片对其进行封装。因而它们是通过缓慢的逐件制造工艺进行制造。由于相对缓慢的逐件制造工艺，因而进一步降低CdTe太阳能电池的制造成本至远低于$1/瓦并不易于实现。这些CdTe太阳能电池还是非常重的，不能用于住宅屋顶的应用(太阳能工业的最大市场部分之一)中。开发在柔性基底上的CdTe太阳能电池的创新机会是存在的，该电池可通过连续辊对辊(roll to roll)工艺制造从而显著降低制造成本。柔性太阳能电池还是轻质的，这使得它们适合住宅屋顶的应用，而这样的应用对于在重玻璃基板上的CdTe是不易实现的。

常规地，在具有透明基板如玻璃基板的覆板结构中制造CdTe太阳能电池。当使用不透明基板如柔性金属箔基板高容量生产CdTe器件时需要基板结构。在器件结构上的这个变化需要实质偏离常规背接触形式。