[发明专利]薄膜太阳能电池互连

说明书

技术领域

本发明大体上涉及使两个或更多薄膜太阳能电池互连的方法，并涉及薄膜太阳能电池组件。

背景技术

外部支撑材料(如玻璃)上的薄膜太阳能电池正受到越来越多的关注。薄膜具有显著地减少光电(PV)组件制造成本的潜力，这是因为相比于传统的基于硅片的组件，它们只需要小部分半导体材料。而且，薄膜太阳能电池具有以下优势：可以在很大面积的(约1m²)支撑材料上制造薄膜太阳能电池、使生产过程成流线型、以及进一步减少生产成本是可能的。为使得能够从太阳能电池提取能量，需要创建到设备的负极端子和正极端子的接触，并且导电路径(通常由金属制成)需要传递来自设备的电流和电压。因此，所有太阳能电池都具有建造这种接触和导电路径的金属化处理。由于薄膜PV组件很大的尺寸，所以将很大的(约1m²)初始薄膜太阳能电池划分成较小的单元电池、然后将它们互连成串以使欧姆损耗保持在可容忍水平是很重要的。

在20世纪70年代和80年代，外部支撑材料(主要是玻璃)上的研究已经确定了以约200℃在PEVCD(等离子体增强的化学气相沉积)上沉积氢化非晶硅(a-Si:H)作为基线薄膜PV技术(见，例如K.Kuwano、S.Tsuda，M.Onishi、H.Nishikawa、S.Nakano、和T.Imai的Japanese Journal of Applied Physics(日本应用物理学期刊)，1980，vol.20，p.213)。对于低成本PV发电，该技术具有多个优秀的特点，包括半导体材料的高光吸收系数(能够有300nm或更小的非常薄的吸收层厚度)、以低温(约200℃)沉积在刚性或柔性基板上的很大面积的硅二极管、以及单独电池的整体串联。a-Si:H未能占据全球PV市场主要份额的唯一原因是大面积的单结PV组件的6％或更低的低稳定平均效率。

图1中示出了如何使相邻a-Si:H太阳能电池互连的典型方法。该方法基于两个基本要求：(i)支撑材料100(玻璃)是不导电的；(ii)太阳能电池102的每个单独层(p⁺，i，n⁺)具有非常高的薄层电阻(大于10⁵Ω/平方)，确保当背部TCO(透明导电氧化)层106沉积在每个电池的暴露侧壁区域上时，太阳能电池102被微弱地分流。太阳能电池处理开始于前面或玻璃层TCO层108的沉积，随后是第一系列平行划片(“划片1”)，其限定了单独的太阳能电池。然后，沉积形成太阳能电池102的三个半导体层。下一步是第二系列平行划片(“划片2”)，其穿过沉积的半导体层并由此局部地暴露埋置的TCO层108。然后，接着是背部电极(背部TCO106和金属110)的毯式沉积。最后，第三系列平行划片(“划片3”)穿过背部电极(TCO106和金属110)和半导体层，消除了电流的分流路径并造成玻璃窗格100上所有太阳能电池102的串联。