[发明专利]混合型透明导电电极

说明书

技术领域

本发明涉及将透明导电电极(TCE)沉积于大面积的基底上，更具体地 说，涉及在高产量滚动条式生产系统中的非真空TCE沉积以用于光伏应用。

背景技术

太阳能电池和太阳能模块把太阳光转换成电能。传统上使用硅(Si)作 为光吸收、半导体材料来制作这些电子设备，生产工艺较为昂贵。为了使太 阳能电池更为经济可行，已经开发出的太阳能电池结构能够廉价地使用诸如 铜-铟-镓-硒(CIGS)的薄膜型吸光半导体材料，而由此制成的装置常被称为 CIGS太阳能电池。

为了经济合算地构造大面积基于CIGS的太阳能电池或模块，一个主要 困难是降低加工成本和材料成本。在已知的CIGS太阳能电池中，通过基于 真空的沉积工艺把透明导电电极(TCE)层及很多其他层沉积在玻璃或金属 基底上。通常的沉积技术包括共蒸发、溅射、化学气相沉积等等。用于沉积 透明导电电极(TCE)的最常用技术之一是透明导电氧化物(TCO)的溅射 沉积。遗憾的是，溅射沉积工艺对于所需薄膜厚度和高真空来说速度太慢， 其产量/资本支出比非常低。另外，由于材料沉积到腔室的壁上，材料产率也 很低。而且，溅射沉积过程中的温度控制会进一步地限制产量，特别是在需 要防止损坏对温度敏感的下面各层(如CIGSe/CdS堆)的情况下。最后，对 于溅射沉积的TCO，控制其大面积上导电性和透明性的均匀度也很困难。

除了在薄膜太阳能电池上面沉积TCO层的工艺较慢之外，还应了解， 作为TCE使用的TCO材料本身就不是合适的导体，在最贵的产品中，其薄 层电阻通常至少为5欧姆/方块，而在较低价格的材料中，其薄层电阻经常超 过60-200欧姆/方块。使用此类TCO形成的太阳能电池依赖于一种互相连接 的设计，其使用额外的导电模式(迹线、指状物、格栅、线条、母线等等) 来汇集电流，并使得电阻和光遮蔽损失最小。因此，当把TCO材料整合入 薄膜太阳能电池中时，目前的折衷方案是要么沉积非常厚或非常昂贵的TCO 层，要么是与TCO一起采用额外的导电模式减少损失。

一些先前技术已经建议采用金属纳米线网或碳纳米管网作为溅射透明 导电氧化物电极的低成本替代物。不过，一般来说，与溅射TCO相比，此 类电池的效率较低。

由于上述问题，可使用经改善的技术来降低加工成本和材料成本。可通 过改善来提高现有制造工艺的产量，并降低与CIGS太阳能装置有关的成本。 经降低成本和提高产量，此类产品的市场渗透率和商业应用程度应能提高。

发明内容

本发明的实施例解决了至少部分上述缺陷。应理解，至少一些本发明的 实施例可适用于任何类型的太阳能电池，不论它们性质上是坚硬还是柔软， 也不论吸收层中所用材料的类型如何。本发明的实施例可适用于滚动条式和 /或批量生产。在一个实施例中，本说明书中所讨论的技术方案将用于印制及 快速热加工的CIGS、CIGSS或其他吸收层，以减少或去除经溅射或化学气 相沉积于其上的TCO材料量。本说明书中至少一些实施例将提高纳米线和 吸收/活性层(如CIGS/CdS)之间的接触面积，并由此增加所汇集的光电流 量。本发明的实施例将实现至少一些本说明书中所述的这些目的及其他目 的。

在本发明的一个实施例中，薄膜CIGS太阳能电池的透明电极部分地被 一片纳米线替换。本发明中所用技术方案的一个实施例包括形成一种太阳能 电池，其包括：a)用导电材料制成的比通常厚度要薄的透明顶电极，其厚度 为50nm或更小，和b)相互连接的纳米线形成的网，其与该顶电极相接触 和/或被该顶电极覆盖。在一些实施例中，与另一电池相比，该顶电极和纳米 线网提高了该太阳能电池的总功率输出。除了以下不同外，该另一电池与该 电池完全相同：其仅使用a)该材料制成的顶电极层，其厚度和透光率等于 该顶电极与该纳米线网的合计厚度和透光率，或b)相互连接的纳米线网， 其厚度等于该合计厚度和透光率。