[发明专利]光电器件和生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电器件的领域，更具体地，涉及包括以所谓的薄膜技术生产的光电单元的器件。本发明还涉及薄膜光电器件的制造。

背景技术

如就其本身已知的那样，光电器件包括串联和/或并联连接的一个或多个光电(PV)单元。在无机材料的情况下，光电单元本质上由半导体材料制成的二极管(p-n或p-i-n结)构成。这种材料具有吸收光能量的性质，其物质上的部分(substantial part)可以传输至载流子(电子和空穴)。通过分别掺杂两个区域n型和p型(其可选地由未掺杂区域(称为“本征”区域并且用表达式p-i-n结中的“i”表示)分离)形成二极管(p-n或p-i-n结)，使得能够分离然后经由提供有光电单元的电极收集载流子。光电单元可以提供的电位差(开路电压，V_oc)和最大电流(短路电流，I_sc)依赖于用以形成单元组合体(cell assembly)的材料和该单元所暴露于的环境条件(包括照明的谱强度、温度等)二者。在有机材料的情况下，模型实质上不同，更多地利用其中形成称为激子的电子空穴对的施主和受主材料的概念。最终结果仍然相同：分离载流子以便收集并产生电流。

存在多种已知的用于制造光电单元的技术。根据自1975年开始的工业观点，开发了所谓的薄膜技术；这些技术包含：通过PVD(物理气相淀积)或PECVD(等离子体增强化学气相淀积)在衬底上淀积各种材料作为薄膜。之后出现了另一些制造技术，如所谓的晶体硅技术，这在当前表示大多数工业生产。这些技术包括：产生单晶或多晶硅的铸模(ingot)，然后将铸模切割为晶圆，并掺杂晶圆以便生产p-n或p-i-n结。新兴的技术使用有机单元或复合材料。

薄膜光电单元技术具有许多优点。与晶体硅技术相比，它们能够进行大面积的高吞吐量制造处理。薄膜光电单元在装配至模块时还具有良好的能量效率。将表述“光电模块”理解为多个光电单元的组合体。此外，模块还可以与一般包括静态转换器(SC)和可选的最大功率点跟踪器(MPPT)的控制电子设备相关联。

图1示出了用于制造薄膜光电单元器件的传统方法的步骤。各种膜的厚度未按照比例示出在图1的图中。

在薄膜技术中，通过PVD(物理气相淀积)或PECVD(等离子体增强化学气相淀积)或者甚至通过溅射或LPCVD(低压化学气相淀积)在衬底10上将各种材料淀积为薄膜。以这种方式，相继淀积第一导电电极11、形成一个或多个结的所谓的有源膜15以及第二导电电极12。电极11、12旨在收集有源膜15产生的电流。在薄膜技术中，有序的步骤对于在给定衬底上形成多个光电单元是必要的。确切地，为了增大制造产量，目标是要通过在大面积上进行相继的淀积以在给定衬底上产生若干个单元，通常在薄片(sheet)上产生几十至几百个单元(在研究阶段测量几cm²到生产阶段多于1m²)，然后这些单元串联连接以便增大器件的输出电压。下面将参照图4到6更详细地描述光电单元器件的电模拟。

图1示出了在衬底10上淀积第一电极11的第一步骤(a)。术语“衬底”10理解为是指支撑光电单元的有源元件的部分。衬底可以是刚性的，即由玻璃片制成，或者是柔性的，即由聚合物或不锈钢或钛的薄片制成；依据其是否被置于相对于有源膜的入射光路径中，其可以是透明的或者不透明的。也可以选择衬底以形成密封最终产品的多个薄片(sheet)中的至少一个，例如刚性光电模块情况下的玻璃衬底。本领域技术人员将能够选择最适合要制造的器件的各种有源膜的淀积的衬底(玻璃、聚合体或金属衬底)。

例如，第一电极11可以由对于光透明的氧化膜(如氧化铟锡(ITO))制成，或者由透明导电氧化物(TCO)(如，氧化铟(In₂O₃)、掺杂铝的氧化锌(ZnO)或掺杂氟的氧化锡(SnO₂))制成。尤其在衬底10是透明的且入射光经由与衬底相对的面穿透单元时，可以计划在第一电极(图2中标记为20)之前将背反射膜(back reflective film)直接淀积在衬底10上。背部反射膜例如可以是由铜、银或铝制成的膜。

图1示出了分割第一电极层11以便在由衬底10界定的给定面板中定义将形成对应数量的各个二极管的多个带；电极的面积限定了可以由以这种方式构造的二极管输送的最大电流。一般通过激光刻蚀(例如，利用Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)激光器)执行分割(segmentation)。