[发明专利]制造薄膜太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造薄膜太阳能电池的方法，更具体地说，涉及制造能够减少制造成本并提高空间效率的薄膜太阳能电池的方法。

背景技术

一般地说，太阳能电池是用于将太阳能转换成电能的装置。该太阳能电池具有在p型半导体与n型半导体之间的结，且具有与二极管相同的基本结构。

下文将解释该太阳能电池的操作。

一般地说，该太阳能电池包括大面积的PN结二极管。对于光伏能量转换，要求太阳能电池具有这样的条件：电子被非对称地设置在半导体结构中。更具体地说，p型半导体区域具有低电子密度和高空穴密度，而n型半导体区域具有高电子密度和低空穴密度。因此，由于浓度梯度导致的扩散而使得热平衡状态下的PN结二极管具有不平衡的电荷。这可以导致电场的形成，由此导致载流子的不扩散。当将具有比带隙(band gap)(导带(conduction band)和价带(valence band)之间的能量差)大的能量的光施加于二极管时，已经接收了该光能量的电子被从价带激发到导带。被激发到导带的电子自由移动，且在电子已经离开的价带的位置处产生空穴。这被称为“过剩载流子”，并且由于浓度差异，这些“过剩载流子”在导带或价带中扩散。此处，在p型半导体中被激发的电子和在n型半导体中形成的空穴分别被称为“少数载流子”。另一方面，在结之前的p型或n型半导体内的现有载流子(p型半导体中的空穴和n型半导体中的电子)被称为“多数载流子”。

“多数载流子”由于电场所导致出现的能量势垒(energy barrier)而被阻碍不能移动。然而，电子(p型半导体中的“少数载流子”)可以各自移动到n型半导体。

由于少数载流子的扩散，在PN结二极管内部产生电势降。并且，当从该PN结二极管的两端产生的电动势被连接到外部电路时，该PN结二极管可以用作太阳能电池。

根据所使用的材料可以将太阳能电池大体分为硅基太阳能电池、化合物太阳能电池和有机太阳能电池。

根据半导体的相可以将硅基太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。

根据半导体层的厚度可以将太阳能电池分为堆积型(bulk type)太阳能电池和薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池的半导体层的厚度对应于几微米至几十微米。

在这些各种类型的太阳能电池中，具有高能量转换效率和低制造成本的堆积型太阳能电池被广泛地用于地电(terrestrial electricity)。

然而，根据近来对于堆积型太阳能电池的高需求，堆积型太阳能电池的原材料变得不足。这可能导致堆积型太阳能电池具有高的价格。

针对用于地电的太阳能电池的低制造成本和大规模生产，需要一种能够将原材料硅的量减少为当前使用量的1/100的薄膜太阳能电池。

薄膜太阳能电池的优点在于比堆积型太阳能电池更容易实现大面积。然而，薄膜太阳能电池的缺点在于：由于光接收表面的透明电极的电阻而导致面积增加，能量转换效率劣化。

为了解决该问题，已经开发了集成型薄膜太阳能电池。该集成型薄膜太阳能电池具有其中透明电极被划分为多个条形电极且形成在这些电极上的单元电池彼此串联连接的结构。在这种结构下，由于该透明电极的电阻所导致的功率损耗可以减少。此外，在以大面积制造集成型薄膜太阳能电池的情况下，转换效率的劣化可以减小。

下文将参照附图更详细地解释普通薄膜太阳能电池。

图1是示意性例示根据现有技术的薄膜太阳能电池的截面图。

如图所示，普通薄膜太阳能电池包括彼此串联连接的多个单元电池。各个单元电池包括基板、在基板10上形成的透明电极12、在透明电极12上形成的且由非晶硅形成的半导体层13以及在半导体层13上形成的金属电极14。

透明电极12由透明导电氧化物(TCO)形成，用于透射穿过基板10从外部入射的太阳光。

半导体层13具有pin结构，该pin结构包括形成在透明电极12上的p型硅层、形成在该p型硅层上的本征硅(intrinsic silicon)层以及形成在该本征硅层上的n型硅层。

下文将解释制造薄膜太阳能电池的工艺。

首先，在基板上沉积透明电极形成薄膜、半导体层形成薄膜和金属电极形成薄膜。然后，通过激光划片工艺(laser scribing process)分别形成透明电极12、半导体层13和金属电极14。附图标记H3指示通过激光划片工艺形成的用于对金属电极14进行构图的槽。并且，附图标记H4指示被形成为沿着薄膜太阳能电池的外围部分的四个表面暴露基板10的槽，该槽用于将薄膜太阳能电池与外部绝缘。