[发明专利]具有高反射背电极的薄膜太阳能电池制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜太阳能电池，尤其是适合大规模工业连续在线生产的非晶硅薄膜太阳能电池，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

太阳能电池几乎是材料和器件同时形成，能耗低，属低碳经济发展中的绿色节能环保产品。

目前，非晶硅薄膜太阳能电池的关键问题在于如何提高光电转换效率和改善电池稳定性。通常，非晶硅太阳能电池包括有源区或光电转换单元，和设置成前电极透明导电氧化物（TCO）膜层和背电极金属膜层。非晶硅太阳能电池是典型的薄膜型PV器件，具有一个或多个P-I-N结，P-I-N结又有同质结和异质结之分。每个P-I-N结或光电转换单元，都包括P型硅层(正极)，本征I型硅层（有源层），N型硅层(负极)。一般使用玻璃基板时先制作透明导电膜前电极（或称为窗口层），然后制作P-I-N结，之后制作金属背电极（或AZO/金属复合背电极）；使用不锈钢时会颠倒工序进行制作，即先制作背电极根据不同的工艺要求，可先制作金属背电极（或金属/AZO复合背电极），然后制作P-I-N结，之后制作透明导电膜前电极。

导电氧化物膜 AZO/金属复合背反射电极不但可以使源层I层光吸收增强，增大短路电流，提高转化效率，而且可以进一步减薄I层，减少膜层的光至衰减，改善电池稳定性。近年来，AZO/金属复合背电极结构已经被众多非晶硅薄膜太阳能电池厂家所采用并已经进入大规模工业生产阶段。关于AZO（氧化铝掺杂的氧化锌透明导电膜）/金属复合背电极结构已经出现在以往专利中，如：CN 101246923A、CN 101527337A、CN 101488532A。

工业上生产应用于背电极的AZO透明导电膜层和Al、Ag等金属电极膜层一般采用磁控溅射法。从膜层反射率考虑Ag膜的反射性最佳；数据显示：在500nm波长处，Ag、Al的反射率分别是97.9％、91.5％，对于极薄的Cr层（膜厚小于20nm）其反射率在550nm波长处为31％。所以在高性能电池组件生产当中一般采用Ag层作为最接近AZO膜层的金属反射层，从而最大程度的提高背电极膜层反射率。但是Ag、Au等贵金属的与氧化物的附着力非常低，导致直接镀制的AZO加Ag膜层间附着力非常低，直接影响生产质量。

为了解决这个问题，一般是在氧化物AZO与金属Ag层之间加入Cr、Ti等与氧化物膜层间附着力强的金属层作为过渡层从而力图提高层间附着力。

但是加入这些金属层会大大降低Ag膜层作为反射层的最终反射率，从而导致背电极整体效能下降，从而降低薄膜光伏组件的性能。所以，如何在不加入其它过渡层的情况下大幅度提高氧化物AZO与金属Ag膜层之间的附着力是目前急需解决的技术难题。

薄膜与基底以及薄膜与薄膜之间的附着力是范德华力、扩散附着、机械咬合以及化学键合等的综合作用结果，其中氧化物膜层与金属膜层之间附着力主要受化学键合作用影响。已知的Cr、Ni、Ti等与氧化物膜层有强附着力的金属膜层都具有易氧化的特点。其形成的Cr-O、Ni-O、Ti-O化合键键能很高能够极大提高金属与氧化物膜层的附着力，如专利CN 1309189A。然而，Au、Ag等金属由于抗氧化性非常强，很难形成Au-O、Ag-O等金属氧化键，所以这类金属在氧化物表面的附着力普遍很弱。中国专利 CN 101694852B《一种太阳能电池及制造方法》，公开了在AZO层和金属Ag层之间加入过渡层，如铬、钒、锰、钼、钨、钛等易材料，用于增加AZO层和金属Ag层之间的附着力，但是加入的过渡层会大大降低Ag背电极的反射性。

等离子清洗是工业当中一种清洗玻璃介质表面的方法，一般放在镀膜工序最前端进行，如中国专利 CN 101707229A《一种降低硅基薄膜电池串联电阻的工艺》，其在背电极镀制工艺前加入清洗/离子轰击等工艺方案，在TCO表面产生绒面，增加TCO与后续金属层的接触面积，从而减少接触电阻，降低电池的串联电阻。但是该专利技术是对激光刻划后的TCO进行等离子清洗/轰击，在工艺过程中不仅轰击了TCO膜层，同时还会轰击非晶硅膜层，造成非晶硅膜层的缺陷增加，降低了非晶硅膜短路电流和发电效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明对现有太阳能电池制造方法，尤其是背电极镀膜工艺进行改进，解决如何在不采用过渡层的情况下提高AZO氧化物层与背电极膜层Ag金属反射层附着力的技术难题。