[发明专利]具有新型TCO层的光伏电池

说明书

本发明涉及一种新型光伏电池，其尤其包含涂覆有透明导电氧化物膜的玻璃基材，其中所述透明导电氧化物膜在本领域通常称为TCO膜。在以下说明书中，术语“玻璃基材”应理解为是指矿物玻璃基材。

众所周知，光伏组件由通常彼此串联的一排光伏电池组成。这些电池在曝露于光的时候会产生DC直流电。为了提供适量的能量，其对应于预期足够量的能量，足够大的面积必须覆盖大量的光伏组件。这些组件可以装入住宅或商业房的屋顶或者置于中央能量产生的地域。有多种生产光伏电池的技术。最常见的电池基于尤其是晶体硅的半导体或薄膜半导体。

通常而言，光伏组件因而包含支撑基材，以及所谓的光伏材料，其通常由n-掺杂和p-掺杂的半导体材料的多层而组成，在其电子接触区中它们形成了p-n结。另一个在对面的基材则保护所述光伏材料。关于这两种基材，将面对所吸收的光能的那一个称为前基材或前侧基材。该前侧基材优选在300-1250nm的波长区间具有非常高的透光率的透明矿物玻璃。有利的是进行热处理(即退火、回火或增韧)以长期(25-30年)抵抗坏的天气，尤其是冰雹。在光伏材料的两侧放置的是由导电材料制成的电极，其形成了光伏电池的正负极。如已知，光伏组件的两个电极(阳极和阴极)可以收集光伏材料在光效应下所产生的电流，传输并分离电荷，这是由于在半导体的分别的p-掺杂和n-掺杂区之间形成了电势差。该组件的实例例如描述于专利申请WO 2006/005889中，读者可以参考制造细节。

虽然作为半导体的单晶硅具有良好的能量效率，并且虽然呈“晶片”形式的第一代光伏电池由单晶硅制成，但是在工业中，对薄膜技术越来越感兴趣。

在该技术中，包含或由无定型硅(a-Si)或半结晶硅(μc-Si)或甚至碲化镉(CdTe)或者黄铜矿(CIS、CIGS或者CiGSe₂)组成的具有光伏功能的材料，在此以较厚膜的形式而直接沉积于基材上。然而，这些材料作为薄膜而沉积所具有的厚度下降，则在理论上提供了降低电池生产成本的可能性。玻璃基材上制备组件，并切割为最终尺寸的组件，因此包括沉积一系列的薄膜，并且在基材上直接依次沉积且形成，至少包括：

-对入射射线透明的前侧电极膜；

-形成光伏材料本身的多个种薄膜；和

-作为反射背电极的薄膜。

光伏电池，关于其尺寸以及在其之间所建立的电连接，是通过在各个薄膜沉积步骤之间使用中间激光刻蚀步骤而生产。通常回火并组装入光伏电池的玻璃基材因而形成了电池组件的前侧基材。然后，后侧支撑基材通常层压至具有多层薄膜的前侧基材的侧面上。

组件的前侧玻璃基材相对的电极当然是透明的，以让光能通过，到达吸收膜。该电极通常包含透明的导电氧化物(在本领域通常称为TCO(透明的导电氧化物))。

如已知，常用于制造这些TCO膜的材料为铝掺杂的氧化锌(AZO)、铟掺杂的氧化锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(SnO₂:F)或者镓掺杂的氧化锌(GZO)或硼掺杂的氧化锌(BZO)的薄膜。

应该清楚注意到形成电极的这些膜，尤其是置于前侧上、即与前基材靠近的那些，是薄膜太阳能电池的重要功能部件，这是因为它们用于排除通过电磁辐射入射到光伏半导体膜中而形成的电子或空穴。因此，对于该应用，需要其电阻尽可能的低。尤其是为了获得所需的导电或所需的低电阻，基于TCO的电极涂层必须以几百个纳米级的较大的物理厚度而沉积，导致成本比以薄膜形式沉积(尤其是使用磁控喷射技术时)的材料的成本高。基于TCO的电极涂层必须以较大的物理厚度(约几百个纳米)而沉积，这些材料在作为薄膜而沉积时，尤其通过磁控溅射沉积时成本很昂贵。基于TCO的电极涂层的主要缺点因而尤其是由于材料的物理厚度是其在沉积后的最终导电和最终透过率之间的必须妥协。换句话说，材料的物理厚度越大，其电导率越高，但是其透过率越低，反之亦然。因此，对于现有的TCO涂层，不可能独立地以令人满意的方式对电极涂层的电导率及其透过率进行优化。