具有单片集成和背面接触器的薄膜太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种新型的具有单片集成和背面金属接触器的薄膜光伏器件以及制造该器件的方法。本发明专利技术所描述的创新方法实现了完全通过薄膜处理来构造的器件和方法。根据本发明专利技术的太阳能电池由于降低了透明导电电极中的电流损失而提高了大器件的输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有单片集成和背面接触器的薄膜太阳能电池相关申请的交叉引用本申请要求2008年6月4日申请的美国临时专利申请第61/130，拟6号和2008 年6月7日申请的美国临时专利申请第61/131，179号的优先权，上述两案的内容以引用的 方式并入本文。
技术介绍
目前的太阳能技术可以粗略分类成晶体硅技术和薄膜技术；本专利技术涉及薄膜太阳 能膜。大约90%的太阳能电池是由硅(单晶硅或多晶硅)制成的。晶体硅(c-Si)已在大 多数太阳能电池中用作光吸收半导体(light-absorbing semiconductor)，虽然它是相对 较差的光吸收体并且需要相当厚(数百微米)的材料。尽管如此，晶体硅被证明是方便的， 因为它生产出具有良好效率(13-18%，理论最大值的二分之一到三分之二)的稳定的太阳 能组件并且使用从微电子工业的知识基础发展出的工艺技术。第二代太阳能电池吸收体技术是基于本领域承认的术语“薄膜”。主要的薄膜技 术有非晶硅、铜铟镓硒(CIGQ和碲化镉(CdTe)。CdTe薄膜太阳能电池的制造非常的简单， 并且与所有其他的太阳能电池技术相比有希望实现最低的制造成本。NREL已证实了效率 为16. 5%的CdTe太阳能电池。现有技术通过在3mm厚的玻璃衬底上沉积CdTe，并用第二 个3mm的盖片玻璃进行封装来构造CdTe太阳能电池。因此它们是通过缓慢的逐件制造工 艺进行制造。这些CdTe太阳能电池非常的重，难以用于住宅屋顶应用一一太阳能工业最大 的细分市场之一。柔性太阳能电池的重量较轻，这使得它适合于住宅屋顶应用，这样的应用 对于重玻璃衬底上的CdTe而言是不易实现的。需要更高效的具有薄膜技术的衬底结构。诸如Kaneka 、Siarp 、khott Solar 和Ersol 的许多公司正在使用商业上证实的CVD工艺来沉积最初为了平面显示器制造而 开发的a-Si，从而在玻璃衬底上制造非晶硅太阳能电池。诸如Applied Materials 的玻 璃衬底设备公司提供了全程解决方案(turn-key)系统以在玻璃衬底上制造非晶硅太阳能 电池。在诸如玻璃之类的透明衬底上使用上基板(superstrate)配置制造常规的CdTe 和非晶硅太阳能电池。现有技术的建立在玻璃衬底上的薄膜太阳能电池组件是单片集成 的，通过使用激光划线和机械划线工艺的组合来隔离电池并将其串联互连而成。薄膜太阳 能电池的一个主要缺点是这些电池/组件只能产生有限的电流，因为所有的电流必须通过 导电性有限的透明导电氧化物。因此，每个模块最高可获得的电流的限制显著地加大了系 统成本权衡，因此对薄膜太阳能电池在大太阳能农场市场中的使用造成了严重的限制。为 了解决该问题，已将背面金属接触器技术用于硅太阳能电池。但是这些技术不能用于在玻 璃衬底上构造的传统的上基板薄膜太阳能电池，因为在玻璃衬底上构造的太阳能电池就算 可以也很难实现背面接触器。当使用不透明金属箔或半透明聚合物衬底来制造非晶硅、CIGS或CdTe太阳能电 池时，使用用于太阳能电池的衬底配置。Solexant公司已经公开了用于CdTe衬底太阳能电5池的背面接触器形式的新颖的想法，参见申请日为2009年3月2日的共同转让的未决美国 申请第12/380，638号，该案的内容以引用的方式并入本文。现有技术还公开了一种绝缘衬底结构，其将单片集成与将透明导体连接到背面金 属的方法相结合，参见美国专利第5，626，686号；第5，733，381号；第5，421，908号和第 5，拟8，439号，其内容全部以引用的方式并入本文。这些设计仅通过使用绝缘衬底的太阳能 电池来起作用。这些器件不通过导电衬底来起作用；也没有建议当考虑导电衬底时所面对 的问题的解决方案。现有技术中已经使用了导电衬底，但是没有人成功地使用用于柔性衬底上的光伏 器件的薄膜吸收体材料将导电衬底与串联互连和并联电流收集相结合。CIGS太阳能电池 常常建立在导电衬底上，但是它们的互连结构需要改进。诸如Odersim的一些公司将这些 成卷的薄膜切割成Icm的小条并且将其手工粘结以建立串联互连。这是一个费力费钱的过 程。其他的现有技术方法建立穿过吸收体层的导通孔(via)，并用导电胶填充所述导通孔以 建立发射极卷绕，从而将透明导体连接到背面金属电极，参见美国专利第7，276，724号和 美国专利公布第2007/0186971号，其内容都以引用的方式并入本文。使用CdTe和类似的吸收体材料的绝缘衬底上的薄膜太阳能电池在现有技术中 是已知的，参见McCandless，B.等人的美国专利4，709，466和Tyan，Y-S.等人的美国 专利第4，207，119号，两者的内容都以引用的方式并入本文。United Solar Systems Corporation 生产的构建在柔性金属箔上的非晶硅太阳能电池(参见美国专利第 6，803，513号，其内容以引用的方式并入本文)使用单片集成并且忍受这些组件中的低电 流。为了克服透明导电电极的电阻限制，United Solar Systems Corporation 使用麻烦 且昂贵的过程来将细金属丝结合到透明导体的表面上，以便使电阻损失最小化。具有其他 串联互连结构的金属衬底在现有技术中是已知的，参见美国专利第5，468，988号。本专利技术公开了一种构建具有单片集成和背面金属接触器的薄膜太阳能电池的新 颖的方法。本专利技术所描述的创新方法的一个优点是实现了完全通过薄膜处理来构造的器件 和方法。根据本专利技术的太阳能电池由于降低了 TCO层中的电流损失而提高了大器件的输 出O
技术实现思路
在本专利技术的一个实施例中，要求保护一种光伏器件，包括多个光伏电池，每个所述 电池独立地包括透明导电电极、窗口层、吸收体层、底部电极、导电衬底、以及背面电极，其 中所述底部电极和所述背面电极位于所述衬底的相对侧。在一个实施例中，所述衬底具有 通过所述衬底延伸的多个导通孔。在另一个实施例中，所述导通孔通过所述导通孔内部的 薄绝缘层与所述导电衬底绝缘。在另一个实施例中，第一电池的底部电极和相邻电池的背 面电极通过至少一个第一接触器电连接，其中所述至少一个第一接触器通过所述导通孔延 伸，以及第一电池底部电极和所述相邻电池背面电极不通过导电衬底电连接。在另一个实 施例中，至少一个第一接触器包括导通孔壁上的毗连涂层。在另一个实施例中，至少一个第 一接触器包括填满导电材料的导通孔。在另一个实施例中，至少一个电池通过至少一个第 一接触器串联连接到相邻电池，以及其中所述至少一个第一接触器实现所述至少一个电池 的底部电极与相邻电池的背面电极之间的电接触。在又一个实施例中，所述背面电极包括第一接触器附近的划线，其中所述划线通过所述背面电极延伸，以及所述相邻电池在底部 电极中包括划线，其中所述划线位于所述第一接触器附近并且通过所述底部电极延伸。在 另一个实施例中，第一划线通过所述透明导电电极延伸，其中所述第一划线位于所述第一 接触器附近。在另一个实施例中，所述第一划线通过所述透明导电电极，通过所述窗口层、 所述吸收体层和底部电极层延伸。在另一个实施例中，第二划线通过所述透明导电电极延 伸，其中所述第二划线位于所述第一接触器附近且位于所述第一划线的相对侧。在另一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏器件，包括：　　多个光伏电池，　　每个所述电池独立地包括透明导电电极、窗口层、吸收体层、底部电极、导电衬底、以及背面电极，　　其中所述底部电极和所述背面电极位于所述衬底的相对侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D雷迪，C莱德霍姆，B格根，
申请(专利权)人：索莱克山特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]