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 61/130,926 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。
背景技术 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 ； 本发明涉及薄膜太阳 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 (CIGS) 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——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 KanekaTM、 SharpTM、 Schott SolarTM 和 ErsolTM 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 MaterialsTM 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
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 5,928,439 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 Odersun 的一些公司将这些 成卷的薄膜切割成 1cm 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 TM 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 CorporationTM 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。
本发明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。 本发明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。根据本发明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。 发明内容 在本发明的一个实施例中， 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 实施例中， 所述第二划线延伸通过所述窗口层和所述吸收体层。 在另一个实施例中， 所述第 一划线和所述第二划线实质上彼此平行。 在另一个实施例中， 多个第二接触器， 其中所述多 个第二接触器中的每一个独立实现所述透明导电电极和所述背面电极之间的并联接触， 其 中所述多个第二接触器与所述底部电极电绝缘， 以及所述底部电极不与所述背面电极电连 接。在另一个实施例中， 所述第二接触器和所述背面电极通过导通孔壁上的毗连涂层电接 触。在另一个实施例中， 所述第二接触器和所述背面电极通过填满导电材料的导通孔电接 触。在另一个实施例中， 存在实现至少两个电池之间的串联连接的第一接触器以及实现电 池内的并联连接的第二接触器。在另一个实施例中， 存在至少一个第一接触器和多个第二 接触器， 其中所述第一接触器和所述第二接触器中的每一个独立包括通过所述衬底延伸的 导电材料薄层。 在另一个实施例中， 存在至少一个第一接触器和多个第二接触器， 以及设置 在所述第一接触器和 / 或所述第二接触器内部的薄绝缘层。在另一个实施例中， 存在至少 一个第一接触器和多个第二接触器， 以及设置在所述第一接触器导通孔和 / 或所述第二接 触器导通孔内部的薄阻挡层。 在另一个实施例中， 多个光伏电池以非直线的排列方式连接。 在本发明的另一个实施例中描述了一种光伏器件， 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、 绝缘衬底和背面电极， 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。在另一个实施例中， 所述衬底具有多 个通过衬底延伸的导通孔。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。 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。在另一个实施例中， 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， 存在通过所述透明导电电极的第一划线， 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， 通过所述透明导电电极的所述第一划线通过 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， 存在通过所述透明导电 层的第二划线 ； 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 另一个实施例中， 所述第二划线延伸通过所述窗口层与所述吸收体层。 在另一个实施例中， 所述第一划线和所述第二划线实质上彼此平行。 在另一个实施例中， 多个第二接触器， 其中 所述多个第二接触器中的每个独立地实现所述透明导电电极与所述背面电极之间的并联 接触， 其中所述多个第二接触器与所述底部电极电绝缘， 以及所述底部电极不与背面电极 电连接。在另一个实施例中， 所述第二接触器和所述背面电极通过导通孔壁上的毗连涂层
电接触。在另一个实施例中， 所述第二接触器和所述背面电极通过填满导电材料的导通孔 电接触。在另一个实施例中， 存在实现至少两个电池之间的串联连接的第一接触器以及实 现电池内的并联连接的第二接触器。在另一个实施例中， 存在至少一个第一接触器和多个 第二接触器， 其中所述第一接触器和所述第二接触器中的每一个独立包括通过所述衬底延 伸的导电材料薄层。 在另一个实施例中， 存在至少一个第一接触器和多个第二接触器， 以及 设置在所述第一接触器和 / 或所述第二接触器内部的薄绝缘层。在另一个实施例中， 存在 至少一个第一接触器和多个第二接触器， 以及设置在所述第一接触器导通孔和 / 或所述第 二接触器导通孔内部的薄阻挡层。在另一个实施例中， 多个光伏电池以非直线的排列方式 连接。
本文描述的器件的吸收体层包括选自于 IV 族材料、 II-VI 族化合物、 III-V 族化合 物、 I-III-VI 族化合物或有机聚合物的材料。在另一个实施例中， 所述吸收体层包括选自 于硅、 非晶硅、 晶体硅、 微晶硅、 锗或 SiGe 的材料。在另一个实施例中， 所述吸收体层包括选 自于 CdTe、 PbSe、 PbTe、 SnSe、 SnS 或 SnTe 的化合物。在另一个实施例中， 所述吸收体层包 括选自于 GaAs 或 InP 的化合物。在另一个实施例中， 所述吸收体层包括选自于 CIS 或 CIGS 的化合物。在另一个实施例中， 所述吸收体层包括 CdTe， 以及所述窗口层包括 CdS。 在本发明的另一个实施例中公开了一种用于制造光伏器件的过程， 包括 ： 提供具 有多个孔的衬底， 在所述衬底的每一侧沉积金属电极层以产生底部电极和背面电极， 对一 个或多个孔周围部分的金属层划线以使孔与底部电极电隔离， 对底部和背面电极纵向划线 以限定相邻的电池， 由此相邻的电池通过一个电池的底部电极与相邻电池的背面电极之间 的通过至少一个孔的至少一个接触器彼此电接触， 所述孔位于底部划线与背面电极划线之 间， 以及进一步包括， 沉积吸收体层， 以及沉积透明导体层。 在另一个实施例中， 公开了涂覆 一些孔以及填充一些孔。在另一个实施例中， 公开了在串联互连导通孔一侧的电池的透明 导电电极上纵向划线， 以及在同一串联互连导通孔的相对侧的电池的透明导电电极上纵向 划线， 其中所述划线紧密靠近所述串联互连导通孔， 以及所述划线去除 TCO 层。在另一个 实施例中， 公开了在串联互连导通孔一侧的电池的透明导电电极上纵向划线， 其中所述划 线紧密靠近所述串联互连导通孔， 以及所述划线去除 TCO 层、 窗口层、 吸收体层和底部电极 层， 以及进一步包括对同一串联互连导通孔的相对侧的背面接触电极划线。在另一个实施 例中， 公开了在电流收集导通孔周围从透明导电电极的周围区域向下到底部电极划线。
附图说明
图 1 显示了具有通过串联互连装置连接的相邻光伏电池的光伏器件的侧视图。
图 2 显示了具有电流收集导通孔和串联互连导通孔的光伏电池的侧视图。
图 2A 显示了绝缘衬底上的图 2 的电流收集导通孔的放大侧视图。
图 2B 显示了绝缘衬底上的串联互联导通孔的侧视图。
图 3 显示了具有电流收集导通孔的光伏电池的局部剖视图。
图 4 显示了具有通过串联互连导通孔连接的相邻光伏电池的光伏器件的局部剖 视图。
图 4A 显示了具有在透明导电电极处通过划线图案隔离的相邻光伏电池的光伏器 件的局部侧视图。图 5 显示了导电衬底上连接相邻光伏电池的串联互连导通孔的局部视图的侧视图。 图 6 显示了导电衬底上的具有串联互连导通孔和电流收集导通孔的光伏电池的 侧视图。
图 7 显示了本发明的器件的衬底构造的俯视图和相应的侧视图
图 8 显示了具有用于电流收集的孔以及串联互连导通孔的衬底的俯视图和相应 的侧视图。
图 9 显示了生成绝缘层之后的俯视图和相应的侧视图。
图 10 显示了阻挡层沉积之后的俯视图和相应的侧视图。
图 11 显示了正面和背面电极沉积之后的俯视图和相应的侧视图。
图 12 显示了具有相邻电池的光伏器件在对底部电极划线以建立邻近电池隔离以 及对底部电极划线以隔离电流收集导通孔之后的俯视图和相应的侧视图。
图 13 显示了吸收体层沉积之后的俯视图和相应的侧视图。
图 14 显示了窗口层沉积之后的俯视图和相应的侧视图。
图 15 显示了透明导电电极沉积之后的俯视图和相应的侧视图。
图 16 显示了创建正面和背面光伏电池隔离划线之后的俯视图和相应的侧视图。
图 17 显示了具有以直线样式连接的多个电池的光伏器件。
图 18 显示了具有以并排样式连接的多个电池的光伏器件。
图 19 显示了具有以垂直并排样式连接的多个电池的光伏器件。
图 20 显示了具有以环形样式连接的多个电池的光伏器件。
具体实施方式
现在详细参考本发明的包括发明人为了执行本发明所设想的最佳方式在内的一 些具体实施例。附图中显示了这些具体实施例的示例。虽然结合这些具体实施例描述本发 明， 但是应理解， 其并非要将本发明限制于所描述的实施例。相反， 其涵盖所附权利要求所 限定的本发明的实质和范围内可包括的各种替代形式、 修改形式和等价形式。在接下来的 描述中， 为提供对本发明的透彻理解而阐述了大量的具体细节。可以在缺少一部分或者全 部这些具体细节的情况下实施本发明。在本说明书和所附权利要求书中， 如未对某个术语 加以明确的数量限制， 则应认为其包含单数和复数的含义， 除非上下文中明确表明不是这 样。除非另有限定， 本文所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员通 常的理解相同的含义。
本文中使用的 “光伏器件” 指的是能够在工作环境中将光转化成电的多层结构。 当 使用衬底或上基板配置来构建太阳能电池时， 本文所描述的本发明是适合的。该器件可具 有实际使用该器件所必需的任意的其他结构， 例如引线 (lead)、 接线 (connection) 等等。 本文中使用的 “每个所述电池独立地包括” 指的是 “电池” 为 “多个电池” 且组成多个电池的 每个单独的电池可包括所描述的层。
当在本文中使用时， “光伏电池” 被广义地定义成器件的能够进行光电转换的部 分并且通常是光伏器件中的最小单位。在这里， 通过各个电极层中存在的划线 (scribe) 的位置来限定电池的边界。本发明的不同的实施例要求不同的划线布局以及不同的电池结构。优选地， 通过底部电极层中的划线和如这里进一步限定的背面接触电极来分隔电 池。在一个优选实施例中， 通过电池边缘处的互连导通孔附近的底部电极中的划线来分 隔相邻的光伏电池。每个光伏电池优选包括衬底、 设置在衬底的两 ( 相对 ) 侧上的电极、 绝缘层、 阻挡层、 吸收体层、 窗口层以及透明导电氧化物电极层。在 Durstock， M. 等人的 “Materials for photovoltaics ： symposium held Nov.29-Dec.2， 2004， Boston， MA， USA ： Symposium proceedings/Materials Research Society v.836(2005)” 中可找到适合于本 文所公开的光伏电池层的材料的非限制性示例， 该文的内容以引用的方式并入本文。本文 所描述的发明还适合于叠层 (tandem) 光伏电池。 “Preparation and Characterization of Monolithic HgCdTe/CdTe Tandem Cells” Mater.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.836 ， p.265-270(2008) 中描述了用于本发明的叠层器件的合适的结构， 该文的内容以引用的方 式本如本文。本发明所构思的用于光伏器件的光伏电池并不需要每一个都是唯一的。所述 用于光伏器件的光伏电池在层结构、 材料、 形状或者其他方面可以有所变化。
“多个光伏电池” 指的是至少两个光伏电池。优选地， 电池彼此相邻设置。本发明 设想任意数量的电池可以互相串联连接， 并且还提供了用于光伏电池互连的新颖结构。在 一个优选实施例中， 除串联互连导通孔外， 一个电池的底部电极与其相邻电池的背面电极 不发生电接触。 “单片集成” 指的是将多个光伏电池结合在一起。
适合于建立本发明的导通孔的孔是 “电流收集导通孔” 和 “串联互连导通孔” 类型 的。 “导通孔” 指的是过去是衬底中的孔现在则被填充的器件部分。 “导通孔” 还可以指器 件中可通过除以孔开始之外的其他方法形成的任何其他开口或结构。首先通过冲孔、 钻孔 或其他方式在衬底箔中制造衬底孔， 它们的尺寸可以是相同的或不同的， 优选尺寸是在大 约 25-500 微米之间一致的。在一个替代实施例中， 电流收集孔具有与串联互连孔不同的尺 寸。电流收集孔可具有彼此不同的尺寸， 串联互连孔可具有彼此不同的尺寸。本发明设想 任意形状的孔都是合适的， 方孔、 三角形孔、 复杂形状的孔等等。孔通过衬底延伸。孔在衬 底上的样式优选是一致的， 但可以是所需的任意形状。
“通过衬底延伸” 指的是导通孔或接触器从衬底的一个表面到相对的表面用另一 种材料取代衬底材料。
“串联互连导通孔” 表示孔或导通孔， 在某些实施例中被称为 “第一接触器” ， 在这 些实施例中， 光伏电池通过孔或导通孔壁上的导电涂层或者通过孔或导通孔中的导电填料 与相邻的电池电接触。 “Serial( 串联 )” 和 “series( 串联 )” 在本文中可以互换使用。本 发明设想一个 “串联互连导通孔” 用来连接相邻的阵列， 但在相同的阵列上可以使用两个或 更多个串联互连导通孔。优选地， 互连导通孔不与电池的 TCO 层或相邻电池电接触， 因此被 电隔离。在一个实施例中， 可以通过在互连导通孔附近和 / 或周围的 TCO 层上刻图来实现 隔离。另外， 可在 TCO 层附近的互连导通孔上和 / 或互连导通孔中沉积薄膜作为绝缘体或 者沉积堵塞物作为绝缘体以实现隔离。
“串联互连” 意为串联连接的两个电池， 优选为串联连接的两个相邻的电池。
“电流收集导通孔” 意为优选包括导通孔或孔的接触器， 在具有从背面电极到 TCO 层的接触器的光伏电池中也被称为 “第二接触器” ， 优选并联连接到至少一个其他的 “电流 收集导通孔” 。该术语也被称为 “电流收集孔” 。
与本发明的光伏电池一起使用的吸收体层包括包含能够进行光电转换的半导体 化合物的膜， 其中半导体化合物选自于 I-VI、 II-VI、 III-V 和 IV-VI 族化合物、 IV 族半导 体或有机半导体。优选的是 CdTe， Mo 由于更好的热匹配而最适合于 CdTe 沉积。CdTe 的沉 积方法包括近距离升华 (CSS)、 喷射沉积 (SD)、 丝网印刷和电沉积。其他吸收体材料包括 I-III-VI 化合物， 例如 CIGS。CIGS 为 CuInxGa1-xSe， 其中 0 ≤ x ＜ 1， 在此包括本领域称作 CIGS 的包括 CIS、 CISe、 CIGSe、 CIGSSe 在内的一类材料。适合于在本发明中使用的有机半 导体包括聚 (3- 己基噻吩 ) 或聚 (3- 辛基噻吩 ) 以及其他本领域已知的有机半导体， 参见 例如 Drndic， M. 等人 2006 年 2 月 6 日申请的美国公布专利申请第 20070102694 号， 其内容 以引用的方式并入本文。吸收体层优选具有大约 1-10 微米之间的厚度。
本文所使用的窗口层被设计为与吸收体层形成结， 与本发明一同使用的吸收体层 优选包括 n 型材料。合适的窗口材料为 CdS、 CdSe、 ZnS、 ZnSe 以及氧硫化物。目前 CdS 与 CdTe 形成最佳的异质结， 因此是优选的。窗口层可具有 50-200 纳米的厚度。可以使用诸如 溅射或蒸发之类的 PVD 工艺来沉积 CdS。
根据本发明所使用的衬底可包括绝缘材料或导电材料。 衬底可以是导电不透明金 属箔 ( 不锈钢、 铝或铜 )、 柔性透明高分子膜 ( 例如聚酰亚胺、 聚酰胺、 聚苯醚砜、 聚醚酰亚 胺、 聚萘二甲酸乙二醇酯、 聚酯等等 ) 或刚性透明玻璃 ( 硼硅酸盐或碱石灰 )。衬底优选为 柔性的。 衬底的厚度可以是由期望的最终用途所决定的任意合适的尺寸， 但是优选地， 柔性 金属箔的厚度为 25-250 微米， 柔性高分子膜的厚度为 10-100 微米， 或者玻璃的厚度为 1-5 毫米。 根据本发明的电极层包括透明导电电极、 以及底部和背面电极， 其中底部和背面 电极优选为金属电极并且位于衬底的相对侧。 “衬底一侧的电极” 和 “相对侧的电极” 不表 示电极必须直接设置在衬底上， 因为电极和衬底之间可以存在中间层。适合于金属电极的 材料的非限制示例包括 Mo、 Ti、 Ni、 Al、 Nb、 W、 Cr 和 Cu。优选为 Mo、 Ti 或 Ni。金属电极层 厚度可以为 50 纳米至 2,000 纳米， 或者更优选为 250-2000 纳米。可以通过本领域已知的 物理气相沉积技术来沉积金属层。这并不是限制将电极层实际设置在衬底表面上。透明导 电电极通常使用具有良好的导电性和在可见光谱范围内高度透明的 n 型材料， 并且可包括 选自于 ZnO、 ITO、 SnO2、 Cd2SnO4、 In2O3 或 Zn2SnO4 的材料。优选使用 ZnO， 原因在于它的光电 特性、 它的机械、 热以及化学稳定性。 如需要， 可以组合使用两个不同的透明导电电极层， 因 此利用两种不同材料的不同特性。ZnO 还可以包括如美国专利第 7,265,037 号中公开的纳 米线， 该案的内容以引用的方式并入本文。
本发明设想光伏电池中可以存在各种界面层以匹配相邻层晶体结构、 微观结构、 晶格常数、 电子亲合性 / 功函数、 热膨胀系数、 扩散系数、 化学亲合性和迁移率、 机械粘附性 和迁移率、 界面应力、 缺陷和界面态、 表面复合中心等等。本文所使用的 “界面层” 意为包括 吸收体层与窗口层之间或者吸收体层与底部电极之间的一层或多层。通过定义， “界面层” 包括单层以及一组多层， 可以为 1、 2、 3、 4、 5 或更多层。每个层或多层可独立地包含薄膜、 纳 米颗粒、 烧结的纳米颗粒或这三者中的一种或多种的组合。 而且， 本发明设想多个界面层包 括具有相同和 / 或不同晶粒尺寸 (grain size) 的膜， 也包括纳米颗粒、 烧结的纳米颗粒和 或不同化学成分的薄膜的层。适合于电极层与吸收体层之间的界面层的材料的示例包括 2009 年 3 月 13 日申请的共同转让和未决的美国专利申请第 12/381,637 号， 该案的内容以
引用的方式并入本文。在一些实施例中， 特别是在吸收体层和窗口层之间， 包括如 2009 年 3 月 24 日申请的共同转让和未决美国专利申请第 12/383,532 中教导的界面层可以是有益 的， 该案的内容以引用的方式并入本文。
适合于本发明的阻挡层包括玻璃、 氮化物、 氧化物、 碳化物或以上物质的混合物， 并且具有 50-500 纳米之间的厚度。阻挡层是可选的， 并且额外地防止污染物扩散。当使用 绝缘衬底时， 优选在顶部氧化物层上应用阻挡层而不在底部氧化物层上应用阻挡层。当使 用导电衬底时， 优选在顶部氧化物层上和在底部氧化物层上应用阻挡层， 其中阻挡层材料 还薄薄地并且基本均匀地涂覆在孔或导通孔的内部。
适合于本发明的绝缘层材料包括无机材料， 例如金属氧化物 TiO2、 ZnO、 CuO、 Cu2O 以及氧化锆、 氧化镧、 氧化铌、 氧化锡、 氧化铟、 氧化铟锡 (ITO)、 氧化钒、 氧化钼、 氧化钨、 氧 化锶等等。同样适合的还有选自于 I-VI、 II-VI、 III-V 或 IV-VI 族化合物、 IV 族半导体、 或 有机半导体的材料。 “导通孔内部的薄绝缘层” 意为厚度可与孔或导通孔的内径相同的层。 优选地， 厚度为更小， 优选在 2-20 微米之间， 更优选地在 2-10 微米之间。
“形成层” 意为沉积、 蚀刻、 反应划线或建立或增加层、 或者在已存在的层上作用的 步骤， 包括 PVD、 CVD、 蒸发和升华。适合于形成本文所公开的层的技术包括 2009 年 3 月 2 日 申请的共同转让和未决的美国专利申请第 12/380,638 号中公开的卷对卷 (roll to roll) 连续工艺， 该案的内容以引用的方式并入本文。 “划线” 作为名词使用时意为通过激光制图 (laser patterning) 去除或切掉的部 分。适用于本发明的划线技术包括机械的或激光。
“表面处理” 的含义包括湿法刻蚀、 干法刻蚀、 溅射、 还原、 电化学、 热处理以及离子 铣削处理。这些示例仅仅是说明性的而不是穷尽的。
本发明设想纳米颗粒和 / 或烧结的纳米颗粒在本发明的光伏电池中是有益的。本 发明中的有益种类包括化合物半导体， 所述化合物半导体包括 I-VI、 II-VI、 III-V 和 IV-VI 族化合物以及 IV 族半导体。其还包括 I-III-VI 化合物， 例如 CIGS。CIGS 为 CuInxGa1-xSe， 其中 0 ≤ x ＜ 1， 在此包括本领域称作 CIGS 的包括 CIS、 CISe、 CIGSe、 CIGSSe 在内的一类 材料。本文中使用的球形纳米颗粒具有的尺寸大约在 1-100 纳米之间， 优选大约在 2-20 纳 米之间。应当理解的是， 本发明设想本文中使用的 “纳米颗粒” 并不限于球形或基本上球形 的颗粒， 而是包括各种形状的纳米结构， 例如四角结构、 弯棒 (bentrod)、 纳米线、 纳米棒、 颗 粒、 空心颗粒、 单一材料、 合金材料、 匀质材料和非匀质材料。纳米颗粒的尺寸是可变的， 但 是优选的是如果颗粒为细长结构， 即纳米棒， 则纳米棒的长度具有大约 100 纳米的最大长 度， 以及具有大约 1-20 纳米、 优选约 5 纳米的最大直径。
根据本发明的纳米颗粒或烧结的纳米颗粒可以具有芯或芯 / 壳或芯 / 壳 / 壳、 或芯 / 壳 / 壳 / 壳结构。芯和 / 或壳可以是半导体材料， 所述半导体材料包括但不限于 II-VI 族 (ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 CdS、 CdSe、 CdTe、 HgS、 HgSe、 HgTe、 MgTe 等 等 ) 和 III-V 族 (GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、 InN、 InP、 InAs、 InSb、 AlAs、 AlP、 AlSb、 AlS 等等 )、 IV-V 族化合 物和 IV 族 (Ge， Si) 材料及其合金或其混合物。II 型异质结构 ( 参见 S.Kim， B.Fisher， H.J.Eisler， M.Bawendi， “Type-II quantum dots ： CdTe/CdSe(core/shell)and CdSe/ ZnTe(core/shell)heterostructures” ， J.Am.Chem.Soc.125(2003)11466-11467， 其内容以 引用的方式并入本文 ) 和合金量子点 (X.H.Zhong， Y.Y.Feng， W.Knoll， M.Y.Han， “Alloyed
ZnxCd1-xS nanocrystals with highly narrow luminescence spectral width” ， J.Am. Chem.Soc.125(2003)13559-13563 和 R.E.Bailey， S.M.Nie， “Alloyed semiconductor quantum dots ： tuning the optical properties without changing the particle size” ， J.Am.Chem.Soc.125(2003)7100-7106， 其内容以引用的方式并入本文 ) 被认为是合适的。 纳米颗粒或烧结的纳米颗粒可以具有附于其上的涂层或配体。 以上所列的大部分材料为量 子限制的。但是本发明并不要求纳米颗粒为量子限制的。
“电绝缘” 意为具有至少 10 千欧 / 平方的电阻
“导电” 意为具有小于 100 欧姆 / 平方的电阻。
在一个实施例中， 可以通过提供衬底并且在衬底中制造一组孔来制造光伏器件。 使用一组这样的孔来串联互连， 使用另一组这样的孔来实现与透明导体电极以及背面电极 的接触器 ( 电流收集导通孔 )。如果使用导电衬底， 则制造出孔之后首先在前表面、 后表面 和孔壁上创建绝缘层 ( 如果使用绝缘衬底， 则该步骤不是必需的 )。 在前表面和后表面上沉 积导电金属层， 沉积的方式是使金属层覆盖前后两个表面， 并且通过完全填充串联互连导 通孔和电流收集导通孔 ( 填孔 ) 或者通过涂覆侧壁 ( 镀孔 )， 使前后金属之间通过串联互连 导通孔和电流收集导通孔接触。 底部电极金属和背面接触电极用激光划线以建立邻近电池 隔离 (neighboring cell isolation)。 底部电极划线和背面接触电极划线在串联互连导通 孔的周围偏置以允许相邻电池的串联连接。 通过对电流收集导通孔周围的底部电极金属进 行激光划线来去除这些孔周围的金属以隔绝它们与电池中的邻近的前金属表面的接触。 如 果电流收集导通孔是镀孔， 则之后沉积界面层、 吸收体层、 窗口层和 TCO， 并且进行划线以隔 离电池。如果电流收集导通孔是填孔， 则之后沉积界面层、 吸收体层和窗口层， 并对区域进 行划线 ( 机械或激光 ) 以去除电流收集导通孔上或其周围的这些层， 以便露出填孔。然后 沉积透明的导电氧化物层并且随后划线以隔离相邻的电池。
下面特别参考附图来描述本发明。 除非另有说明， 否则下文所述的实施例、 材料和 范围仅为说明性的实施例， 并非是限制性的， 也不是穷尽的。
示例 1 ： 柔性绝缘衬底上的具有串联互连和背面金属接触器的薄膜 CdTe 太阳能电 池
参考图 1， 其显示了根据本发明的一个实施例的光伏器件 101 的横截面。 显示了光 伏电池 102a、 光伏电池 102b 和光伏电池 102c， 相邻的电池 102a 和电池 102b 通过串联互连 导通孔 103 互相连接。导通孔 103a 的细节在图 2B 中放大。划线 104a 和 104b 分隔光伏电 池 102a 和光伏电池 102b。通过底部电极 112 的划线 104a 与背面接触器 107 中的划线 105 共同用于电隔离通过互连导通孔 103 连接的相邻电池。划线 104a 靠近导通孔 103 并且隔 绝导通孔 103 与电池 102a 底部电极的电接触， 但电池 102b 的底部电极通过导通孔 103 接 触 ( 未显示 ) 电池 102a 的底部电极 107a， 通过这样的电接触来实现与电池 102a 的电接触。 孔 106a 和 106b 限定实现与背面电极层 107 的电接触的电流收集导通孔 ( 未显示 ) 的顶部。 在图 1 中， 每个电池具有如下的层结构 ： 背面金属电极 107、 下方氧化物层 108、 衬底 109、 顶 部氧化物层 110、 阻挡层 111、 底部电极 112、 吸收体层 113、 窗口层 114 以及正面电极 ( 透明 导体层或透明导电电极 )115， 并且根据示例 2 中所描述的过程来制造。
示例 2 ： 柔性绝缘衬底上的通过填孔串联互连和背面金属接触器的薄膜 CdTe 太阳 能电池特别参考图 1-3 来描述用于制造根据本发明的太阳能电池的过程。绝缘衬底 109 设置有具有一组直径的多个孔 106a、 106b、 106c 和 106d。 可以通过由材料以及孔的尺寸、 形 状和数量所决定的任意的合适方式来产生孔。孔之间的距离是可变的。在一个实施例中， 在箔上冲压横向间隔为 10 厘米、 沿垂直或纵向方向的行间距为 100 厘米的串联互连孔。沿 x 方向和 y 方向都间隔 1 厘米在串联连接孔的行之间冲压电流收集孔的行。优选令电流收 集导通孔之间的距离最小化以使电阻最小化， 并且使接触器的数量最小化， 以便确保不会 减小有效电流产生区域。
可选地， 衬底 109 的顶面侧涂覆有 50-500 纳米厚的诸如 SiO2 的顶部氧化物层 110， 底面侧涂覆有底部氧化物层 108 以防止任何污染物从衬底扩散到有源层中。
可以在顶部氧化物层 110 上可选地沉积 50-500 纳米厚的可选阻挡层 111， 以额外 地防止污染物扩散。 优选为氮化钛。 在前后表面沉积导电金属以生成阻挡层 111( 如果存在 的话 ) 顶部上的底部电极层 112 以及在衬底 109 的相对侧附着在底部氧化物层 108 上的背 面电极层 107。优选的电极材料为具有 50-2,000 纳米厚度的 Mo。在一个实施例中， 还通过 完全填孔或者涂覆侧壁 ( 未显示 ) 来通过导通孔 203 实现背面电极层 107 和底部电极 112 之间的接触。背面电极层 107、 207 以及底部电极 112、 212 可以在串联互连导通孔 103、 203 的任一侧进行划线 105、 205， 以建立邻近电池隔离。 这将相邻电池的背面金属电极彼此隔离 开来。
在底部电极层 112、 212 上沉积包含 1-10 微米厚的 CdTe 的吸收体层 113、 213。将 底部电极层 112、 212 划线 217a、 21b、 317a、 317b 以限定电流收集孔 216 周围的区域， 从而将 导通孔或沉积在其侧壁上的任何材料与底部电极 112 电隔离。在一个实施例中， 在沉积吸 收体层 113 之前， 可以在底部电极层 112 上 50-500 纳米厚度处沉积包括诸如 ZnTe 的材料 的界面层 ( 未显示 )。 在一个实施例中， 可以通过溅射或本领域已知的用于该目的的其他物 理气相沉积 (PVD) 方法， 例如近距离升华 (CSS)、 气相传输沉积 (VTD)、 蒸发、 近空间气相输 运 (CSVT)， 或者通过化学气相沉积 (CVD) 方法来沉积吸收体层 113。
图 2 是图 1 中的电池 102b 的更完整的视图， 其显示了图 1 中未显示的其他特征。 继续描述具有电流收集导通孔 216 和串联互连导通孔 203 以及电流收集孔 206a 和 206b 的 光伏电池 202 的制造过程， 在吸收体层 213 上沉积厚度大约在 50-200 纳米之间的窗口层 214。
参考图 2， 在窗口层 214 上沉积包括厚度约为 100-1000 纳米的诸如 ZnO 的氧化物 的透明导电电极 215。透明导电电极 215 接触电流收集孔中的金属并且建立背面接触器。 最后， ZnO 和背面电极被划线 205 以限定具有背面金属接触器的串联连接的电池。
图 2A 中显示了导通孔 216 的放大视图 219 以及电流收集导通孔 216 上的涂层的 细节。用于器件的沉积过程在导通孔内部产生成层结构。背面金属电极 207 沉积过程产生 导通孔 216 内壁的导电材料涂层 220。 从导通孔内腔向外移动， 存在一直向下延伸到背面电 极层 207 并实现与背面电极层 207 的电接触的透明导体层 221。在一些实施例中， 涂层 220 可以只实现与透明导体层的导通孔涂层 222 的接触， 涂层 221 不需要延伸到背面电极 207 来进行电接触。导通孔层 225( 以及因此底部电极 ) 通过限定电流收集管周围的电绝缘区 域的划线 217a 和 217b 与电流收集导通孔 216 之间电隔离， 使之与底部电极 212 绝缘。同 样， 绝缘电流收集导通孔 216 是吸收体材料的导通孔壁层 224 和包括窗口层的层 223。 应注意的是， 图中显示的划线 217a 和 217b 实际上是一个环形划线的横截面的两端。在一个非 限制性实施例中， 划线距电流收集孔的外周为 100 微米宽。划线的尺寸是由所使用的材料、 导通孔的形状以及其他因素所决定的明显的工程变量。
图 2B 中显示了导通孔 203 的细节 203a。图 2B 显示了绝缘衬底上的串联互连导 通孔 103a 和串联互连导通孔 203a 的放大图。串联互连导通孔 203 连接通过底部电极 211 中的划线 231 和背面金属电极 207 中的划线 205 分隔的两个相邻的光伏电池 202a 和 202b。 导通孔 203 具有氧化物材料薄层 227、 阻挡层 226 和金属层 225。导通孔 203 的俯视局部剖 面图也显示了分别包括透明导体材料、 窗口材料和吸收体材料的导通孔内层 222、 导通孔内 层 223 和导通孔内层 224。通过与隔离划线 205 左侧的电极 207 电接触的导通孔涂层 225 来实现从电池 202b 的底部电极到电池 202a 的背面电极层 207 的接触。导通孔壁层 226 和 导通孔壁层 227 有助于减少处理过程中的扩散污染。
图 3 显示了在具有限定其各自的电流收集导通孔 ( 未显示 ) 的顶部的电流收集导 通孔开口 306a 和电流收集导通孔开口 306b 的光伏电池 302 中以并联方式连接的两个电流 收集导通孔 316a 和 316b 的横截面， 显示了划线的替代实施例以将电流收集导通孔与底部 电极层隔离。划线 317a 和 317b 沿圆周使电流收集导通孔 316b 与底部电极 312 绝缘。在 替代实施例中， 窗口层 314、 吸收体层 313 和底部电极层 312 这些层在电流收集孔周围具有 划线 318a 和 318b 以开辟显示围绕电流收集导通孔 316a 延伸的划线的接触区域 318a 和 318b。本发明设想一个或两个划线结构适合于在相同的器件中同时使用。
示例 3 ： 柔性导电衬底上的具有串联互连和背面金属接触器的薄膜 CdTe 太阳能电池 参考图 4， 其公开了根据本发明的一个实施例设计的光伏器件， 具有通过串联互连 导通孔 403 连接的光伏电池 402a 和相邻的光伏电池 402b。每个电池 402a 和电池 402b 优 选的按照从底面到顶面的顺序具有至少下列层结构 ： 背面金属电极 407、 下方阻挡层 430、 下方氧化物层 408、 衬底 409、 顶部氧化物层 410、 顶部阻挡层 411、 底部电极 412、 吸收体层 413、 窗口层 414 以及透明导体层 415。孔 406a 和孔 406b 分别限定电流收集导通孔 416a 和 电流收集导通孔 416b 的顶部的开口。 电流收集导通孔 416a 和电流收集导通孔 416b 位于分 别通过串联连接导通孔 403 串联互连的相邻的光伏电池 402b 和光伏电池 402a 中。背面电 极 407 划线 405 和底部电极 412 划线 431 划分相邻的电池。透明导体层 415 具有划线 432 以隔离串联互连导通孔 403( 以及其他未显示的互连导通孔 ) 并且限定相邻的电池。电流 收集导通孔 416a 具有通过底部电极层 412 的环形划线 417a 和 417b 以将导通孔 416a 和导 通孔 416b 与底部电极 412 隔离。在一个实施例中， 划线 417a 大约比底部电极层沉积之后 的导通孔的内部直径宽 100 微米。电流收集导通孔 416b 具有通过金属层 412 的环形划线 417， 以将导通孔和底部电极 412 隔离。
在图 4 显示的实施例中， 参考三个划线来限定 “光伏电池” 。划线 432 通过透明导 体电极分隔电池 402a 和电池 402b 的顶部部分。划线 431 在底部电极处分隔电池 402a 和 402b。在该实施例中， 当通过透明导体层 415 和底部电极层 412 的划线 432、 431 偏离时， 即 划线不相连时， 在底部电极层中产生区域 440。 该区域和上方区域， 取决于划线 432 的宽度， 能够进行光电转换并且提高电池的产出。因此在该实施例中， 将划线 432 做得尽可能的细 是有利的。在一个实施例中， 优选将划线 435 和 436 尽可能彼此接近并且尽可能接近导通
孔 403 来布置。
图 4A 显示了本发明的替代实施例， 其中串联连接导通孔 403 使用划线 435 和划线 436 来进行隔离， 划线 435 通过透明导体层、 窗口层、 吸收体层和底部电极延伸， 划线 436 通 过单一透明导体层延伸， 但可选地可以通过包括窗口层、 吸收体层和任何存在的界面层在 内的多个层延伸， 但优选不通过底部电极层延伸。
图 5 显示了图 4 的串联互连导通孔 403 的放大图。串联互连导通孔 503 连接被底 部电极 511 中的划线 531 和背面金属电极 507 中的划线 505 隔离的两个相邻的光伏电池。 导通孔具有绝缘材料薄层 527、 阻挡层 526 和金属层 525。
图 6 显示了图 4 的器件上的电流收集配置的另一实施例。电流收集导通孔 616a 和电流收集导通孔 616b 通过周围的划线 617a 和 617b 与正面电极电隔离。划线 632 建立 沟槽以将串联互连导通孔 603 与透明导电层 615 隔离。
示例 4 ： 在柔性导电衬底上制造具有串联互连和背面金属接触器的薄膜 CdTe 太阳 能电池的方法
参考图 7， 提供了具有期望的导电材料的衬底 709a( 俯视图 )709b( 侧视图 )。图 8 显示了电流收集导通孔 806a( 俯视图 )806b( 侧视图 )， 其中形成了具有大约介于 25-500 微 米之间的所选尺寸的串联互连孔 837a( 俯视图 ) 和 837b( 侧视图 ) 以产生导通孔。在一个 实施例中， 串联互连孔 837a 在 x 方向和 y 方向上均相隔 100 厘米。在 x 方向和 y 方向上均 以 1 厘米的间隔在串联连接孔之间冲压电流收集孔 806a。图 9 显示了可选实施例， 其中衬 底 909a( 俯视图 ) 和 909b( 侧视图 ) 涂覆有顶部氧化层 910a( 俯视图 ) 和 910b( 侧视图 ) 以及底部氧化物层 908b( 侧视图 )。导通孔内部 927 涂覆有氧化物层材料。当使用铝衬底 时， 可以使用阳极氧化技术来在两个表面上和孔的内部产生氧化铝层 (2-20 微米 )， 因此产 生绝缘表面和绝缘孔。当使用不锈钢衬底时， 可在衬底的顶面和底面上以及沿着孔壁沉积 氧化铝或二氧化硅层以确保孔内壁完全覆盖了氧化物层， 以便产生绝缘孔。图 10 显示了可 选实施例， 其中接下来在顶部氧化物层 1010( 侧视图 ) 和底部氧化物层 1008( 侧视图 ) 以 及导通孔 1021 的内部沉积阻挡层 1011a( 俯视图 )1011b( 侧视图 ) 和 1030( 底部阻挡层 )。 图 11 显示了底部电极 1112a( 俯视图 ) 和 1112b( 侧视图 ) 以及背面金属电极层 1107 的添 加， 其中背面金属电极层 1107 包括诸如 Mo 的金属， 厚度介于 50-2,000 纳米之间， 更优选地 介于 250-2,000 纳米之间。在优选实施例中， 材料还涂覆在导通孔 1125 的内部。图 12 显 示了金属电极层具有划线 1231a 和 1231b， 以限定相邻的电池 1202a 和电池 1202b。在一 个实施例中， 划线相隔 100 厘米以产生 100 厘米 x100 厘米的电池。在电流收集孔 1206 周 围制造周围划线 1217( 俯视图 )1217a 和 121b( 侧视图 ) 以将电流收集导通孔与底部电极 1212a( 俯视图 ) 隔离。优选地， 划线大约比电流收集孔的内径宽 100 微米。
图 13 显示了优选包括厚度大约介于 1-10 微米之间的 CdTe 的吸收体层 1313a( 俯 视图 )1313b( 仰视图 ) 的沉积。可选地， 可以在沉积 CdTe 吸收体层之前， 在 Mo 上的 500 纳 米厚度处沉积诸如 ZnTe 的界面层 ( 未显示 )。图 14 显示了优选包括厚度大约介于 50-200 纳米之间的 CdS 的窗口层 1414a( 俯视图 )1414b( 仰视图 ) 的沉积。这些层在电流收集孔 的正上方被划线以在这些孔处开辟接触区域。在一个非限制性实施例中， 划线比电流收集 孔宽 100 微米。划线的尺寸是由使用的材料决定的明显的工程变量。图 15 显示了优选包 括 ZnO 大约为 100-1000 纳米的透明导电氧化物层 1515a( 俯视图 )1515b( 仰视图 ) 的沉积。透明导电氧化物层接触电流收集孔中的金属并且建立背面接触器。图 16 显示了透明导电 层被向下划线到阻挡层 1604a( 俯视图 ) 和 1604b( 仰视图 ) 以隔离相邻的电池。优选地， 划线尽可能靠近串联连接导通孔， 并且划线尽可能地窄。背面金属电极被划线 1605 以限定 具有背面金属接触器的串联连接电池。
示例 5 ： 柔性衬底上的通过镀孔串联互连和背面金属接触器的薄膜 CdTe 太阳能电 池
在本发明的替代实施例中， 导通孔要么是镀孔， 要么是填孔。在任一种情况中， 衬 底可以是绝缘的或导电的。形成与示例 1-4 中的任何一个相似的光伏层。在衬底的底部或 后侧的 50-1,000 纳米厚度处沉积诸如 Mo 的金属电极层。本发明设想该背面金属层仅为电 极层或者是一个、 两个或更多个所形成的背面电极层的一部分。金属层的沉积会部分地镀 孔的内壁， 或者在另一实施例中从底部到顶部以及沿着圆周完全镀孔的内壁。在一个实施 例中， 底部上的两个金属层是相同的。在另一实施例中， 两个金属层是不同的。透明导体层 和背面金属电极通过开放导通孔至少有一部分电接触， 从而它们为电流传导实现电接触。 器件顶部的透明导体层被划线以为了相邻电池的串联连接而隔离个体光伏电池。
示例 6 ： 柔性衬底上的具有串联互连导通孔和通过不同尺寸的导通孔的背面金属 接触器的薄膜 CdTe 太阳能电池
与示例 1-4 中所公开的类似地制造光伏器件。衬底中的孔制成不同直径、 不同形 状和 / 或兼而有之。使用本文所公开的过程， 将一些导通孔实现成镀孔， 而将其他导通孔实 现成填孔。在非限制性示例中， 在衬底中冲压尺寸介于 25-100 微米之间的串联连接孔， 并 且在衬底中冲压尺寸介于 100-500 微米之间的电流收集孔。串联连接孔在一个方向上间隔 10 厘米， 在垂直方向上间隔 100 厘米。在 x 方向和 y 方向上均间隔 1 厘米将电流收集孔冲 压在串联连接孔之间。在该实施例中， 串联连接孔足够小以在沉积过程中容易填满并产生 填孔， 而电流收集导通孔比较大， 不会填满， 从而它们形成镀孔。串联连接填孔可以使最终 的隔离划线的位置更加灵活， 因为这些孔与 TCO 不完全隔离， 从而不需要特殊的隔离。
示例 7 ： 使用不同的电池互连样式的光伏器件结构
根据本发明的使用串联互连和电流收集导通孔的光伏电池能够以能够简化制 造过程和降低成本的结构模式连接。图 17 显示了具有相邻的光伏电池 1702a、 光伏电池 1702b、 光伏电池 1702c 的光伏器件 1701 的俯视图。通过透明导体层的划线 1732 隔离相邻 的电池并且将串联互连导通孔 1703 与透明导体电极隔离。箭头 1750 显示了电流流动的方 向。图 18 显示了具有以并排环形样式连接的相邻的光伏电池 1802a、 光伏电池 1802b、 光伏 电池 1802c 的光伏器件 1801 的俯视图。通过透明导体层的划线 1832 隔离相邻的电池并且 将串联互连导通孔 1803 与透明导体电极隔离。 箭头 1850 显示了电流流动的方向。 图 19 显 示了具有以并排蛇形样式连接的相邻的光伏电池 1902a、 光伏电池 1902b、 光伏电池 1902c 的光伏器件 1901 的俯视图。通过透明导体层的划线 1932 隔离相邻的电池并且将串联互连 导通孔 1903 与透明导体电极隔离。箭头 1950 显示了电流流动的方向。
图 20 显示了具有以环形样式连接的相邻的光伏电池 2002a、 光伏电池 2002b、 光伏 电池 2002c 的光伏器件 2001 的俯视图。通过透明导体层的划线 2032 隔离相邻的电池并且 将串联互连导通孔 2003 与透明导体电极隔离。箭头 2050 显示了电流流动的方向。