《一种薄膜太阳能电池及其制造方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种薄膜太阳能电池及其制造方法.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103943696 A (43)申请公布日 2014.07.23 CN 103943696 A (21)申请号 201310024515.0 (22)申请日 2013.01.23 H01L 31/0224(2006.01) H01L 31/046(2014.01) H01L 31/056(2014.01) H01L 31/18(2006.01) (71)申请人 深圳市创益科技发展有限公司 地址 518029 广东省深圳市福田区深南大道 与金田路交界西南路深圳国际交易广 场 2112-2116 室 (72)发明人 李毅 盛国浩 宋光耀 龙鹏 王广文 (74)专利代理机构。
2、 深圳市毅颖专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 44233 代理人 张艺影 段立丽 (54) 发明名称 一种薄膜太阳能电池及其制造方法 (57) 摘要 本发明涉及一种薄膜太阳能电池及其制造方 法， 属于太阳能电池技术领域。 解决薄膜太阳能电 池的背电极的焊接性能和各膜层之间的附着力等 技术问题。 薄膜太阳能电池， 由多个内部串联的光 电单元构成， 包括在衬底上依序层叠的前电极、 光 电转化层和背电极， 其特征在于所述背电极是由 透明导电层、 过渡层、 第一反射层、 第二反射层和 增焊保护层组成的多层结构。本发明背电极的反 射层由银和铝两层膜构成， 且银膜的厚度小于铝 膜， 可有效降低生产成本 ；。
3、 在铝膜上设置镍铜或 镍钒合金膜层， 不仅可以保护背电极， 还可以增加 背电极的焊接性能。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103943696 A CN 103943696 A 1/1 页 2 1. 一种薄膜太阳能电池， 由多个内部串联的光电单元构成， 包括在衬底上依序层叠的 前电极、 光电转化层和背电极， 其特征在于所述背电极是由透明导电层、 过渡层、 第一反射 层、 第二反射层和增焊保护层组成的多层结构。 2. 根据权利要求 。
4、1 所述的薄膜太阳能电池， 其特征在于所述背电极中第一反射层的厚 度小于第二反射层。 3. 根据权利要求 2 所述的薄膜太阳能电池， 其特征在于所述背电极的第一反射层为 50 150nm 厚的银膜， 第二反射层为 50 300nm 厚的铝膜。 4. 根据权利要求 1 所述的薄膜太阳能电池， 其特征在于所述背电极的增焊保护层为 40 200nm 厚的镍铜或镍钒合金膜层。 5. 根据权利要求 4 所述的薄膜太阳能电池， 其特征在于所述背电极的增焊保护层中铜 或钒的质量百分数为 60% 80%。 6. 根据权利要求 1 所述的薄膜太阳能电池， 其特征在于所述背电极的透明导电层为 50 300nm 厚。
5、的掺铝氧化锌 （AZO） 膜。 7. 根据权利要求 1 所述的薄膜太阳能电池， 其特征在于所述背电极的过渡层为 5 50nm 厚的铬膜。 8. 一种薄膜太阳能电池的制备方法， 在衬底上顺序沉积前电极、 光电转换层和背电极， 且依次对前电极、 光电转换层和背电极进行刻划形成相应的图形， 其特征在于所述背电极 包括透明导电层、 过渡层、 第一反射层、 第二反射层和增焊保护层， 背电极的各膜层均采用 直流磁控溅射真空镀膜制备， 工作气体为氩气， 本底压强为 2 610-6Torr， 工作压强为 110-3Torr。 9. 根据权利要求 8 所述的薄膜太阳能电池的制备方法， 其特征在于制备背电极之前进。
6、 行预热， 加热温度为 100 200， 在卧式 PVD 连续真空镀膜生产线上用直流电源控制靶材 沉积背电极的各膜层， 制备完毕后进行常温冷却。 10. 根据权利要求 8 所述的薄膜太阳能电池的制备方法， 其特征在于背电极的透明 导电层采用掺铝氧化锌的旋转靶制备， 铝含量为 1%-3%， 形成 50 300nm 厚的掺铝氧化锌 （AZO） 膜。 11. 根据权利要求 8 所述的薄膜太阳能电池的制备方法， 其特征在于背电极的过渡层 采用铬 （Cr） 平面靶制备， 溅射形成厚度为 5 50nm 的铬 （Cr） 膜。 12. 根据权利要求 8 所述的薄膜太阳能电池的制备方法， 其特征在于背电极的第一。
7、反 射层和第二反射层分别由银 （Ag） 和铝 （Al） 旋转靶制备， 且第一反射层的厚度小于第二反 射层。 13. 根据权利要求 8 所述的薄膜太阳能电池的制备方法， 其特征在于背电极的增焊保 护层由镍铜或镍钒合金旋转靶制备， 其中铜或钒的质量百分数为 60% 80%。 14. 一种薄膜太阳能电池背电极的制造设备， 包括设有加热室、 镀膜室和冷却室的卧式 PVD 连续真空镀膜设备， 其特征在于所述连续真空镀膜设备集三个加热室、 四个镀膜室和三 个冷却室为一体 ； 所述四个镀膜室分别制备背电极的透明导电层、 过渡层、 第一反射层、 第 二反射层和增焊保护层， 其中第一和第二反射层在同一镀膜室内制。
8、备 ； 三个加热室的真空 度和温度均从低到高分布 ； 三个冷却室内的真空度由高到低， 冷却温度为常温。 权 利 要 求 书 CN 103943696 A 2 1/4 页 3 一种薄膜太阳能电池及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种薄膜太阳能电池及其制造方法， 属于太阳能电池技术领域。 背景技术 0002 薄膜太阳能电池主要由前电极层、 光电转换层及背电极层组成， 这三个膜层的性 能直接影响太阳能电池转换效率。前电极层为了保证高的透光率和好的导电性， 一般采用 单层的二氧化锡或氧化铟锡。而背电极层必须具有良好的电学和光学性能。目前， 背电极 的膜层结构设计已经由简单的单层结构趋向多层化。
9、， 如中国专利 ZL200910209157.4一种 太阳能电池及制作方法 的背电极结构为 AZO 层 + 过渡层 +Ag 层 + 金属保护层， 过渡层位 于 AZO 层和 Ag 层之间， 能提高 AZO 层和 Ag 层的附着力， 保证电池的使用寿命， 但是对比文 件 1 采用单层银作为反射层， 成本高， 而且银膜上的金属保护层无增焊功能， 不能满足客户 对焊接性能的要求。而专利 ZL201010523713.8薄膜太阳能电池背电极 的背电极结构为 Y:ZnO+Ag+Y:ZnO+Ag+ 金属薄膜层， 能够提高背电极的导电性和反射率， 但是 Y:ZnO 层与 Ag 层之间附着力差， 容易造成膜层。
10、脱落的现象， 而且金属薄膜层采用 Ti/Ni/Al， 焊接性能差。 发明内容 0003 为了使薄膜太阳能电池的背电极具有良好的焊接性能和增强膜层之间的附着力， 提高太阳能电池的转化效率， 本发明的目的是改进太阳能电池背电极的结构， 开发一种成 本低、 转化效率高的太阳能电池及其制造方法。 0004 一种薄膜太阳能电池， 由多个内部串联的光电单元构成， 包括在衬底上依序层叠 的前电极、 光电转化层和背电极， 其特征在于所述背电极是由透明导电层、 过渡层、 第一反 射层、 第二反射层和增焊保护层组成的多层结构。背电极中第一反射层的厚度小于第二反 射层。背电极的第一反射层为 50 150nm 厚的银。
11、膜， 第二反射层为 50 300nm 厚的铝膜， 可有效降低生产成本。 0005 背电极的增焊保护层为40200nm厚的镍铜或镍钒合金膜层， 铜或钒的质量百分 数为 60% 80%， 使背电极具有良好的焊接性能和抗氧化性。 0006 背电极的透明导电层为50300nm厚的掺铝氧化锌 （AZO） 膜， 具有良好的导电性， 且无毒环保。 0007 背电极的过渡层为 5 50nm 厚的铬膜， 增加 AZO 和 Ag 膜的附着力。 0008 本发明还研发了一种薄膜太阳能电池的制备方法， 在衬底上顺序沉积前电极、 光 电转换层和背电极， 且依次对前电极、 光电转换层和背电极进行刻划形成相应的图形， 其 。
12、特征在于所述背电极包括透明导电层、 过渡层、 第一反射层、 第二反射层和增焊保护层， 背 电极的各膜层均采用直流磁控溅射在线真空镀膜制备， 工作气体为氩气， 本底压强为 2 610-6Torr， 工作压强为 110-3Torr。 0009 制备背电极之前进行预热， 加热温度为 100 200， 在卧式 PVD 连续真空镀膜生 产线上用直流电源控制靶材沉积背电极的各膜层， 制备完毕后进行常温冷却。 说 明 书 CN 103943696 A 3 2/4 页 4 0010 背电极的透明导电层采用掺铝氧化锌的旋转靶制备， 铝含量为 1%-3%， 形成 50 300nm 厚的掺铝氧化锌 （AZO） 膜。。
13、 0011 背电极的过渡层采用铬 （Cr） 平面靶制备， 溅射形成厚度为 5 50nm 的铬 （Cr） 膜。 0012 背电极的第一反射层和第二反射层分别由银 （Ag） 和铝 （Al） 旋转靶制备， 且第一 反射层的厚度小于第二反射层。 0013 背电极的增焊保护层由镍铜或镍钒合金旋转靶制备， 其中镍与铜或钒的质量百分 数为 60% 80%。 0014 本发明为了制备具有良好焊接的薄膜太阳能电池背电极， 还设计了制造背电极的 设备， 包括设有加热室、 镀膜室和冷却室的卧式 PVD 连续真空镀膜设备， 其特征在于所述连 续真空镀膜设备集三个加热室、 四个镀膜室和三个冷却室为一体 ； 所述四个镀膜。
14、室分别制 备背电极的透明导电层、 过渡层、 第一反射层、 第二反射层和增焊保护层， 其中第一和第二 反射层在同一镀膜室内制备 ； 三个加热室的真空度和温度均从低到高分布 ； 三个冷却室内 的真空度由高到低， 冷却温度为常温。 0015 积极效果 ： 本发明既节省了成本， 又解决了太阳能薄膜电池普遍存在的焊接性能 和附着力差的问题， 同时还提高了太阳能电池的转化效率。背电极的反射层由银和铝两层 膜构成， 且银膜的厚度小于铝膜， 可有效降低生产成本 ； 在铝膜上设置增焊保护层， 不仅可 以保护背电极， 还可以增加背电极的焊接性能 ； 在工艺上具有改进， 沉积 AZO 层之前， 增加 缓慢加热工艺，。
15、 可有效去除太阳能电池基片上的湿气和脏污， 以克服膜层的松动和氧化问 题， 同时降低 AZO 膜层的电阻率， 减少背电极的背电阻， 提高太阳能电池的转化效率 ； 背电 极制备完毕后， 太阳能电池基片不立即移出腔体， 而是继续在真空环境下冷却， 避免背电极 受污染。 附图说明 0016 图 1 ： 本发明的结构示意图。 0017 图 2 ： 本发明的剖面结构示意图。 0018 图 3 ： 本发明的背电极层制造设备结构示意图。 0019 图中 ： 1、 衬底， 2、 前电极， 3、 光电转换层， 4、 背电极， 401、 透明导电层， 402、 过渡 层， 403、 第一反射层， 404、 第二反。
16、射层， 405、 增焊保护层， 5、 加热室 I, 6、 加热室 II,7、 加热 室 III,8、 镀膜室 I,9、 镀膜室 II,10、 镀膜室 III,11、 镀膜室 IV,12、 冷却室 I,13、 冷却室 II,14、 冷却室 III,15、 AZO 靶， 16、 Cr 靶， 17、 Ag 靶， 18、 Al 靶， 19、 NiCu 或 NiV 靶。 具体实施方式 0020 实施例 1 一种薄膜太阳能电池包括基片衬底、 前电极层、 光电转化层和背电极层， 其主要技术特 点是背电极层具有 5 层结构， 从受光面开始依次为透明导电层、 过渡层、 第一反射层、 第二 反射层和增焊保护层， 。
17、其中， 透明导电层为掺铝氧化锌 （AZO） ， 厚度为 50 300nm, 因为 AZO 相对来说价格便宜， 无毒环保 ； 过渡层为铬 （Cr） , 厚度为 5 50nm， 因为 Cr 的原子半径介于 AZO 和 Ag 之间， 增加 AZO 和 Ag 的附着力 ； 说 明 书 CN 103943696 A 4 3/4 页 5 第一反射层为银 （Ag） , 厚度为 50 150nm， 因为 Ag 高反射导电性能好 ； 第二反射层为铝 （Al） ， 厚度为 50 300nm， 因为 Al 高反射价格便宜 ； 增焊保护层为镍铜 （NiCu） 或镍钒合金， 厚度为 40 200nm， 具有良好的焊接性。
18、能和抗 氧化性。 0021 实施例 2 一种薄膜太阳能电池的制备方法， 主要包括 ： 在基片衬底上依次沉积前电极层、 光电转 换层以及背电极层， 背电极层依次沉积透明导电层、 过渡层、 第一反射层、 第二反射层和增 焊保护层， 在沉积透明导电层之前进行加热， 加热温度为 100 200 ； 在沉积增焊保护层 之后进行常温冷却。 0022 背电极层的各膜层的沉积方法均为直流磁控溅射真空镀膜方法， 即是在卧式镀膜 连续生产线上用直流电源控制靶材的沉积， 工作气体为氩气， 本底压强为 2 610-6Torr， 工作压强为 110-3Torr。 0023 制造方法 ： 1. 通过化学气相沉积法在衬底 。
19、1 的超白玻璃上沉积前电极 2 的 FTO ； 2. 通过等离子体增强气相化学沉积 （PECVD） 法沉积光电转换层 3 的 PIN 非晶硅薄膜， 沉积 p 层的源气体为 TMB 气体 （三甲基硼烷和硅烷的混合气体） 、 硅烷 （SiH4） 和氢气 （H2） ， 沉 积 i 层的源气体为硅烷 （SiH4） 和氢气 （H2） ， 沉积 n 层的源气体为 N 气 （磷烷和硅烷的混合气 体） ； 沉积压力为 50 150Pa， 沉积温度 250。 0024 3. 通过直流磁控溅射真空镀膜方法沉积多层背电极层 4， 衬底 1 先依次经过加 热室 I 5、 加热室 II 6、 加热室 III 7 进行加。
20、热， 然后再依次进入镀膜室 I 8 进行透明导电 层 401 的 AZO 膜沉积、 镀膜室 II 9 进行过渡层 402 的 Cr 膜沉积、 镀膜室 III 10 进行反射 层 I403 的 Ag 膜和反射层 II404 的 Al 膜沉积、 镀膜室 IV 11 进行增焊保护层 405 的 NiCu 膜沉积， 镀膜室 I 5、 镀膜室 II 6、 镀膜室 III7、 镀膜室 IV8 的工作气体为氩气， 本底压强为 210-6Torr， 工作压强为110-3Torr， 沉积后再依次进入冷却室I12、 冷却室II 13、 冷却室 III 14 进行室温冷却后出炉。 0025 本发明在生产线上试验， 。
21、没有出现过诸如焊接性能差、 附着力不好等问题， 同时通 过产品的稳定转化效率进行比较， 该工艺所制备的产品的转化效率明显高于改进前， 以下 为部分生产产品的测试数据 ： 通过比较， 可以看出 ： 工艺改进前的平均转化效率在 6.8%， 采用本发明的背电极后， 其 平均转化效率达到 8.1%， 提高了 1.3 个百分点， 由此可见， 本发明可以完全解决太阳能薄膜 电池在制备过程中存在的焊接性能差、 附着力不好等技术问题， 同时可以节省成本， 提高转 说 明 书 CN 103943696 A 5 4/4 页 6 化效率。 0026 实施例 3 一种薄膜太阳能电池的背电极的制造设备， 为卧式 PVD。
22、 连续真空镀膜设备， 包括加热 室、 镀膜室 I、 镀膜室 II、 镀膜室 III、 镀膜室 IV、 冷却室， 镀膜室 I 为沉积透明导电层， 镀膜 室 II 为沉积过渡层， 镀膜室 III 为沉积第一反射层和第二反射层， 镀膜室 IV 为沉积增焊保 护层。 0027 由于旋转靶结构复杂， 价格高， 但靶材利用率高 ； 平面靶简单， 价格低， 但靶材利用 率较低， 因此综合考虑靶材和旋转靶的性价比， 采用如下技术方案 ： 其中， 镀膜室 I 靶材为 AZO， Al 含量范围为 1%-3%， 由于 AZO 用量大， 因此采用旋转靶提 高靶材利用率 ； 镀膜室 II 靶材为 Cr， 纯度为 99.。
23、95%， 由于 Cr 用量小， 价格较便宜， 因此采用平面靶 ； 镀膜室III靶材依次为Ag和Al， 银靶纯度为99.999%， 铝靶纯度为99.999%， 由于Ag为 贵金属， 因此采用旋转靶， Al 用量大， 也采用旋转靶 ； 镀膜室IV为靶材为NiCu， 镍铜靶纯度为99.99%， 其中铜的质量百分数为65%， 由于镍为 贵金属， 因此采用旋转靶。 0028 加热室为 3 个， 真空度和温度均从低到高， 且第三个加热室主要用于保温。 0029 冷却室为 3 个， 真空度从高到低， 室温。 0030 本实施例的基片衬底 1 为超白玻璃， 前电极层 2 为掺氟二氧化锡 （FTO） ， 光电转。
24、换 层 3 为 PIN 结非晶硅薄膜， 背电极 4 由五层结构组成， 其中透明导电层 401 为 AZO， 厚度为 75 85nm， 过渡层 402 为 Cr， 厚度为 4 8nm， 第一反射层 403 为 Ag， 厚度为 60 70nm， 第 二反射层 404 为 Al， 厚度为 90 110nm， 增焊保护层 405 为 NiCu， 厚度为 50 60nm， 制造 设备共有 10 个真空室， 依次为加热室 I 5、 加热室 II 6、 加热室 III 7、 镀膜室 I 8、 镀膜室 II 9、 镀膜室 III 10、 镀膜室 IV 11、 冷却室 I12、 冷却室 II 13、 冷却室 III 14, AZO 靶 15 为圆柱靶， 安装在镀膜室 I 8 内， Cr 靶 16 为平面靶， 安装在镀膜室 II9 内， Ag 靶 17 和 Al 靶 18 为圆柱靶， 安装在镀膜室 III 10 内， NiCu 靶 19 为圆柱靶， 安装在镀膜室 IV11 内。 说 明 书 CN 103943696 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103943696 A 7 。