薄膜太陽能電池的制造方法

專利名稱：薄膜太陽能電池的制造方法
技術領域：
本發明是有關于一種薄膜太陽能電池的制造方法。
背景技術：
化石燃料有枯竭之日，且應用化石燃料通常不可不避免會產生污染問題，所以太陽能電池技術受到越來越多的矚目。太陽能電池(solar cell)是將光能直接轉變為電能， 因此具有無污染、不枯竭等優點。太陽能電池技術可區分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池以及非晶硅太陽能電池。雖然目前單晶硅太陽能電池為主流技術，但非晶硅或多晶硅太陽能電池因具有低成本的優勢，因此有急起直追的態勢。非晶硅或多晶硅太陽能電池的周邊通常必須形成一絕緣區域，以避免其所產生的電流經由基板表面上而形成一漏電路徑。若太陽能電池發生漏電現象，將可能造成人員的觸電，而產生安全上的疑慮。因此，太陽能電池周邊的絕緣區域與太陽能電池的安全性是息息相關的。在已知技術中，是利用噴砂工藝來形成太陽能電池周邊的絕緣區域。詳言之，已知技術是在完成太陽能電池所需的工藝步驟之后，通過噴砂工藝來移除基板邊緣的材料，使太陽能電池周邊形成一空白區域，并利用此空白區域作為絕緣區域。然而，噴砂工藝有諸多缺點，例如噴砂過程中的穩定性以及均勻性不容易被控制及監控。若噴砂工藝穩定性不佳， 則會發生在基板的邊緣有一部分的導電材料殘留，而產生漏電的疑慮。再者，噴砂工藝將產生許多廢棄的砂材，也不利于環境保護。因此，目前仍一種可以改善上述問題的太陽能電池的制造方法。

發明內容
本發明的一目的是提供一種薄膜太陽能電池的制造方法，以能提高生產速率以及精確地在薄膜太陽能電池周邊形成一絕緣區域。根據本發明實施方式，一種薄膜太陽能電池的制造方法包括以下步驟提供一基板；形成一保護層覆蓋此基板的上表面的周緣；形成一第一電極層于此基板的上表面以及保護層上；形成一光電轉換層于第一電極層上；形成一第二電極層于光電轉換層上；以及移除保護層以在基板的上表面周緣形成一絕緣區域。如上所述的制造方法，其中保護層可為一耐熱膠帶，且耐熱膠帶的耐熱溫度高于 85 "C。如上所述的制造方法，其中保護層包含一高分子材料，且高分子材料的熱裂解溫度高于約200°C。如上所述的制造方法，其中保護層至少包含一材料是是選自由聚四氟乙烯、聚酯以及聚酰亞胺所組成的群組。如上所述的制造方法，其中形成保護層于基板的步驟包括通過一滾筒將該保護層滾壓于該基板的上表面。
如上所述的制造方法，其中形成第一電極層的步驟包括沉積一透明導電氧化物層于該基板上；以及通過激光切割，在該透明導電氧化物層中形成一貫穿該透明導電氧化物層的一第一溝槽。如上所述的制造方法，其中形成光電轉換層的步驟包括沉積至少一非晶硅層于該第一電極層上；以及通過激光切割在多晶硅層上形成一貫穿該多晶硅層的一第二溝槽。如上所述的制造方法，其中形成光電轉換層的步驟包括形成一 P非晶硅層、一本質非晶硅層以及一N非晶硅層。如上所述的制造方法，其中形成第二電極層的步驟包括沉積一金屬層于光電轉換層上；以及通過激光切割形成貫穿金屬層以及光電轉換層的一第三溝槽。如上所述的制造方法，其中保護層覆蓋該基板上表面的周緣至少8. 4mm。根據本發明一實施方式的制造方法，可以精確地確保太陽能電池的周邊絕緣區域。在已知技術中，是在形成太陽能電池所需的工藝步驟后，利用一噴砂工藝以移除位于基板邊緣的導電材料。然而，根據噴砂工藝的工藝特性，其實并不容易精確地控制噴砂時所移除的深度、穩定性以及均勻性。若噴砂工藝穩定性不佳，則會發生部分的導電材料殘留在基板的邊緣，而產生漏電的危險。再者，噴砂工藝將產生許多廢棄的砂材，不利于環境保護。因此，本發明具有改善已知技術中使用噴砂工藝的所有缺點。此外，噴砂工藝需進行相當長的時間，以確保能在太陽能電池基板周圍形成絕緣區域。根據本發明的實施方式，可有效縮短工藝時間，提高產能。


為讓本發明的上述和其它目的、特征、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下圖1繪示本發明一實施方式的制造方法的流程圖；圖2A至圖2E為本發明一實施方式的工藝步驟的剖面示意圖；圖3繪示本發明一實施例的保護層的上視示意圖。主要組件符號說明100 方法110、120、130、140、150、160 步驟200基板
201上表面
210保護層
212凸出部
220第一電極層
221第一溝槽
222透明導電區域
230光電轉換層
232第二溝槽
240第二電極層
243第三溝槽
250 絕緣區域d 寬度w 長度
具體實施例方式本發明揭露一種薄膜太陽能電池的制造方法。圖1繪示本發明一實施方式的制造方法100的流程圖。圖2A至圖2E為本發明一實施方式的工藝步驟的剖面示意圖。在實施方式100中包括以下步驟提供一基板(步驟110)；形成一保護層覆蓋基板的上表面的周緣(步驟120)；形成一第一電極層于此基板的上表面以及保護層上(步驟130)；形成一光電轉換層于第一電極層上(步驟140)；形成一第二電極層于光電轉換層上(步驟150)；以及由基板上移移除保護層，以在基板的上表面周緣形成一絕緣區域(步驟160)。在步驟110中，提供一基板200，如圖2A所示。基板可為例如為透明的玻璃基板或者為不透明基板(如不繡鋼基板)。基板200的材料并無特殊限制，只要其可承受后續工藝中的溫度，且具有一定化學穩定性即可。在一實施例中，基板200為一透明玻璃基板，但本發明不限于此。基板200具有大致為平面的上表面201，并在上表面201上進行后續工藝。 在一實施例中，基板在400nm至700nm的波長范圍內的平均穿透率大于約80%，例如為約 90%、92%或 95%。在步驟120中，形成一保護層210覆蓋基板200的上表面201的周緣，如圖2A所示。在一實施方式中，保護層210可為一耐熱膠帶，且耐熱膠帶的耐熱溫度高于85°C，例如為100°〇、1201、1501、2001、或2501。在一實施例中，耐熱膠帶可為聚對苯二甲酸二乙酯耐熱膠帶(polyethylene terephthalatefilm tape)或聚酰亞胺耐熱膠帶(polyimide film tape)。在另一實施例中，耐熱膠帶可為聚丙烯硫化物耐熱膠帶(polypropylene sulfide tape)或聚 2，6_ 萘二酸乙二醇酯耐熱膠帶(polyethyene napthalate film tape)。在本文中，“耐熱溫度”指耐熱膠帶在此溫度下，不會發生耐熱膠帶自基板上脫落或產生熱烈解現象。在另一實施方式中，保護層210可包含一高分子材料，且此高分子材料的熱裂解溫度高于約200°C，例如可為聚四氟乙烯、聚酯或聚酰亞胺。圖3繪示本發明一實施例的保護層210的上視示意圖，保護層210可完全圍繞基板200的周圍。在一實施例中，保護層 210覆蓋基板上表面的周緣的寬度d至少為約8. 4mm,例如可為約9mm、IOmm或12mm。在另一實施例中，保護層210可具有一凸出部212，凸出部212可略凸于基板200的外側邊緣一長度w，如圖2A所示，長度w可例如為約0. 5mm、1mm、或2mm。保護層210凸出的長度w可方便在后續步驟中移除此保護層210。形成保護層210的方法并無特殊限制，例如可通過手工來貼附上述的耐熱膠帶， 或者可通過一滾筒施加壓力及適當溫度，將保護層210滾壓在基板200的上表面，并使保護層210貼附于基板200上。在步驟130中，形成一第一電極層220于基板200的上表面201以及保護層210 上，如圖2B所示。第一電極層可為任何導電金屬材料所構成，包括但不限于銀、鋁、銅、鉻、 鎳或透明導電氧化物。在一實施例中，第一電極層220為一透明導電層。第一電極層220 的材料可例如為一透明導電氧化物層，包括但不限于氧化銦錫(indium tin oxide)，氧化錫(zinc oxide),氧化錫摻雜招、氟、鎵或硼，硫化鎘(cadmium sulphide),氧化鎘(cadmium oxide)，氧化錫(tinoxide)以及二氧化錫摻雜氟(fluorine doped tin dioxide, SnO2:F) 等材料。在一實施方式中，上述形成第一電極層220的步驟包含沉積上述的透明導電氧化物層于基板200上，然后可以通過激光切割或蝕刻工藝等方法，在透明導電氧化物層中形成第一溝槽221。第一溝槽221貫穿透明導電氧化物層，使透明導電氧化物層形成多個彼此獨立的透明導電區域222。在一實施例中，可通過物理氣相沉積法(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)形成上述的透明導電氧化物層。在此一步驟中，透明導電氧化物層通常會覆蓋在整個基板上，包括覆蓋在保護層210上。雖然在某些實施方式中，可在沉積腔室中設置一屏蔽(shielding)，以避免透明導電氧化物沉積在基板邊緣，但是在物理氣相沉積及某些化學氣相沉積中，因為其工藝特性具有等方向性，因此并不能完全防止透明導電氧化物沉積在基板邊緣。在本發明一實施方式中，是在進行沉積步驟之前，先形成保護層210，以防止在基板200的邊緣上形成透明導電氧化物沉積。在步驟140中，形成一光電轉換層230于第一電極層220上，如圖2C所示。光電轉換層230是用以將光能轉換為電能，光電轉換層230的材料可為多晶硅或非晶硅材料。在一實施例中，形成光電轉換層230的步驟包含沉積至少一非晶硅層于第一電極層 220上，以及通過激光切割或蝕刻工藝等方法，在多晶硅層上形成貫穿該多晶硅層之第二溝槽232。在一實施例中，形成光電轉換層230的步驟可包含沉積一 P型非晶硅層(p-doped amorphous silicon)、一本質非晶娃層(intrinsic amorphous silicon)以及一N 型非晶硅層(N-doped amorphoussilicon)。在一實施例中，光電轉換層230是通過化學氣相沉積法形成，因此在基板200邊緣的保護層210上方也會沉積一層光電轉換層230的材料。在步驟150中，形成一第二電極層240于光電轉換層230上，如圖2D所示。第二電極層240可為任何導電金屬材料所構成，包括但不限于銀、鋁、銅、鉻、鎳或上述的透明導電氧化物。在光電轉換層230中所形成的電流可經由第二電極層MO以及第一電極層220 而輸出。在一實施例中，形成第二電極層MO的步驟包括沉積一金屬層于光電轉換層230 上；以及通過激光切割形或蝕刻工藝等方法成第三溝槽對3。在一實施例中，第三溝槽243 貫穿第二電極層MO以及光電轉換層230。在另一實施例中，第三溝槽243可以僅貫穿第二電極層對0。在一實施例中，第二電極層240是通過物理氣相沉積法形成，因此在基板200 邊緣的保護層210上方也會沉積有一層第二電極層240的材料。根據本發明的諸多實施方式，在進行步驟110至步驟150的過程中，保護層210并不會發生脫落現象。在步驟160中，自基板200上移除保護層210，以在基板200的上表面201周緣形成一絕緣區域250。在本文中，“絕緣區域”是指基板200的上表面201的周邊區域內不存在任何的導電材料。在移除保護層210的步驟中，原本形成在保護層210上方的第一電極層材料、光電轉換層材料以及第二電極層材料將一并被移除。因此在基板200的周圍形成絕緣區域250，絕緣區域250的寬度可由保護層210的寬度決定。在一實施例中，絕緣區域 250的寬度大于8. 4mm,例如為9mm、IOmm或12mm。具體而言，可在太陽能電池的周邊形成一足夠的絕緣區域，以避免太陽能電池所產生的電能，經由基板200的上表面201而形成漏電路徑。此一漏電路徑的長度又稱為爬電距離(ere印ing distance) 0移除保護層210的方法可通過手工或機械設備來進行移除。在一實施例中，如圖2A所示，保護層210具有一凸出部212，其凸出于基板200的外側邊緣一長度W。在進行移除保護層210時，可利用凸出部212作為移除的起始位置或施力點，然后將一整片的保護層210由基板200上剝離。根據本發明一實施方式的制造方法，可以精確地確保太陽能電池的周邊絕緣區域。在已知技術中，是在形成太陽能電池所需的工藝步驟后，利用一噴砂工藝以移除位于基板邊緣的導電材料。然而，根據噴砂工藝的工藝特性，其實并不容易精確地控制噴砂時所移除的深度、穩定性以及均勻性。若噴砂工藝穩定性不佳，則會發生部分的導電材料殘留在基板的邊緣，而產生漏電的危險。再者，噴砂工藝將產生許多廢棄的砂材，不利于環境保護。因此，本發明具有改善已知技術中使用噴砂工藝的所有缺點。此外，噴砂工藝需進行相當長的時間，以確保能在太陽能電池基板周圍形成絕緣區域。根據本發明的實施方式，可有效縮短工藝時間，提高產能。雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視所附的權利要求書所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，包括以下步驟 提供一基板；形成一保護層覆蓋該基板的上表面的周緣；形成一第一電極層于該上表面及該保護層上；形成一光電轉換層于該第一電極層上；形成一第二電極層于該光電轉換層上；以及自該基板移除該保護層，以在該基板的上表面周緣形成一絕緣區域。
2.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，該保護層為一耐熱膠帶，且該耐熱膠帶的耐熱溫度高于85°C。
3.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，該保護層包含一高分子材料，且該高分子材料的熱裂解溫度高于約200°C。
4.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，該保護層至少包含一材料是選自由聚四氟乙烯、聚酯以及聚酰亞胺所組成的群組。
5.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，該形成保護層于該基板的步驟包括通過一滾筒將該保護層滾壓于該基板的上表面。
6.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，該形成導電層的步驟包括沉積一導電物層于該基板上；以及在該導電物層中形成一貫穿該導電物層的一第一溝槽。
7.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，該形成光電轉換層的步驟包括沉積至少一非晶硅層于該第一電極層上；以及在該多晶硅層上形成一貫穿該多晶硅層的一第二溝槽。
8.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，該形成光電轉換層的步驟包括形成一 P非晶硅層、一本質非晶硅層以及一 N非晶硅層。
9.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，該形成第二電極層的步驟包括沉積一金屬層于該光電轉換層上；以及定義該金屬層，以形成一第三溝槽。
10.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池的制造方法，其特征在于，該保護層覆蓋該基板上表面的周緣至少8. 4mm。
全文摘要
本發明提供一種薄膜太陽能電池的制造方法，其包括以下步驟。提供一基板，并形成一保護層覆蓋此基板的上表面的周緣。形成一第一電極層于基板的上表面以及保護層上。形成一光電轉換層于第一電極層上。形成一第二電極層于光電轉換層上。移除保護層，以在基板的上表面周緣形成一絕緣區域。
文檔編號H01L31/18GK102403396SQ201010516519
公開日2012年4月4日 申請日期2010年10月19日 優先權日2010年9月10日
發明者戴怡文, 許修齊 申請人:杜邦太陽能有限公司