專利名稱：制造薄膜太陽能電池的方法
技術領域：
本發明涉及制造薄膜太陽能電池的方法，更具體地說，涉及制造能夠減少制造成本并提高空間效率的薄膜太陽能電池的方法。
背景技術：
一般地說，太陽能電池是用于將太陽能轉換成電能的裝置。該太陽能電池具有在 P型半導體與η型半導體之間的結，且具有與二極管相同的基本結構。下文將解釋該太陽能電池的操作。一般地說，該太陽能電池包括大面積的PN結二極管。對于光伏能量轉換，要求太陽能電池具有這樣的條件電子被非對稱地設置在半導體結構中。更具體地說，P型半導體區域具有低電子密度和高空穴密度，而η型半導體區域具有高電子密度和低空穴密度。因此，由于濃度梯度導致的擴散而使得熱平衡狀態下的PN結二極管具有不平衡的電荷。這可以導致電場的形成，由此導致載流子的不擴散。當將具有比帶隙(band gap)(導帶(conduction band)和價帶(valence band)之間的能量差)大的能量的光施加于二極管時，已經接收了該光能量的電子被從價帶激發到導帶。被激發到導帶的電子自由移動，且在電子已經離開的價帶的位置處產生空穴。這被稱為“過剩載流子”，并且由于濃度差異，這些“過剩載流子”在導帶或價帶中擴散。此處，在P型半導體中被激發的電子和在η型半導體中形成的空穴分別被稱為“少數載流子”。另一方面，在結之前的P型或η型半導體內的現有載流子(P型半導體中的空穴和η型半導體中的電子)被稱為“多數載流子”。“多數載流子”由于電場所導致出現的能量勢壘(energy barrier)而被阻礙不能移動。然而，電子(P型半導體中的“少數載流子”)可以各自移動到η型半導體。由于少數載流子的擴散，在PN結二極管內部產生電勢降。并且，當從該PN結二極管的兩端產生的電動勢被連接到外部電路時，該PN結二極管可以用作太陽能電池。根據所使用的材料可以將太陽能電池大體分為硅基太陽能電池、化合物太陽能電池和有機太陽能電池。根據半導體的相可以將硅基太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。根據半導體層的厚度可以將太陽能電池分為堆積型(bulk type)太陽能電池和薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電池的半導體層的厚度對應于幾微米至幾十微米。在這些各種類型的太陽能電池中，具有高能量轉換效率和低制造成本的堆積型太陽能電池被廣泛地用于地電(terrestrial electricity)。然而，根據近來對于堆積型太陽能電池的高需求，堆積型太陽能電池的原材料變得不足。這可能導致堆積型太陽能電池具有高的價格。針對用于地電的太陽能電池的低制造成本和大規模生產，需要一種能夠將原材料硅的量減少為當前使用量的1/100的薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電池的優點在于比堆積型太陽能電池更容易實現大面積。然而，薄膜太陽能電池的缺點在于由于光接收表面的透明電極的電阻而導致面積增加，能量轉換效率劣化。為了解決該問題，已經開發了集成型薄膜太陽能電池。該集成型薄膜太陽能電池具有其中透明電極被劃分為多個條形電極且形成在這些電極上的單元電池彼此串聯連接的結構。在這種結構下，由于該透明電極的電阻所導致的功率損耗可以減少。此外，在以大面積制造集成型薄膜太陽能電池的情況下，轉換效率的劣化可以減小。下文將參照附圖更詳細地解釋普通薄膜太陽能電池。圖1是示意性例示根據現有技術的薄膜太陽能電池的截面圖。如圖所示，普通薄膜太陽能電池包括彼此串聯連接的多個單元電池。各個單元電池包括基板、在基板10上形成的透明電極12、在透明電極12上形成的且由非晶硅形成的半導體層13以及在半導體層13上形成的金屬電極14。透明電極12由透明導電氧化物(TCO)形成，用于透射穿過基板10從外部入射的太陽光。半導體層13具有pin結構，該pin結構包括形成在透明電極12上的ρ型硅層、形成在該P型硅層上的本征硅(intrinsic silicon)層以及形成在該本征硅層上的η型硅層。下文將解釋制造薄膜太陽能電池的工藝。首先，在基板上沉積透明電極形成薄膜、半導體層形成薄膜和金屬電極形成薄膜。 然后，通過激光劃片工藝(laser scribing process)分別形成透明電極12、半導體層13和金屬電極14。附圖標記H3指示通過激光劃片工藝形成的用于對金屬電極14進行構圖的槽。并且，附圖標記H4指示被形成為沿著薄膜太陽能電池的外圍部分的四個表面暴露基板 10的槽，該槽用于將薄膜太陽能電池與外部絕緣。在用于在制造薄膜太陽能電池時形成單元電池的各種方法中，在效率和制造成本方面上述激光劃片工藝受到關注。圖2A至圖2D是順序地例示制造圖1的薄膜太陽能電池的工藝的截面圖。如圖2A所示，透明電極形成薄膜被形成在透明基板10上。然后，通過使用激光照射(laser irradiation)裝置在透明電極形成薄膜中形成第一槽(HI)。結果，在各個電池中形成彼此間隔的透明電極12( “P1”工藝)。如圖2B所示，半導體層形成薄膜被形成在其上形成有透明電極12的透明基板10 上。然后，通過使用激光照射裝置在半導體層形成薄膜中形成第二槽0 )。結果，在各個電池中形成彼此間隔的半導體層13 ( “P2”工藝)。如圖2C所示，金屬電極形成薄膜被形成在其上形成有半導體層13的透明基板10 上。然后，左電池的金屬電極14(參照圖2C)連接到右電池的透明電極12(參照圖2C)。然后，通過使用激光照射裝置在半導體層13和金屬電極形成薄膜中形成第三槽OK)。結果， 在各個電池中形成彼此間隔的金屬電極14 ( “P3”工藝)。如圖2D所示，沿著已經形成金屬電極14的薄膜太陽能電池的外圍部分的4個表面執行激光照射，由此去除基板10上的透明電極12、半導體層13和金屬電極14。結果，形成用于將薄膜太陽能電池與外部絕緣的第四槽(H4) ( “P4”工藝)。在用于在制造薄膜太陽能電池時形成單元電池的各種方法中，在效率和生產成本方面上述激光劃片工藝受到關注。
然而，激光劃片工藝可能具有以下缺點。更具體地說，每個工藝要求獨立的設備， 并且“P4”工藝要求附加的設備。可能由于所添加的設備而導致增加安裝成本并降低空間效率。
發明內容
因此，詳細說明的一個方面在于提供一種通過改進常規激光劃片工藝來制造能夠減少制造成本并提高空間效率的薄膜太陽能電池的方法。為了實現這些和其它優點，根據本發明的目的，如本文所具體實施和廣義描述的， 提供了一種制造薄膜太陽能電池的方法，該方法包括以下步驟提供上面分配有多個電池的基板；在所述基板上沉積透明電極形成薄膜；通過激光照射在所述透明電極形成薄膜中形成多個第一槽，由此在各個電池中形成彼此間隔的透明電極，并形成多個初級第四槽，通過所述多個初級第四槽暴露所述基板的表面；在上面形成有所述透明電極的所述基板上沉積半導體層形成薄膜；通過激光照射在所述半導體層形成薄膜中形成多個第二槽，由此在各個電池中形成彼此間隔的半導體層；在上面形成有所述半導體層的所述基板上形成金屬電極形成薄膜；以及通過激光照射在所述金屬電極形成薄膜中形成多個第三槽，由此在各個電池中形成彼此間隔的金屬電極，并暴露所述基板的包括所述多個初級第四槽的所述表面，由此形成將所述多個電池與外部絕緣的多個次級第四槽。本發明可以具有以下優點。如上所述，在根據本發明的制造薄膜太陽能電池的方法中，將薄膜太陽能電池與外部絕緣的分離工藝(“P4”工藝)可以與透明電極構圖工藝(“P1”工藝)和金屬電極構圖工藝(“P3”工藝)一體地執行。這可以不需要“P4”工藝以及用于“P4”工藝的設備。結果，可以降低購買和管理所述設備的成本，并且可以提高空間效率。本發明的應用性的進一步范圍將從下文給出的詳細描述變得更加明顯。然而，應當理解，盡管詳細描述和具體示例指示了本發明的優選實施方式，但是僅通過例示的方式給出這些詳細描述和特定示例，因為本發明的精神和范圍內的各種變化和修改將由于這些詳細描述而對于本領域技術人員變得明顯。
附圖被包括進來以提供對本發明的進一步理解，并且被并入本說明書且構成本說明書的一部分，附圖例示了本發明的實施方式，并與說明書一起用于解釋本發明的原理。附圖中圖1是示意性例示根據現有技術的薄膜太陽能電池的截面圖；圖2A至圖2D是順序地例示制造圖1的薄膜太陽能電池的工藝的截面圖；圖3是示意性例示根據本發明的薄膜太陽能電池的結構的平面圖；圖4是示意性例示沿著圖3的薄膜太陽能電池的線A-A’截取的截面結構的視圖；圖5A至圖5F是順序地例示根據本發明的制造圖4的薄膜太陽能電池的工藝的截面圖；圖6A至圖6C是順序地例示根據本發明的制造圖4的薄膜太陽能電池的工藝的立體圖7A至圖7C是順序地例示根據本發明的制造圖3的薄膜太陽能電池的工藝的平面圖。
具體實施例方式現在將參照附圖給出示例性實施方式的詳細說明。為了參照附圖進行簡要描述， 將為相同的或等效的組件提供相同的附圖標記，并且不重復對這些相同的或等效的組件的描述。下文將參照附圖更詳細地解釋根據本發明的制造薄膜太陽能電池的方法。圖3是示意性例示根據本發明的薄膜太陽能電池的結構的平面圖，而圖4是示意性例示沿著圖3的薄膜太陽能電池的線A-A’截取的截面結構的視圖。根據本發明的薄膜太陽能電池具有其中多個條形單元電池彼此串聯連接的結構。如圖所示，根據本發明的太陽能電池115具有模塊化結構(modularized structure)，其中多個單元電池在玻璃基板或透明塑料基板110上彼此串聯連接。根據本發明的薄膜太陽能電池115的模塊包括形成在基板110上的透明電極 112、絕緣條形式的絕緣體、被形成為具有條形且覆蓋透明電極112的整體式(unitary)半導體層113、以及被形成為具有條形且覆蓋半導體層113的金屬電極114。多個經絕緣的單元電池彼此串聯連接。為了防止薄膜太陽能電池115的電短路(electrical shortage)，可以在金屬電極114上設置由樹脂形成的鈍化層(未示出)。此處，透明電極112由透明導電氧化物形成，使得可以透射穿過基板110從外部入射的太陽光。例如，半導體層113可以具有pin結構，該pin結構包括形成在透明電極112上的 P型硅層、形成在該P型硅層上的本征硅(intrinsic silicon)層以及形成在該本征硅層上的η型硅層。根據本發明的薄膜太陽能電池115具有其中由層疊在基板110上的透明電極112、 半導體層113和金屬電極114形成的多個條形單元電池彼此串聯連接的結構。為了將本發明的薄膜太陽能電池115劃分成多個單元電池，可以使用激光劃片工藝、化學汽相加工(CVM)方法、使用金屬針的機械劃片方法等。下文將解釋制造薄膜太陽能電池115的工藝。首先，在基板上沉積透明電極形成薄膜、半導體層形成薄膜和金屬電極形成薄膜。然后，通過激光劃片分別對透明電極112、 半導體層113和金屬電極114進行構圖。附圖標記HI、H2和H3分別指示通過用于對透明電極112、半導體層113和金屬電極114進行構圖的激光劃片工藝(“P1”、“P2”和“P3”工藝)形成的槽。附圖標記H4指示被形成為沿著薄膜太陽能電池115的外圍部分的四個表面暴露基板110的槽，該槽用于將薄膜太陽能電池115與外部絕緣。將薄膜太陽能電池115與外部絕緣的分離工藝(“P4”工藝)與“P1”工藝和“P3” 工藝一體地執行。因為不需要“P4”工藝和用于“P4”工藝的設備，所以這可以降低制造成本并提高空間效率。將通過以下制造薄膜太陽能電池的工藝對此進行更詳細的解釋。圖5A至圖5F是順序地例示根據本發明的制造圖4的薄膜太陽能電池的工藝的截面圖，圖6A至圖6C是順序地例示根據本發明的制造圖4的薄膜太陽能電池的工藝的立體圖，而圖7A至圖7C是順序地例示根據本發明制造圖3的薄膜太陽能電池的工藝的平面圖。
如圖5A所示，制備其上分配有多個電池的透明基板110。然后，將透明電極形成薄膜120形成在基板110上。透明電極形成薄膜120優選地由具有導電和透射特性的材料形成。例如，透明電極形成薄膜120由透明導電氧化物形成。如圖5B、圖6A和圖7A所示，通過基板110下方的激光照射裝置在透明電極形成薄膜120的預定區域中形成第一槽(HI)。然后，在各個電池中形成彼此分離的透明電極 112( “P1”工藝)。此處，在“P1”工藝中，沿著薄膜太陽能電池115的外圍部分的四個表面去除透明電極形成薄膜，由此形成初級第四槽(H1’)，通過該初級第四槽暴露基板110的表面。可以通過“P1”工藝中使用的激光照射裝置來與第一槽(Hl)同時形成初級第四槽 (ΗΓ )。并且，該初級第四槽(ΗΓ )可以被形成為暴露基板110的表面以用于將薄膜太陽能電池Ii5與外部絕緣，并且可以被形成為在薄膜太陽能電池115的外圍部分的四個表面上彼此交叉(cross)。當波長為355nm和1064nm的激光被照射到透明電極形成薄膜的預定區域上時，所述透明電極形成薄膜的多個部分順序地經歷到固態、液態和氣態的相變(或直接升華為氣態而不經歷液態)。然后，由于當透明電極形成薄膜的溫度太高而不能承受氣體的壓力時該透明電極形成薄膜的材料爆裂，所以該透明電極形成薄膜被去除。這可以導致在經激光照射的區域上形成第一槽(Hl)和初級第四槽(H1’)，通過所述初級第四槽暴露基板110的多個部分。結果，在各個電池中形成彼此間隔的透明電極112。如圖5C所示，將半導體層形成薄膜130形成在其上形成有透明電極112的基板 110上。半導體層形成薄膜130可以由各種材料形成。例如，半導體層形成薄膜130可以由非晶硅形成。在這種情況下，半導體層形成薄膜130可以具有pin結構，該pin結構包括形成在透明電極112上的ρ型硅薄膜、形成在該ρ型硅薄膜上的本征硅薄膜以及形成在該本征硅薄膜上的η型硅薄膜。在本發明中，半導體層形成薄膜130不僅被形成在第一槽(Hl)中，而且被形成在初級第四槽(ΗΓ )中。如圖5D、圖6Β和圖7Β所示，通過基板110下方的激光照射裝置在半導體層形成薄膜130的預定區域中形成第二槽0 )。然后，在各個電池中形成彼此間隔的半導體層 113( “P2” 工藝)。當波長為532nm的激光被照射到半導體層形成薄膜的預定區域上時，所述半導體層形成薄膜的多個部分順序地經歷到固態、液態和氣態的相變(或直接升華為氣態而不經歷液態)。然后，由于當半導體層形成薄膜的溫度太高而不能承受氣體的壓力時該半導體層形成薄膜的材料爆裂，所以該半導體層形成薄膜被去除。這可以導致在經激光照射的區域上形成第二槽(H2)，通過所述第二槽暴露透明電極112的多個部分。因此，在各個電池中形成彼此間隔的半導體層113。如圖5E所示，將金屬電極形成薄膜140形成在其上形成有半導體層113的基板 110上。形成在基板110上的金屬電極形成薄膜140通過第二槽電連接到被設置在各個電池中的透明電極112。優選地，金屬電極形成薄膜140由導電金屬材料形成。并且，金屬電極形成薄膜 140可以不具有通過該金屬電極形成薄膜140透射太陽光的功能。如圖5F、圖6C和圖7C所示，通過基板110下方的激光照射裝置在半導體層113和金屬電極形成薄膜130的預定區域中形成第三槽OK)。然后，在各個電池中形成彼此間隔的金屬電極114( “P3”工藝)。在本發明中，通過“P3”工藝，通過向初級第四槽的半導體層Il3和形成在半導體層113上的金屬電極形成薄膜照射激光來形成次級第四槽(H4)，通過所述次級第四槽暴露基板110的表面。此處，可以通過“P3”工藝中使用的激光照射裝置來與第三槽(H3)同時形成次級第四槽(H4)。與初級第四槽(ΗΓ ) 一樣，次級第四槽(H4)可以被形成為暴露基板110的表面以用于將薄膜太陽能電池115與外部絕緣，并且可以被形成為在薄膜太陽能電池115的外圍部分的四個表面上彼此交叉。當波長為532nm、355nm和1064nm的激光被順序地照射到半導體層113和金屬電極形成薄膜的預定區域上時，半導體層113和金屬電極形成薄膜的多個部分順序地經歷到固態、液態和氣態的相變(或直接升華為氣態而不經歷液態)。然后，由于當半導體層113和金屬電極形成薄膜的溫度太高而不能承受氣體的壓力時該半導體層113和金屬電極形成薄膜的材料爆裂，所以半導體層113和金屬電極形成薄膜被去除。這可以導致在經激光照射的區域上形成第三槽(擬)和次級第四槽(H4)，通過所述第三槽(擬)暴露透明電極112 的多個部分，并且通過所述次級第四槽(H4)暴露基板110的表面。結果，在各個電池中形成彼此間隔且電連接到相鄰的透明電極112的金屬電極114。將薄膜太陽能電池115與外部絕緣的分離工藝(“P4”工藝)與“P1”工藝和“P3” 工藝一體地執行。這可以降低制造成本并提高空間效率，因為不需要“P4”工藝和用于“P4” 工藝的設備。上述實施方式和優點僅是示例性的，不應當被理解為限制本發明。本教導可以容易地應用于其它類型的設備。本說明書旨在是說明性的，而并不旨在限制權利要求的范圍。 很多另選例、修改和變型對于本領域技術人員將是明顯的。可以按照各種方式組合本文描述的示例性實施方式的特征、結構、方法和其它特性以獲得另外的和/或另選的示例性實施方式。由于在不脫離本發明的特性的情況下可以按照多種形式具體實施本發明的特征， 所以還應當理解，除非另行指明，否則上述實施方式不被以上描述的任意細節所限制，而是應當在如所附權利要求限定的范圍內進行廣義理解，因此，落在權利要求的邊界(mete)和界限(bound)或者這些邊界和界限的等價物內的所有變化和修改旨在被所附權利要求涵
至
權利要求
1. 一種制造薄膜太陽能電池的方法，該方法包括以下步驟 提供上面分配有多個電池的基板； 在所述基板上沉積透明電極形成薄膜；通過激光照射在所述透明電極形成薄膜中形成多個第一槽，由此在各個電池中形成彼此間隔的透明電極，并形成多個初級第四槽，通過所述多個初級第四槽暴露所述基板的表在上面形成有所述透明電極的所述基板上沉積半導體層形成薄膜；通過激光照射在所述半導體層形成薄膜中形成多個第二槽，由此在各個電池中形成彼此間隔的半導體層；在上面形成有所述半導體層的所述基板上形成金屬電極形成薄膜；以及通過激光照射在所述金屬電極形成薄膜中形成多個第三槽，由此在各個電池中形成彼此間隔的金屬電極，并且暴露所述基板的包括所述多個初級第四槽的所述表面，由此形成將所述多個電池與外部絕緣的多個次級第四槽。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個初級第四槽使得在沿著所述薄膜太陽能電池的外圍部分的四個表面去除所述透明電極形成薄膜時通過所述多個初級第四槽暴露所述基板的所述表面。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，通過使用波長為355nm和1064nm的激光來形成所述多個第一槽和所述多個初級第四槽。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述薄膜太陽能電池的外圍部分的四個表面上彼此交叉地形成所述多個初級第四槽。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，通過使用波長為532nm的激光來形成所述多個第二槽。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多個次級第四槽使得在沿著所述薄膜太陽能電池的外圍部分的四個表面去除所述多個初級第四槽的所述半導體層和在所述半導體層上形成的所述金屬電極形成薄膜時通過所述多個次級第四槽暴露所述基板的所述表面。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，通過使用波長為532nm、355nm和1064nm的激光來形成所述多個第三槽和所述多個次級第四槽。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述薄膜太陽能電池的外圍部分的四個表面上彼此交叉地形成所述多個次級第四槽。
全文摘要
制造薄膜太陽能電池的方法。該方法包括以下步驟提供上面分配有多個電池的基板；在該基板上沉積透明電極形成薄膜；通過激光照射在該透明電極形成薄膜中形成第一槽，由此在各個電池中形成彼此間隔的透明電極，并形成初級第四槽，通過這些初級第四槽暴露基板的表面；在上面形成有透明電極的基板上沉積半導體層形成薄膜；通過激光照射在該半導體層形成薄膜中形成第二槽，由此在各個電池中形成彼此間隔的半導體層；在上面形成有半導體層的基板上形成金屬電極形成薄膜；以及通過激光照射在金屬電極形成薄膜中形成第三槽，由此在各個電池中形成彼此間隔的金屬電極，并暴露基板的包括初級第四槽的表面，由此形成將多個電池與外部絕緣的次級第四槽。
文檔編號H01L31/18GK102290485SQ20111015953
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月14日 優先權日2010年6月17日
發明者李輝宰, 柳泰京, 金鐘一 申請人:樂金顯示有限公司