一種薄膜太陽能電池及其制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種薄膜太陽能電池及其制造方法，屬于太陽能電池【技術領域】。解決薄膜太陽能電池的背電極的焊接性能和各膜層之間的附著力等技術問題。薄膜太陽能電池，由多個內部串聯的光電單元構成，包括在襯底上依序層疊的前電極、光電轉化層和背電極，其特征在于所述背電極是由透明導電層、過渡層、第一反射層、第二反射層和增焊保護層組成的多層結構。本發明背電極的反射層由銀和鋁兩層膜構成，且銀膜的厚度小于鋁膜，可有效降低生產成本；在鋁膜上設置鎳銅或鎳釩合金膜層，不僅可以保護背電極，還可以增加背電極的焊接性能。
【專利說明】一種薄膜太陽能電池及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種薄膜太陽能電池及其制造方法，屬于太陽能電池【技術領域】。
【背景技術】
[0002]薄膜太陽能電池主要由前電極層、光電轉換層及背電極層組成，這三個膜層的性能直接影響太陽能電池轉換效率。前電極層為了保證高的透光率和好的導電性，一般采用單層的二氧化錫或氧化銦錫。而背電極層必須具有良好的電學和光學性能。目前，背電極的膜層結構設計已經由簡單的單層結構趨向多層化，如中國專利ZL200910209157.4《一種太陽能電池及制作方法》的背電極結構為AZO層+過渡層+Ag層+金屬保護層，過渡層位于AZO層和Ag層之間，能提高AZO層和Ag層的附著力，保證電池的使用壽命，但是對比文件I采用單層銀作為反射層，成本高，而且銀膜上的金屬保護層無增焊功能，不能滿足客戶對焊接性能的要求。而專利ZL201010523713.8《薄膜太陽能電池背電極》的背電極結構為Y:ZnO+Ag+Y:ZnO+Ag+金屬薄膜層，能夠提高背電極的導電性和反射率，但是Y: ZnO層與Ag層之間附著力差，容易造成膜層脫落的現象，而且金屬薄膜層采用Ti/Ni/Al，焊接性能差。
【發明內容】
[0003]為了使薄膜太陽能電池的背電極具有良好的焊接性能和增強膜層之間的附著力，提高太陽能電池的轉化效率，本發明的目的是改進太陽能電池背電極的結構，開發一種成本低、轉化效率高的太陽能電池及其制造方法。
[0004]一種薄膜太陽能電池，由多個內部串聯的光電單元構成，包括在襯底上依序層疊的前電極、光電轉化層和背電極，其特征在于所述背電極是由透明導電層、過渡層、第一反射層、第二反射層和增焊保護層組成的多層結構。背電極中第一反射層的厚度小于第二反射層。背電極的第一反射層為50?150nm厚的銀膜，第二反射層為50?300nm厚的鋁膜，可有效降低生產成本。
[0005]背電極的增焊保護層為40?200nm厚的鎳銅或鎳釩合金膜層，銅或釩的質量百分數為60%?80%，使背電極具有良好的焊接性能和抗氧化性。
[0006]背電極的透明導電層為50?300nm厚的摻鋁氧化鋅(AZO)膜，具有良好的導電性，
且無毒環保。
[0007]背電極的過渡層為5?50nm厚的鉻膜,增加AZO和Ag膜的附著力。
[0008]本發明還研發了一種薄膜太陽能電池的制備方法，在襯底上順序沉積前電極、光電轉換層和背電極，且依次對前電極、光電轉換層和背電極進行刻劃形成相應的圖形，其特征在于所述背電極包括透明導電層、過渡層、第一反射層、第二反射層和增焊保護層，背電極的各膜層均采用直流磁控濺射在線真空鍍膜制備，工作氣體為氬氣，本底壓強為2?6Xl(T6Torr，工作壓強為 I X KT3Torr。
[0009]制備背電極之前進行預熱，加熱溫度為100?200°C，在臥式PVD連續真空鍍膜生產線上用直流電源控制靶材沉積背電極的各膜層，制備完畢后進行常溫冷卻。[0010]背電極的透明導電層采用摻鋁氧化鋅的旋轉靶制備，鋁含量為1%_3%，形成50?300nm厚的摻鋁氧化鋅(AZO)膜。
[0011]背電極的過渡層采用鉻(Cr)平面靶制備，濺射形成厚度為5?50nm的鉻(Cr)膜。
[0012]背電極的第一反射層和第二反射層分別由銀(Ag)和鋁(Al)旋轉靶制備，且第一反射層的厚度小于第二反射層。
[0013]背電極的增焊保護層由鎳銅或鎳釩合金旋轉靶制備，其中鎳與銅或釩的質量百分數為60%?80%。
[0014]本發明為了制備具有良好焊接的薄膜太陽能電池背電極，還設計了制造背電極的設備，包括設有加熱室、鍍膜室和冷卻室的臥式PVD連續真空鍍膜設備，其特征在于所述連續真空鍍膜設備集三個加熱室、四個鍍膜室和三個冷卻室為一體；所述四個鍍膜室分別制備背電極的透明導電層、過渡層、第一反射層、第二反射層和增焊保護層，其中第一和第二反射層在同一鍍膜室內制備；三個加熱室的真空度和溫度均從低到高分布；三個冷卻室內的真空度由高到低，冷卻溫度為常溫。
[0015]積極效果:本發明既節省了成本，又解決了太陽能薄膜電池普遍存在的焊接性能和附著力差的問題，同時還提高了太陽能電池的轉化效率。背電極的反射層由銀和鋁兩層膜構成，且銀膜的厚度小于鋁膜，可有效降低生產成本；在鋁膜上設置增焊保護層，不僅可以保護背電極，還可以增加背電極的焊接性能；在工藝上具有改進，沉積AZO層之前，增加緩慢加熱工藝，可有效去除太陽能電池基片上的濕氣和臟污，以克服膜層的松動和氧化問題，同時降低AZO膜層的電阻率，減少背電極的背電阻，提高太陽能電池的轉化效率；背電極制備完畢后，太陽能電池基片不立即移出腔體，而是繼續在真空環境下冷卻，避免背電極受污染。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1:本發明的結構示意圖。
[0017]圖2:本發明的剖面結構示意圖。
[0018]圖3:本發明的背電極層制造設備結構示意圖。
[0019]圖中:1、襯底，2、前電極，3、光電轉換層，4、背電極，401、透明導電層，402、過渡層，403、第一反射層，404、第二反射層，405、增焊保護層，5、加熱室I，6、加熱室II，7、加熱室III，8、鍍膜室I，9、鍍膜室II，10、鍍膜室III，11、鍍膜室IV，12、冷卻室I，13、冷卻室II，14、冷卻室 III，15、AZO 靶，16、Cr 靶，17、Ag 靶，18、Al 靶，19、NiCu 或 NiV 靶。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
一種薄膜太陽能電池包括基片襯底、前電極層、光電轉化層和背電極層，其主要技術特點是背電極層具有5層結構，從受光面開始依次為透明導電層、過渡層、第一反射層、第二反射層和增焊保護層，其中，透明導電層為摻鋁氧化鋅(ΑΖ0)，厚度為50?300nm，因為AZO相對來說價格便宜，無毒環保；
過渡層為鉻(Cr)，厚度為5?50nm，因為Cr的原子半徑介于AZO和Ag之間，增加AZO和Ag的附著力；第一反射層為銀(Ag)，厚度為50~150nm，因為Ag高反射導電性能好；
第二反射層為鋁(Al)，厚度為50~300nm，因為Al高反射價格便宜；
增焊保護層為鎳銅(NiCu)或鎳釩合金，厚度為40~200nm，具有良好的焊接性能和抗氧化性。
[0021]實施例2
一種薄膜太陽能電池的制備方法，主要包括:在基片襯底上依次沉積前電極層、光電轉換層以及背電極層，背電極層依次沉積透明導電層、過渡層、第一反射層、第二反射層和增焊保護層，在沉積透明導電層之前進行加熱，加熱溫度為100~200 V ;在沉積增焊保護層之后進行常溫冷卻。
[0022]背電極層的各膜層的沉積方法均為直流磁控濺射真空鍍膜方法，即是在臥式鍍膜連續生產線上用直流電源控制靶材的沉積，工作氣體為氬氣，本底壓強為2~6X 10_6Torr，工作壓強為I Xl(T3Torr。
[0023]制造方法:
1.通過化學氣相沉積法在襯底I的超白玻璃上沉積前電極2的FTO；
2.通過等離子體增強氣相化學沉積(PECVD)法沉積光電轉換層3的PIN非晶硅薄膜，沉積P層的源氣體為TMB氣體(三甲基硼烷和硅烷的混合氣體)、硅烷(SiH4)和氫氣(H2)，沉積i層的源氣體為硅烷(SiH4)和氫氣(H2),沉積η層的源氣體為N氣(磷燒和硅烷的混合氣體)；沉積壓力為50~150Pa，沉積溫度250°C。
[0024]3.通過直流磁控濺射真空鍍膜方法沉積多層背電極層4，襯底I先依次經過加熱室I 5、加熱室II 6、加熱室III 7進行加熱，然后再依次進入鍍膜室I 8進行透明導電層401的AZO膜沉積、鍍膜室II 9進行過渡層402的Cr膜沉積、鍍膜室III 10進行反射層1403的Ag膜和反射層II404的Al膜沉積、鍍膜室IV 11進行增焊保護層405的NiCu膜沉積，鍍膜室I 5、鍍膜室II 6、鍍膜室1117、鍍膜室IV8的工作氣體為氬氣，本底壓強為2X 10_6Torr，工作壓強為IX 10_3Torr，沉積后再依次進入冷卻室112、冷卻室II 13、冷卻室
III14進行室溫冷卻后出爐。
[0025]本發明在生產線上試驗，沒有出現過諸如焊接性能差、附著力不好等問題，同時通過產品的穩定轉化效率進行比較，該工藝所制備的產品的轉化效率明顯高于改進前，以下為部分生產產品的測試數據:
【權利要求】
1.一種薄膜太陽能電池，由多個內部串聯的光電單元構成，包括在襯底上依序層疊的前電極、光電轉化層和背電極，其特征在于所述背電極是由透明導電層、過渡層、第一反射層、第二反射層和增焊保護層組成的多層結構。
2.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于所述背電極中第一反射層的厚度小于第二反射層。
3.根據權利要求2所述的薄膜太陽能電池，其特征在于所述背電極的第一反射層為50?150nm厚的銀膜，第二反射層為50?300nm厚的鋁膜。
4.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于所述背電極的增焊保護層為40?200nm厚的鎳銅或鎳f凡合金膜層。
5.根據權利要求4所述的薄膜太陽能電池，其特征在于所述背電極的增焊保護層中銅或釩的質量百分數為60%?80%。
6.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于所述背電極的透明導電層為50?300nm厚的摻鋁氧化鋅(AZO)膜。
7.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池，其特征在于所述背電極的過渡層為5?50nm厚的鉻膜。
8.一種薄膜太陽能電池的制備方法，在襯底上順序沉積前電極、光電轉換層和背電極，且依次對前電極、光電轉換層和背電極進行刻劃形成相應的圖形，其特征在于所述背電極包括透明導電層、過渡層、第一反射層、第二反射層和增焊保護層，背電極的各膜層均采用直流磁控濺射真空鍍膜制備，工作氣體為氬氣，本底壓強為2?6 X KT6Torr,工作壓強為I X KT3Torr。
9.根據權利要求8所述的薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于制備背電極之前進行預熱，加熱溫度為100?200°C，在臥式PVD連續真空鍍膜生產線上用直流電源控制靶材沉積背電極的各膜層，制備完畢后進行常溫冷卻。
10.根據權利要求8所述的薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于背電極的透明導電層采用摻鋁氧化鋅的旋轉靶制備，鋁含量為1%_3%，形成50?300nm厚的摻鋁氧化鋅(AZO)膜。
11.根據權利要求8所述的薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于背電極的過渡層采用鉻(Cr)平面靶制備，濺射形成厚度為5?50nm的鉻(Cr)膜。
12.根據權利要求8所述的薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于背電極的第一反射層和第二反射層分別由銀(Ag)和鋁(Al)旋轉靶制備，且第一反射層的厚度小于第二反射層。
13.根據權利要求8所述的薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于背電極的增焊保護層由鎳銅或鎳鑰;合金旋轉祀制備,其中銅或鑰;的質量百分數為60%?80%。
14.一種薄膜太陽能電池背電極的制造設備，包括設有加熱室、鍍膜室和冷卻室的臥式PVD連續真空鍍膜設備，其特征在于所述連續真空鍍膜設備集三個加熱室、四個鍍膜室和三個冷卻室為一體；所述四個鍍膜室分別制備背電極的透明導電層、過渡層、第一反射層、第二反射層和增焊保護層，其中第一和第二反射層在同一鍍膜室內制備；三個加熱室的真空度和溫度均從低到高分布；三個冷卻室內的真空度由高到低，冷卻溫度為常溫。
【文檔編號】H01L31/18GK103943696SQ201310024515
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月23日 優先權日:2013年1月23日
【發明者】李毅, 盛國浩, 宋光耀, 龍鵬, 王廣文 申請人:深圳市創益科技發展有限公司