太陽能電池及其制造方法與流程

本發明涉及太陽能電池及其制造方法。更具體地，本發明涉及一種能夠簡化構圖工序和串聯連接結構的太陽能電池及其制造方法。

背景技術：

以往的薄膜型太陽能電池，由于其光電轉換效率大致小于10％，所以實際商業化存在很多困難。為了解決所述問題，開發出了以串聯方式電連接多個光電元件從而實現優良的光電轉換效率的技術。

這種串聯方式的太陽能電池，通過電極(配線)串聯連接水平排列的多個光電元件，從而獲得所需的電力。

但是，為了制造以往串聯方式的太陽能電池，為了進行至少3次的蝕刻(圖案化)工序，要進行反復反轉基板的過程，因此工序以及設備復雜，并且在反轉基板的過程中造成物理干擾，具有產生不良的問題。

而且，以往串聯方式的太陽能電池，具有由在下部電極和上部電極之間層疊光電元件構成的太陽能電池單元相互串聯連接的結構，因此，具有結構復雜的問題。

技術實現要素：

所要解決的問題

因此，本發明為了解決如上所述的以往技術的諸多問題而提出，其目的在于，提供一種能夠在基板前面上進行多個蝕刻工序的太陽能電池及其制造方法。

此外，本發明的另一目的在于，提供一種串聯連接時無需單獨的下部電極的太陽能電池及其制造方法。

此外，本發明的另一目的在于，提供一種能夠根據抗反射層形成合適的結構的太陽能電池及其制造方法。

解決問題的技術方案

根據本發明的一種太陽能電池，包含：基板，排列有單位太陽能電池區域，該單位太陽能電池區域由電池單元區域和配線區域構成；第一半導體層，形成在所述基板上，并且在所述基板的所述配線區域上形成第一溝槽；第二半導體層，形成在所述第一溝槽以及所述第一半導體層上，并且在所述基板的所述配線區域上形成第二溝槽，以露出所述第一半導體層的一部分；第三半導體層，形成在所述第二半導體層上，并且在所述基板的所述配線區域上形成第三溝槽，以露出所述第二半導體層的一部分；以及電極層，形成在所述第三半導體層上，通過所述第二溝槽，與所述第一半導體層連接。

此時，在所述基板和所述第一半導體層之間還可以形成抗反射層。

所述抗反射層可以包括所述第一溝槽延伸的結構。

所述抗反射層可以是氮化硅(SiN_x)或氮化鈦(TiN_x)。

所述第一半導體層、第二半導體層、第三半導體層可以是n、i、p或p、i、n。

此外，本發明的所述目的可以通過太陽能電池的制造方法實現，該方法包括如下步驟：步驟(a)，提供排列有單位太陽能電池區域的基板，該單位太陽能電池區域由電池單元區域和配線區域構成；步驟(b)，在所述基板上形成第一半導體層；步驟(c)，第一蝕刻工序：在所述配線區域上蝕刻所述第一半導體層，以形成與相鄰的其他單位太陽能電池區域分離的第一溝槽；步驟(d)，在包含所述第一半導體層的基板上依次形成第二半導體層以及第三半導體層；步驟(e)，第二蝕刻工序：在所述第三半導體層上形成第一掩膜層，并且在所述配線區域上，利用所述第一掩膜層同時蝕刻所述第三半導體層以及所述第二半導體層，以形成露出所述第一半導體層的一部分的第二溝槽；步驟(f)，去除所述第一掩膜層，并且在包含所述第三半導體層的基板上形成電極層；步驟(g)，第三蝕刻工序：在所述電極層上形成第二掩膜層，并且在所述配線區域上，利用所述第二掩膜層同時蝕刻所述電極層以及所述第三半導體層，以形成露出所述第二半導體層的一部分的第三溝槽；步驟(h)，去除所述第二掩膜層。

此時，還可以包括如下步驟，在所述基板和所述第一半導體層之間形成抗反射層。

所述抗反射層可以通過所述第一蝕刻工序與所述第一半導體層同時被蝕刻，以延伸形成所述第一溝槽。

所述抗反射層可以由氮化硅(SiN_x)或氮化鈦(TiN_x)形成。

所述第一溝槽可以通過激光劃片方法蝕刻。

所述第二溝槽以及所述第三溝槽可以通過濕蝕刻法蝕刻。

所述第一、第二、第三蝕刻工序可以在所述基板的上部進行。

所述電極層可以由透明導電材料或金屬材料或者它們的層疊結構形成。

所述第一半導體層、第二半導體層、第三半導體層可以形成為n、i、p或p、i、n。

發明效果

根據本發明，可以在基板的前面進行多個蝕刻過程，因此無需反轉(翻轉)基板的過程，能夠簡化工序以及設備，防止產生不合格品。

此外，根據本發明，串聯連接時無需單獨的下部電極，可獲得簡化結構以及工序的效果。

此外，根據本發明，能夠根據抗反射層形成合適的結構，可提高光電轉換效率。

附圖說明

圖1至圖9是按順序示出本發明的一實施例涉及的太陽能電池的制造過程的示意圖。

圖10以及圖11是按順序示出本發明的另一實施例涉及的太陽能電池的制造過程的示意圖。

圖12以及圖13是示出本發明的一實施例涉及的光電元件部的詳細結構的示意圖。

附圖標記

100：基板

200：抗反射層

310：第一半導體層(第一非晶硅層)

311：第一多晶硅層

320：第二半導體層(第二非晶硅層)

321：第二多晶硅層

330：第三半導體層(第三非晶硅層)

331：第三多晶硅層

400：電極層

具體實施方式

后述的對本發明的詳細說明，參照將能夠實施本發明的特定實施例作為示例進行圖示的附圖。充分詳細說明這些實施例，使得本領域的技術人員能夠實施本發明。應理解為，本發明的各種實施例相互不同，但相互并不排斥。例如，這里記載的一實施例的具體形狀、結構及特性，在不超出本發明的精神及范圍的情況下，可以由其他實施例來實現。另外，應理解為，各自公開的實施例中的個別構成要素的位置或配置，在不超出本發明的精神以及范圍的情況下，能夠進行變更。因此，后述的詳細說明并非用作限定的意思，準確地說明，本發明的保護范圍僅以權利要求書所記載的內容為準，包含與其權利要求所主張內容的等同的所有范圍。在附圖中，類似的附圖標記在多個方面指代相同或類似的功能，為了便于理解也有可能夸張表示長度、面積、厚度等和其形狀。

下面，參照附圖，詳細說明本發明的優選實施例，以便本發明所屬技術領域的普通技術人員能夠容易實施本發明。

本發明的優選實施例

本說明書中，電池單元區域A是指，光電元件(包含第一半導體層、第二半導體層以及第三半導體層)位于電極之間(第一半導體層和電極層之間)從而實質進行太陽能電池的光電轉換的基板上的區域。

另外，本說明書中，配線區域B是指，位于電池單元區域A之間并分離電池單元彼此之間的同時發揮電連接(例如，串聯連接)功能的基板上的區域，可理解為，實質不會發生太陽能電池的光電轉換的死區(dead region)。

如上所述的一個電池單元區域A和一個配線區域B聚集構成單位太陽能電池區域A、B，在這樣的單位太陽能電池區域A、B上，通過本發明的實施例涉及的制造工序形成能夠進行光電轉換和配線功能的單位太陽能電池。

作為一例，在基板上，多個單位太陽能電池區域A、B可以布置為行和列 的方向，在任一行中，第n個(n為自然數)單位太陽能電池區域可以包括電池單元區域A_n和配線區域B_n。

此時，與第n個單位太陽能電池區域A_n、B_n相鄰的一側區域中，按照第n+1個單位太陽能電池區域(電池單元區域A_n+1和配線區域B_n+1)、第n+2個單位太陽能電池區域(電池單元區域A_n+2和配線區域B_n+2)的順序排列單位太陽能電池區域。

此外，與第n個單位太陽能電池區域相鄰的另一側區域中，按照第n-1個單位太陽能電池區域(電池單元區域A_n-1和配線區域B_n-1)、第n-2個單位太陽能電池區域(電池單元區域A_n-2和配線區域B_n-2)的順序排列至第1個單位太陽能電池區域。

在以下的實施例中，為了方便說明，以基板上的多個單位太陽能電池區域中的第n個單位太陽能電池區域(電池單元區域A_n和配線區域B_n)為中心，圖示其截面進行說明。

圖1至圖9是按順序表示本發明的一實施例涉及的太陽能電池的制造過程的示意圖。

首先，參照圖1，可以提供排列有由電池單元區域A和配線區域B構成的單位太陽能電池區域A、B的基板100。基板100的材料可使用透明的玻璃基板，但是本發明不限定于此。例如，根據接收光的方向，基板100可以使用玻璃、塑料等透明材料或者硅、金屬(例如，SUS(Stainless Steel))等不透明材料。

接下來，可以在基板100的表面上進行紋理處理(texturing)。本發明的紋理處理是為了防止入射到太陽能電池基板表面上的光被反射而導致光學損失從而降低其特性的現象。即，將基板表面做成粗糙是指在基板表面形成凹凸圖案(未圖示)。例如，如果通過紋理處理使基板表面粗糙，則在表面反射一次的光可向太陽能電池方向再反射，因此能夠減少光損失，增加光捕獲量，從而能夠提高太陽能電池的光電轉換效率。

此時，作為代表性的紋理處理方法，可采用噴砂處理方法。本發明中的噴砂處理包括用壓縮空氣噴射蝕刻粒子而進行蝕刻的干噴砂處理和液體和蝕刻粒子一同噴射而進行蝕刻的濕噴砂處理。另一方面，用于本發明噴砂處理的蝕刻粒子可無限制地使用如沙子、小金屬等通過物理沖擊在基板上形成凹 凸的粒子。

接下來，可以在基板100上形成抗反射層200。抗反射層200發揮如下作用，通過基板100入射的太陽光不被在之后形成的光電元件(半導體層)吸收而直接反射至外部，從而防止太陽能電池效率降低。在本發明的一實施例中，抗反射層200的材料可以是具有抗反射功能和絕緣性的氮化硅(SiN_x)，但并不限定于此。

抗反射層的形成方法包括低壓化學氣相沉積法(LPCVD：Low Pressure Chemical Vapor Deposition)以及等離子化學氣相沉積法(PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)等。

另一方面，在本發明的另一實施例中，抗反射層200的材料可以是氮化鈦(TiN_x)。這種氮化鈦(TiN_x)具有優良的抗反射功能，并且如圖10以及圖11所示，可以在對其后形成的第一半導體層310進行構圖時一同蝕刻抗反射層200，以形成第一溝槽T1，從而能夠提供防止電池單元之間的電氣干擾(絕緣性)的串聯方式的太陽能電池。

接下來，可以在抗反射層200的上部表面上形成第一半導體層310。這樣的第一半導體層310可以是摻雜雜質而具有導電性的導電型半導體，例如可以是p型或者是n型。下面，第一、第二、第三半導體層310、320、330可作為將光能轉換為電能的光電元件部發揮其功能。第一半導體層310的材料可以是通常使用的硅(Si)，但并不限定于此，可以無限制地使用已知的半導體材料。

第一半導體層310的形成方法可以包括PECVD或LPCVD等化學氣相沉積法，這樣的第一半導體層310可利用導電性能發揮下部電極的功能。此外，第一半導體層310可以執行通過后續工序從電池單元區域A接收光而產生電力的光電元件的部分功能。

接著，參照圖2，可以在基板100上的配線區域B上，第一蝕刻(即，蝕刻P1寬度)第一半導體層310的一部分，以形成第一溝槽T1。

更加詳細說明，通過第一蝕刻工序P1，由電池單元區域A以及配線區域B構成的多個單位太陽能電池區域A、B可相互分離。例如，第n個單位太陽能電池區域(電池單元區域A_n和配線區域B_n)可與相鄰一側區域的第n+1個單位太陽能電池區域(電池單元區域A_n+1和配線區域_Bn+1)和另一側區域的第 n-1個單位太陽能電池區域(電池單元區域A_n-1和配線區域B_n-1)物理性、電氣性分離。

這樣的第一蝕刻工序P1的方法可以使用利用激光的激光劃片方法，例如，可以是紫外線(ultraviolet)或綠色(green)波長的激光。

但是，本發明不限定于此，可無限制地使用包括已知的光刻法的蝕刻方法。使用激光劃片方法時，激光的照射方向可以在基板100上側或下側照射，但在本發明中，優選的是，如圖所示，從基板100的上側進行照射，以便在在前面進行構圖工序。

接著，參照圖3，可以在包含第一溝槽T1以及第一半導體層310的基板100上依次形成第二、第三半導體層320、330。

這樣的第二半導體層320可以是未摻雜雜質的固有的半導體、即i型，第三半導體層330可以是摻雜雜質而具有導電性的導電型半導體，例如可以是p型或者是n型。因此，導電性能比第一、第三半導體層310、330低的第二半導體層320埋入到第一溝槽T1內部，從而使發揮下部電極功能的第一半導體層310電氣分離。

第二、第三半導體層320、330的材料可以是通常使用的硅(Si)，但并不限定于此，可以無限制地使用已知的半導體材料。

第二、第三半導體層320、330的形成方法可以包括PECVD或LPCVD等化學氣相沉積法，可以執行通過后續工序從電池單元區域A接收光而產生電力的光電元件的部分功能，具體地，可通過參照圖12以及圖13的以下詳細說明，便可理解。

接著，參照圖4，可以在第三半導體層330上形成第一掩膜層10。這樣的第一掩膜層10可以是樹脂(resin)，例如，可使用光刻工序時使用的已知的光致抗蝕劑(photoresist)。

接下來，在基板100上的配線區域B上，對第一掩膜層10的一部分進行構圖，可形成具有規定圖案的第一掩膜層10。第一掩膜層10的構圖可以是激光構圖或噴墨構圖，但并不限定于此，可使用已知的各種構圖方法。

然后，參照圖5，在配線區域B上，用具有規定圖案的第一掩膜層10，第二蝕刻(即，蝕刻P2寬度)第二半導體層320以及第三半導體層330，以形成露出第一半導體層310的一部分的第二溝槽T2。

這種第二蝕刻工序P2的方法，可以采用利用由樹脂(resin)構成的本發明的第一掩膜層10來無損傷地僅露出第一半導體層310的蝕刻選擇性優良的濕蝕刻法，但是，本發明并不限定于此，可無限制地使用包括干蝕刻法的已知蝕刻方法。

接下來，可進行去除第一掩膜層10的工序，可無限制地使用已知的樹脂(resin)剝離工序技術。

接下來，參照圖6，可以在包含第二溝槽T2以及第三半導體層330的基板100上形成電極層400。這樣的電極層400的材料可無限制地使用導電材料。例如，透明導電層時可使用TCO，可以是AZO(ZnO:Al)、ITO(Indium-Tin-Oxide)、GZO(ZnO:Ga)、BZO(ZnO:B)以及FTO(SnO₂:F)中的任一種。此外，不透明導電層時，可使用普通的金屬材料，可以是鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鈦(Ti)等金屬及其合金。

此外，電極層400可形成為透明導電層和金屬層層疊的結構，例如，可以是BZO(ZnO:B)/Al。

電極層400的形成方法包括熱蒸發法(Thermal Evaporation)、電子束蒸發法(E-beam Evaporation)、濺射法(sputtering)等物理氣相沉積法(PVD：Physical Vapor Deposition)以及LPCVD、PECVD、金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等化學氣相沉積法(CVD：Chemical Vapor Deposition)。

另一方面，電極層400在電池單元區域A可利用導電性能發揮上部電極的功能。

接下來，參照圖7，可以在電極層400上形成第二掩膜層20。這樣的第二掩膜層20與參照圖5詳細說明的第一掩膜層10相同，可以進行構圖，以具有規定圖案。

接下來，參照圖8，可以在配線區域B上，用具有規定圖案的第二掩膜層20，第三蝕刻(即，蝕刻P3寬度)電極層400以及第三半導體層330，以形成露出第二半導體層320的一部分的第三溝槽T3。

這種第三蝕刻工序P3的方法，可采用利用由樹脂(resin)構成的本發明的第二掩膜層20來無損傷地僅露出第二半導體層320的蝕刻選擇性優良的濕蝕刻法，但是，本發明并不限定于此，可無限制地使用包括干蝕刻法的已知 蝕刻方法。

最后，參照圖9，可進行去除第二掩膜層20的工序，可無限制地使用已知的樹脂(resin)剝離工序技術。

因此，電極層400可實現電連接通過第二溝槽T2露出的第一半導體層310和相鄰的其他單位太陽能電池區域上的第三半導體層330的串聯方式的太陽能電池。

作為一例，電極層400的一端，可以在第n個單位太陽能電池區域A_n、B_n的配線區域B_n上，通過第二溝槽T2，與第一半導體層310連接。另外，電極層400的另一端可以與相鄰的第n-1個單位太陽能電池區域A_n-1、B_n-1的電池單元區域A_n-1上的第三半導體層330的上部連接。

由此，第n個單位太陽能電池A_n、B_n能夠與在一側區域相鄰的第n-1個單位太陽能電池A_n-1、B_n-1串聯連接，與此相同，也與在另一側區域相鄰的第n+1個單位太陽能電池A_n+1、B_n+1串聯連接，從而實現串聯方式的太陽能電池。

如上所述，本發明的太陽能電池可以在基板100的上部依次進行激光劃片以及蝕刻工序(例如，濕蝕刻)，從而減少工序以及工序設備。

此外，無需其他的下部電極，也能夠實現串聯連接，從而能夠獲得簡化結構以及縮短工序的效果。

此外，能夠根據抗反射層的材料形成合適的結構，從而實現光電轉換效率優良的太陽能電池。

光電元件部的結構

圖12以及圖13是示出本發明的一實施例涉及的光電元件部的詳細結構的示意圖。

首先，參照圖12，作為一例，光電元件部300可以由三層的非晶硅層310、320、330形成。更具體地說，可以在基板100上形成第一非晶硅層310，接著，可以在第一非晶硅層310上形成第二非晶硅層320，接著，可以在第二非晶硅層320上形成第三非晶硅層330，從而構成一個光電元件。此時，第一、第二、第三非晶硅層310、320、330的形成方法可利用PECVD或LPCVD等化學氣相沉積法來形成。

接下來，參照圖13，作為一例，光電元件部300可以由三層的多晶硅層311、321、331形成。更具體地說，可以在基板100上形成第一多晶硅層311， 接著，可以在第一多晶硅層311上形成第二多晶硅層321，接著，可以在第二多晶硅層321上形成第三多晶硅層331，從而構成一個光電元件。

此時，作為第一、第二、第三多晶硅層311、321、331的形成方法，可進行對圖13的第一、第二、第三非晶硅層310、320、330進行熱處理而使其結晶化的過程。即，第一非晶硅層310可結晶化為第一多晶硅層311，第二非晶硅層320可結晶化為第二多晶硅層321，第三非晶硅層330可結晶化為第三多晶硅層331。

此時，第一、第二、第三非晶硅層310、320、330的結晶化方法可以使用SPC(Solid Phase Crystallization：固相晶化)、ELA(Excimer Laser Annealing：受激準分子激光退火)、SLS(Sequential Lateral Solidification：循序性側向結晶)、MIC(Metal Induced Crystallization：金屬誘導晶化)以及MILC(Metal Induced Lateral Crystallization：金屬誘導橫向晶化)中的任一種方法。所述非晶硅的結晶化方法為已知技術，在本說明書中省略關于此的詳細說明。

在上述說明中，說明了形成第一、第二、第三非晶硅層310、320、330之后對這些層同時進行結晶化的情況，但并不限定于此。例如，每一個非晶硅層可以單獨進行結晶化工序，或者，兩個非晶硅層也可以同時進行結晶化工序，而剩余一個非晶硅層可單獨進行結晶化工序。

其結果，在基板100上形成由第一非晶硅層310、第二非晶硅層320、第三非晶硅層330或者第一多晶硅層311、第二多晶硅層321、第三多晶硅層331構成的光電元件。但是，并不限定于此，根據需要，也可以使用由微晶(microcrystalline)硅層構成的光電元件。此外，作為太陽能電池的光吸收層的材料，可無限制地使用硅以外的已知的材料。

這樣的光電元件可以為依次層積p型、i型、n型硅層的p-i-n二極管的結構，上述p型、i型、n型硅層可以通過接收光產生的光伏電力生產電。其中，i型意味著未摻雜雜質的固有的(intrinsic)。此外，n型或p型摻雜，優選在形成非晶硅層時在原位(in situ)摻雜雜質。在p型摻雜時，作為雜質一般使用硼(B)，n型摻雜時，作為雜質一般使用磷(P)或砷(As)，但并不限定于此，可無限制地使用已知的技術。

另一方面，除了p、i、n型以外，光電元件也可以由p+、i、n+型、n、i、 p型(特別是n+、i、p+)、p、p、n型(特別是p+、p-、n+)或n、n、p型(特別是n+、n-、p+)的硅層形成。其中，+和-的意思是，表示摻雜濃度的相對差，+比-具有高濃度的摻雜濃度。例如，n+意味著比n-高濃度的摻雜。未標有+或-的情況是指，摻雜濃度沒有特別的限制。另外，位于p和n型之間的半導體層發揮光吸收層(例如i型)的功能。

另一方面，為了提高第一多晶硅層311、第二多晶硅層321、第三多晶硅層331的各種特性，還可以進行在規定溫度下對這些多晶硅層進行額外熱處理而消除缺陷的缺陷消除工序，或者對這些多晶硅層進行氫等離子處理而去除多晶硅層內存在的懸空鍵的氫鈍化(hydrogen passivation)工序。

作為另一例，光電元件部300也可以是一個光電元件上還形成另一個光電元件的層疊結構(即，串聯(tandem)結構)。即，光電元件部可以是多晶光電元件層和非晶形光電元件層層疊的結構、微晶形光電元件層和非晶形光電元件層層疊的結構等，但應理解為，包括層疊為雙層以上的結構。

參照圖9，將其應用到本發明如下。將配置在下部的光電元件稱作第一、第二、第三半導體層，配置在上部的光電元件稱作第四、第五、第六半導體層時，在圖9中，用附圖標記310圖示的半導體層可配置第一半導體層，用附圖標記320圖示的半導體層可配置第二、第三、第四、第五半導體層，用附圖標記330圖示的半導體層可配置第六半導體層，由此形成串聯結構。

另一方面，在串聯結構的光電元件部300中，在一個光電元件和另一個光電元件之間，增加形成作為透明導電體的連接層(未圖示)。所述連接層使層疊的光電元件之間(例如，多晶光電元件和非晶形光電元件之間)形成歐姆接觸(ohmic contact)，從而具有能夠提高太陽能電池的光電轉換效率的作用。優選，所述連接層是在ZnO中少量添加Al的AZO(ZnO:Al)，但并不限定于此，可以無特別限制地使用普通的ITO、ZnO、IZO、FTO(SnO₂:F)、BZO等透明導電材料。

在以上的詳細說明中，本發明通過具體構成要素等特定事項和有限的實施例以及圖進行了說明，但是，這些是為了有助于整體理解本發明而提供，本發明并不限定于所述實施例，本發明所屬技術領域的普通技術人員通過所述記載可進行各種修改以及變形。因此，本發明的思想并非局限在上述說明的實施例，不僅是后述的權利要求書，與其權利要求范圍等同或等價的變形 均屬于本發明的思想范疇。