CN101771107B - 制作太阳能薄膜电池的方法及太阳能薄膜电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作太阳能薄膜电池的方法及太阳能薄膜电池，该方法包括下列步骤。提供一基板，并于基板上形成多个第一电极。进行一印刷工艺，将一光吸收材料印刷于基板与第一电极上，以形成多个光吸收图案，其中各光吸收图案分别对应两相邻的第一电极，且各光吸收图案部分覆盖对应的两相邻的第一电极，并部分曝露出对应的两相邻的第一电极。于光吸收图案上形成多个第二电极。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作太阳能薄膜电池的方法及其结构，尤其涉及一种利用印刷工艺形成太阳能薄膜电池的光吸收图案的方法及其结构。
背景技术
目前人类使用的能源主要来自于石油资源，但由于地球石油资源有限，因此近年来对于替代能源的需求与日俱增，而其中在各式替代能源中又以太阳能最具发展潜力。
目前，太阳能电池的工艺主要可区分为使用半导体工艺的太阳能电池与使用薄膜工艺的太阳能电池两大类，其中前者是使用半导体基板例如硅基板，并利用掺杂与扩散等技术形成光吸收层，而后者则是使用塑料基板或玻璃基板，并利用薄膜技术形成光吸收层。由于半导体产业对于硅原料的高需求，使得使用半导体工艺的太阳能电池面临硅原料不足的状况，因此目前利用薄膜技术的太阳能薄膜电池逐渐成为市场上的主流产品。
现有太阳能薄膜电池的光吸收层是由沉积工艺形成，并利用黄光微影工艺进行图案化，然而，黄光微影工艺的成本昂贵，造成现有太阳能薄膜电池的制作成本无法下降，因此，对于太阳能薄膜电池的发展造成了负面影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种制作太阳能薄膜电池的方法及太阳能薄膜电池，以节省太阳能薄膜电池的制作成本。
本发明的较佳实施例提供一种制作太阳能薄膜电池的方法，包括下列步骤。提供一基板，并于基板上形成多个第一电极。进行一印刷工艺，将一光吸收材料印刷于基板与第一电极上，以形成多个光吸收图案，其中各光吸收图案分别对应两相邻的第一电极，且各光吸收图案部分覆盖对应的两相邻的第一电极，并部分曝露出对应的两相邻的第一电极。于光吸收图案上形成多个第二电极。
其中，该印刷工艺包括一喷墨印刷工艺或一网版印刷工艺。
其中，另包括于形成该第二电极之前，形成一缓冲层于该光吸收图案上，且该缓冲层与该光吸收图案曝露出的该第一电极电性连接。
其中，形成该第二电极的步骤包括：于该缓冲层上形成一透明导电层；以及图案化该透明导电层、该缓冲层以及该光吸收图案以形成该第二电极。
其中，该进行该印刷工艺的步骤更包括形成多个间隔结构于该第一电极上。
其中，各该间隔结构位于相邻的该光吸收图案之间且未与该光吸收图案连接。
其中，该缓冲层另覆盖于该间隔结构上。
其中，该形成该第二电极的步骤包括：于该缓冲层上形成一透明导电层；以及图案化该透明导电层以形成该第二电极。
其中，该图案化该透明导电层的步骤包括进行一激光切割工艺以图案化该透明导电层。
其中，该形成该第一电极的步骤包括：于该基板上形成一不透明导电层；以及图案化该不透明导电层以形成该第一电极。
其中，该光吸收材料包括一I B-III A-VI A族化合物半导体或一II B-VIA族化合物半导体。
其中，该I B-III A-VI A族化合物半导体包括铜铟镓硒、铜铟硒、铜铟镓硫硒或铜镓硒。
其中，该II B-VI A族化合物半导体包括碲化镉。
其中，该形成该第一电极的步骤包括：于该基板上形成一透明导电层；以及图案化该透明导电层以形成该第一电极。
其中，该形成该第二电极的步骤包括：于该光吸收图案与该光吸收图案曝露出的该第一电极上依序形成另一透明导电层与一非透明导电层；以及图案化该非透明导电层与该另一透明导电层，以形成该第二电极。
其中，该光吸收材料包括非晶硅。
其中，该光吸收材料包括以溶液为基础的光吸收材料。
本发明的较佳实施例另提供一种太阳能薄膜电池。上述太阳能薄膜电池包括一基板、多个第一电极、多个光吸收图案、一缓冲层与多个第二电极。第一电极设置于基板上。光吸收图案设置于基板与第一电极上，其中各光吸收图案分别对应两相邻的第一电极，且各光吸收图案部分覆盖对应的两相邻的第一电极，并部分曝露出对应的两相邻的第一电极。缓冲层设置于光吸收图案上，且缓冲层与光吸收图案曝露出的第一电极电性连接。第二电极设置于缓冲层上。
其中，另包括多个间隔结构，分别设置于各该第一电极上，且该间隔结构为该缓冲层所覆盖。
本发明的制作太阳能薄膜电池的方法利用印刷工艺形成光吸收图案，故相较于现有技术使用黄光微影技术形成光吸收图案的方式，可大幅节省制作成本。
附图说明
图1至图6绘示了本发明的第一较佳实施例制作太阳能薄膜电池的方法示意图；
图7至图12绘示了本发明的第二较佳实施例制作太阳能薄膜电池的方法示意图；
图13至图18绘示了本发明的第三较佳实施例制作太阳能薄膜电池的方法示意图。
其中，附图标记：
10：基板 12：导电层
14：第一电极 16：光吸收图案
18：缓冲层 20：透明导电层
22：第二电极 24：太阳能薄膜电池单元
30：基板 32：导电层
34：第一电极 36：光吸收图案
37：间隔结构 38：缓冲层
40：透明导电层 42：第二电极
44：太阳能薄膜电池单元 50：基板
52：透明导电层 54：第一电极
56：光吸收图案 58：透明导电层
60：非透明导电层 62：第二电极
64：太阳能薄膜电池单元
具体实施方式
为使本领域技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合所附图式，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。
请参考图1至图6。图1至图6绘示了本发明的第一较佳实施例制作太阳能薄膜电池的方法示意图。如图1所示，首先提供一基板10。基板10可为塑料基板、玻璃基板或其它各式材质构成的基板。随后于基板10上形成一导电层12。导电层12可为各式导电性佳的材料，如金属材料或透明导电材料。在本实施例中，太阳能薄膜电池的照光面为图1的上方，因此导电层12选用具有导电与反射双重特性的金属材料，例如钼金属，但不以此为限。
如图2所示，接着对导电层12进行图案化，以于基板10上形成多个第一电极14。在本实施例中，图案化第一电极14的步骤较佳可利用激光切割工艺加以实现，但不以此为限，例如也可利用机械切割工艺或黄光微影技术加以实现。
如图3所示，随后进行一印刷(printing)工艺，将一光吸收材料印刷于基板10与第一电极14上，以形成多个光吸收图案16，其中各光吸收图案16大体上分别对应第一电极14，且各光吸收图案16曝露出部分对应的第一电极14。精确地说，各光吸收图案16大体上部分覆盖于对应的两相邻第一电极14，并部分曝露出对应的两相邻第一电极14，且完全覆盖两相邻第一电极14之间的基板10。本发明的印刷工艺可为喷墨印刷(ink-jet printing)工艺、网版印刷(screen printing)工艺或其它型式的印刷工艺。在本实施例中，光吸收材料包括以溶液为基础(solution-based)的光吸收材料，但不以此为限。举例而言，光吸收材料可包括例如I B-III A-VI A族(一三六族)化合物半导体(compound semiconductor)、II B-VI A族(二六族)化合物半导体或其它光吸收材料。若选用I B-III A-VI A族化合物半导体，则其可包括例如铜铟镓硒(CIGS)、铜铟硒(CIS)、铜铟镓硫硒(CIGSSe)或铜镓硒(CGS)、或其它I B-IIIA-VI A族化合物半导体、或上述材料的组合；若选用II B-VI A族化合物半导体，则其可包括例如碲化镉(CdTe)、或其它II B-VI A族化合物半导体、或上述材料的组合。
如图4所示，接着于光吸收图案上16上形成一缓冲层18，且缓冲层18与光吸收图案16曝露出的第一电极14相接触而电性连接。缓冲层18的材质可包括例如硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、Zn(O，OH，S)、三硫化二铟(In2S3)、包含氧化铟与氢氧化铟与硫化铟的混合物(In(O，OH，S))、氧化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、包含氧化锌与氢氧化锌与硫化锌的混合物(Zn(O，OH，S))、锌锰氧化物(ZnMgO)、三硒化二铟(In2Se3)、包含氧化铟与氢氧化铟与硒化铟的混合物(In(O，OH，Se))、氢氧化铟(In(OH)3)、锌铟硒(ZnInSe)、二氧化锡(SnO)或二硫化锡(SnS2)，或其它缓冲材料，或上述材料的组合。
如图5所示，随后于缓冲层18上形成一透明导电层20。在本实施例中，透明导电层20可为各式导电性佳的透明导电材料，例如未掺杂的氧化锌(i-ZnO)、氧化铝锌(AZO)、或其它透明导电材料，或上述材料的组合。
如图6所示，接着图案化透明导电层20，以形成多个第二电极22。在本实施例中，图案化透明导电层20的步骤较佳可利用机械切割工艺或激光切割工艺加以实现，且可利用机械切割工艺或激光切割工艺一并切割缓冲层18与光吸收图案16，借此形成多个串联的太阳能薄膜电池单元24。本发明的方法不以此为限，例如也可利用黄光微影技术图案化透明导电层20以形成第二电极22，并利用第二电极22作为屏蔽进一步以蚀刻方式去除未被第二电极22覆盖的缓冲层18与光吸收图案16，借此形成串联的太阳能薄膜电池单元24。
请参考图7至图12。图7至图12绘示了本发明的第二较佳实施例制作太阳能薄膜电池的方法示意图。如图7所示，首先提供一基板30。基板30可为塑料基板、玻璃基板或其它各式材质构成的基板。随后于基板30上形成一导电层32。导电层32可为各式导电性佳的材料，如金属材料或透明导电材料。在本实施例中，太阳能薄膜电池的照光面为图7的上方，因此，导电层32选用具有导电与反射双重特性的金属材料，例如钼金属，但不以此为限。
如图8所示，接着对导电层32进行图案化，以于基板30上形成多个第一电极34。在本实施例中，图案化第一电极34的步骤较佳可利用激光切割工艺加以实现，但不以此为限，例如也可利用机械切割工艺或黄光微影技术加以实现。
如图9所示，随后进行一印刷工艺，将一光吸收材料印刷于基板30与第一电极34上，以形成多个光吸收图案36以及多个未与光吸收图案36连接之间隔结构37。各光吸收图案36分别对应第一电极34，且各光吸收图案36曝露出部分对应的第一电极34。精确地说，各光吸收图案36大体上部分覆盖于对应的两相邻第一电极34，并部分曝露出两相邻第一电极34，且完全覆盖两相邻第一电极34之间的基板30。另外，各间隔结构37位于相邻的光吸收图案36之间的第一电极34上且未与光吸收图案36连接。本发明的印刷工艺可为喷墨印刷工艺、网版印刷工艺或其它型式的印刷工艺。在本实施例中，光吸收材料包括以溶液为基础的光吸收材料，但不以此为限。举例而言，光吸收材料可包括例如I B-III A-VI A族化合物半导体、II B-VI A族化合物半导体或其它光吸收材料。若选用I B-III A-VI A族化合物半导体，则其可包括例如铜铟镓硒(CIGS)、铜铟硒(CIS)、铜铟镓硫硒(CIGSSe)或铜镓硒(CGS)、或其它I B-III A-VI A族化合物半导体、或上述材料的组合；若选用II B-VI A族化合物半导体，则其可包括例如碲化镉(CdTe)、或其它II B-VI A族化合物半导体、或上述材料的组合。
如图10所示，接着于光吸收图案36与间隔结构37上形成一缓冲层38，其中缓冲层38覆盖光吸收图案36以及间隔结构37，且缓冲层38与光吸收图案36以及间隔结构37所曝露出的第一电极34相接触而电性连接。缓冲层38的材质可包括例如硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、Zn(O，OH，S)、三硫化二铟(In2S3)、包含氧化铟与氢氧化铟与硫化铟之混合物(In(O，OH，S))、氧化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、包含氧化锌与氢氧化锌与硫化锌之混合物(Zn(O，OH，S))、锌锰氧化物(ZnMgO)、三硒化二铟(In2Se3)、包含氧化铟与氢氧化铟与硒化铟之混合物(In(O，OH，Se))、氢氧化铟(In(OH)3)、锌铟硒(ZnInSe)、二氧化锡(SnO)或二硫化锡(SnS2)，或其它缓冲材料，或上述材料的组合。
如图11所示，随后于缓冲层38上形成一透明导电层40。在本实施例中，透明导电层40可为各式导电性佳的透明导电材料，例如未掺杂的氧化锌、氧化铝锌、或其它透明导电材料，或上述材料之的组合。
如图12所示，接着图案化透明导电层40，以形成多个第二电极42。在本实施例中，由于相邻的光吸收图案36之间设置未与光吸收图案36连接之间隔结构37，本实施例的方法不需去除未被第二电极42覆盖的缓冲层38与光吸收图案36，而在图案化透明导电层40之后即可形成多个串联的太阳能薄膜电池单元44。由于本实施例的方法仅需图案化透明导电层40后即可形成多个串联的太阳能薄膜电池单元44，因此，可简化工艺，且图案化透明导电层40的步骤较佳可利用激光切割工艺加以实现，但不以此为限。若基于其它考虑，图案化透明导电层40的步骤也可利用机械切割工艺或黄光微影技术等工艺加以实现。
请参考图13至图18。图13至图18绘示了本发明的第三较佳实施例制作太阳能薄膜电池的方法示意图。如图13所示，首先提供一基板50。基板50可为塑料基板、玻璃基板或其它各式材质构成的基板。随后于基板50上形成一透明导电层52。在本实施例中，太阳能薄膜电池的照光面为图13的下方，因此，透明导电层52可为各式导电性佳的透明导电材料，例如未掺杂的氧化锌、氧化铝锌、或其它透明导电材料，或上述材料的组合，但不以此为限。
如图14所示，接着对导电层52进行图案化，以于基板50上形成多个第一电极54。在本实施例中，图案化第一电极54的步骤较佳可利用激光切割工艺加以实现，但不以此为限，例如也可利用机械切割工艺或黄光微影技术加以实现。
如图15所示，随后进行一印刷工艺，将一光吸收材料印刷于基板50与第一电极54上，以形成多个光吸收图案56，其中各光吸收图案56大体上分别对应第一电极54，且各光吸收图案56曝露出部分对应的第一电极54。精确地说，各光吸收图案56大体上部分覆盖于对应的两相邻第一电极54，并部分曝露出对应的两相邻第一电极54，且完全覆盖两相邻第一电极54之间的基板50。本发明的印刷工艺可为喷墨印刷工艺、网版印刷工艺或其它型式的印刷工艺。在本实施例中，光吸收材料包括以溶液为基础的光吸收材料，但不以此为限。举例而言，光吸收材料可包括非晶硅，或其它半导体材料。在使用非晶硅作为光吸收材料的状况下，本实施例的方法可由例如扩散方式于光吸收层内形成P-I-N结构，故不需另行制作缓冲层。
如图16所示，接着于光吸收图案56上形成另一透明导电层58。透明导电层58可为各式导电性佳的透明导电材料，例如未掺杂的氧化锌、氧化铝锌、或其它透明导电材料，或上述材料的组合。
如图17所示，随后于透明导电层58上形成一非透明导电层60。非透明导电层60具有导电与反射的双重特性，其材料可包括例如铝金属，或其它具有导电性佳与高反射性的非透明导电材料。
如图18所示，接着图案化非透明导电层60与透明导电层58，以形成多个第二电极62。在本实施例中，图案化非透明导电层60与透明导电层58的步骤较佳可利用机械切割工艺或激光切割工艺加以实现，且可利用机械切割工艺或激光切割工艺一并切割光吸收图案56，借此形成多个串联的太阳能薄膜电池单元64。本发明的方法不以此为限，例如也可利用黄光微影技术图案化非透明导电层60与透明导电层58，并进一步蚀刻未被第二电极62覆盖的光吸收图案56，借此形成串联的太阳能薄膜电池单元64。
综上所述，本发明的制作太阳能薄膜电池的方法利用印刷工艺形成光吸收图案，故相较于现有技术使用黄光微影技术形成光吸收图案的方式，可大幅节省制作成本与工艺复杂度，有助于太阳能薄膜电池的发展。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (18)
1.一种制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，包括：
提供一基板；
于该基板上形成多个第一电极；
进行一印刷工艺，将一光吸收材料印刷于该基板与该等第一电极上，以形成多个光吸收图案，其中各该光吸收图案分别对应两相邻的该第一电极，且各该光吸收图案部分覆盖对应的两相邻的该第一电极，并部分曝露出对应的两相邻的该第一电极；以及
于该光吸收图案上形成多个第二电极；
另包括于形成该第二电极之前，形成一缓冲层于该光吸收图案上，且该缓冲层与该光吸收图案曝露出的该第一电极电性连接。
2.根据权利要求1所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该印刷工艺包括一喷墨印刷工艺或一网版印刷工艺。
3.根据权利要求1所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，形成该第二电极的步骤包括：
于该缓冲层上形成一透明导电层；以及
图案化该透明导电层、该缓冲层以及该光吸收图案以形成该第二电极。
4.根据权利要求1所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该进行该印刷工艺的步骤更包括形成多个间隔结构于该第一电极上。
5.根据权利要求4所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，各该间隔结构位于相邻的该光吸收图案之间且未与该光吸收图案连接。
6.根据权利要求5所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该缓冲层另覆盖于该间隔结构上。
7.根据权利要求6所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该形成该第二电极的步骤包括：
于该缓冲层上形成一透明导电层；以及
图案化该透明导电层以形成该第二电极。
8.根据权利要求7所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该图案化该透明导电层的步骤包括进行一激光切割工艺以图案化该透明导电层。
9.根据权利要求1所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该形成该第一电极的步骤包括：
于该基板上形成一不透明导电层；以及
图案化该不透明导电层以形成该第一电极。
10.根据权利要求1所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该光吸收材料包括一I B-III A-VI A族化合物半导体或一II B-VI A族化合物半导体。
11.根据权利要求10所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该I B-III A-VI A族化合物半导体包括铜铟镓硒、铜铟硒、铜铟镓硫硒或铜镓硒。
12.根据权利要求10所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该II B-VI A族化合物半导体包括碲化镉。
13.根据权利要求1所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该形成该第一电极的步骤包括：
于该基板上形成一透明导电层；以及
图案化该透明导电层以形成该第一电极。
14.根据权利要求13所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该形成该第二电极的步骤包括：
于该光吸收图案与该光吸收图案曝露出的该第一电极上依序形成另一透明导电层与一非透明导电层；以及
图案化该非透明导电层与该另一透明导电层，以形成该第二电极。
15.根据权利要求13所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该光吸收材料包括非晶硅。
16.根据权利要求1所述的制作太阳能薄膜电池的方法，其特征在于，该光吸收材料包括以溶液为基础的光吸收材料。
17.一种太阳能薄膜电池，其特征在于，包括：
一基板；
多个第一电极，设置于该基板上；
多个光吸收图案，通过一印刷工艺设置于该基板与该第一电极上，其中各该光吸收图案分别对应两相邻的该第一电极，且各该光吸收图案部分覆盖对应的两相邻的该第一电极，并部分曝露出对应的两相邻的该第一电极；
一缓冲层，设置于该光吸收图案上，且该缓冲层与该光吸收图案曝露出的该第一电极电性连接；以及
多个第二电极，设置于该缓冲层上。
18.根据权利要求17所述的太阳能薄膜电池，其特征在于，另包括多个间隔结构，分别设置于各该第一电极上，且该间隔结构为该缓冲层所覆盖。
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