專利名稱：集成薄膜太陽能電池的透明電極的處理方法及其結(jié)構(gòu)、及具有處理過的透明電極的透明基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成薄膜太陽能電池，尤其涉及最小化制造過程中所引 起的集成太陽能電池的損耗并可通過低成本工序獲得的集成薄膜太陽能 電池，以及制造該太陽能電池的方法，涉及用于集成薄膜太陽能電池的 透明電極的處理方法，所述集成薄膜太陽能電池具有以規(guī)則間隙絕緣并 通過電串聯(lián)形成為模塊的多個(gè)單元電池，其最小化單元電池之間的(絕 緣)間隙，和透明電極的結(jié)構(gòu)，以及具有透明電極的透明基板。
背景技術(shù)：
太陽能電池是將太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體裝置。太陽能電 池基于所使用的材料可粗略地分為基于硅的薄膜太陽能電池，基于化合 物的薄膜太陽能電池和基于有機(jī)物的太陽能電池。硅太陽能電池根據(jù)半導(dǎo)體的相位被細(xì)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。
另外，太陽能電池基于半導(dǎo)體的厚度分為塊(基板)太陽能電池和
薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電池為具有從幾pm到幾十nm厚的半導(dǎo)體 層的太陽能電池。
在硅太陽能電池中，單晶硅和多晶硅太陽能電池為塊型，而多晶硅 太陽能電池為薄膜型。
同時(shí)，化合物太陽能電池分為包含in-V系的GaAs (砷化鎵)，InP (磷化銦)等的塊太陽能電池和包含II-VI系的CdTe (碲化鎘)、I-III-VI 系的CulnSe2 (CIS: 二硒銦銅)等的薄膜太陽能電池。基于有機(jī)物的太 陽能電池主要包括有機(jī)分子太陽能電池和有機(jī)和無機(jī)混合的太陽能電 池。此外，還包括染料敏感的太陽能電池。所有這些都是薄膜型。
如上所述，在各種類型的太陽能電池中，具有高能量轉(zhuǎn)換效率和相 對低的制造成本的塊狀硅太陽能電池主要用于寬范圍應(yīng)用的地面供電應(yīng) 用。
可是，隨著近年來對塊狀硅太陽能電池的需求的快速增加，存在由 于材料的短缺而引起的成本增加的傾向。因此，為了研發(fā)降低對于大規(guī) 模地面供電應(yīng)用的太陽能電池和大量生產(chǎn)它們的成本的技術(shù)，對于薄膜 太陽能電池的研發(fā)存在特別強(qiáng)烈的需要，該薄膜太陽能電池能夠?qū)⒐璨?料降低到目前數(shù)量的1/100。
薄膜太陽能電池的大型化比塊狀硅太陽能電池的大型化更容易。但 是，由于薄膜太陽能電池的面積更大，使得轉(zhuǎn)換能量的效率因透明電極 的電阻而減小。
該問題的解決方案為集成薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，因 為透明電極被劃分為多個(gè)帶狀，從透明電極的電阻產(chǎn)生的能量損耗減'J、，
5形成在透明電極上的單元電池串聯(lián)電連接。該結(jié)構(gòu)保護(hù)大規(guī)模太陽能電 池不會(huì)減小轉(zhuǎn)換能量的效率。此外，實(shí)際的高電壓從該結(jié)構(gòu)中的一個(gè)基 板產(chǎn)生，并且制造的工序簡單。
然而，在集成薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)和制造工序中存在另 一 問題。 下文，將詳細(xì)解釋該問題。
圖1是示出了常規(guī)集成薄膜太陽能電池的模塊結(jié)構(gòu)的視圖。圖2是 說明了用于制造常規(guī)集成薄膜太陽能電池的透明電極，太陽能電池(半 導(dǎo)體)層和后電極的激光構(gòu)圖工序的例子。
如圖1所示，常規(guī)集成薄膜太陽能電池1通過多個(gè)串聯(lián)電連接的單
元電池20形成在玻璃基板或透明塑料基板10 (在下文中，"透明基板") 上。
因此，集成薄膜太陽能電池的模塊包括在為絕緣材料的透明基板10 上以帶狀形成、彼此分段(絕緣)的透明電極22，通過覆蓋透明電極22 以帶狀形成的單元太陽能電池(半導(dǎo)體)層24,和通過覆蓋太陽能電池 層24以帶狀形成的后電極層26,并且該模塊構(gòu)造為其中多個(gè)分段(絕緣) 的單元電池20 ^皮此串if關(guān)電連接。此外，由樹脂構(gòu)成的后保護(hù)層30以覆 蓋后電極的方式形成，以防止和保護(hù)太陽能電池電短路。
為了制造這種結(jié)構(gòu)的集成薄膜太陽能電池1,通常使用激光構(gòu)圖方 法，化學(xué)汽化加工(CVM)方法，利用金屬針的機(jī)械劃線方法等。
激光構(gòu)圖方法是主要通過利用YAG激光光束蝕刻透明電極22，太陽 能電池(半導(dǎo)體)層24,后電極層26等的技術(shù)。下面將描述使用的具體 方法。
如圖l所示，通過利用激光光束對首先形成在透明基板IO上的透明 電極22在大氣中進(jìn)行蝕刻，然后在大氣中通過激光光束使隨后形成的太 陽能電池(半導(dǎo)體)層24分段(絕緣)，以及通過激光構(gòu)圖在大氣中對最后形成的后電極層26進(jìn)行蝕刻，由此串聯(lián)電連接太陽能電池并且形成 集成太陽能電池。
應(yīng)當(dāng)注意這種激光構(gòu)圖方法的問題。
首先，通過如圖1所示的激光構(gòu)圖方法，形成在透明電極10的整個(gè)
頂表面上的透明電極22以具有預(yù)定寬度的帶狀分段(絕緣)。然后，切 割寬度一船:從50至幾百Hjn。
在透明電極22之后形成的太陽能電池(半導(dǎo)體)層24的形成工序 大多數(shù)在真空中進(jìn)行，而切割太陽能電池(半導(dǎo)體)層24的激光構(gòu)圖(laser
patterning)在大氣中進(jìn)行，其使得不能在真空中進(jìn)行連續(xù)工序，由此降 低制造設(shè)備的操作效率。因此，這種工序不能幫助但作為增加太陽能電 池成本的一個(gè)因素。此外，由于基板暴露在蝕刻太陽能電池層24的空氣 中，因此由于水分和污染物和粘附，可能發(fā)生太陽能電池的特性下降的問題。
在下一個(gè)步驟中，后電極一般通過濺射方法在真空中形成，然后進(jìn) 行激光構(gòu)圖，由此制造集成太陽能電池。這種工序也可能在處理中引起 前述問題，不連續(xù)和污染。以及，太陽能電池20之間的切割寬度(無效 區(qū)域)變寬，其在切割透明電極22和太陽能電池(半導(dǎo)體)層24的激 光構(gòu)圖的兩次和切割后電極26和串聯(lián)連接太陽能電池的激光構(gòu)圖的一 次，即總共三次激光構(gòu)圖中被浪費(fèi)。從而太陽能電池的有效區(qū)域損耗增 加。此外，用于構(gòu)圖的激光設(shè)備昂貴，以及需要精確位置控制系統(tǒng)用于 在精確位置構(gòu)圖。由于這些原因，制造成本增加。
同時(shí)，化學(xué)汽化加工方法是通過在具有幾十)im直徑的線電極附近局 部產(chǎn)生大氣等離子體，該線電極通過利用SF6/He等氣體布置在相鄰于基 板的頂部的柵;格圖案中， 一次將太陽能電池(半導(dǎo)體)層切割為具有均 勻?qū)挾鹊亩鄠€(gè)單元電池的技術(shù)。與激光構(gòu)圖方法相比，這種化學(xué)汽化加工方法具有工序時(shí)間短，膜 的選擇度較多，和對于膜的損傷小的特性。此外，不同于激光構(gòu)圖方法， 蝕刻在真空狀態(tài)下進(jìn)行，從而有可能防止太陽能電池的性能由于基板暴 露在大氣中而下降，其是激光構(gòu)圖方法的一個(gè)問題，以及與激光構(gòu)圖方 法相比，降低了制造成本。
然而，由于蝕刻必須在和構(gòu)圖透明電極一致的精確位置處進(jìn)行，因 此需要能夠在真空設(shè)備中精確控制位置的精確位置控制系統(tǒng)。當(dāng)打算利 用大面積基板制造集成太陽能電池時(shí)，這顯現(xiàn)為非常困難的問題。此外，
可以被蝕刻的間隙為約20(Him至最小值，其大于通過激光構(gòu)圖方法形成 的(纟色緣)間隙，從而太陽能電池的有效區(qū)域的損耗增加。
作為另一蝕刻方法，包括機(jī)械劃線方法。該方法能夠通過利用多個(gè) 金屬針整體劃線相應(yīng)于單元電池的所需數(shù)目，并且在可擴(kuò)展性和與高速 處理的兼容性方面高于激光構(gòu)圖方法。此外，設(shè)備和操作成本相對于上 述兩種方法是最低的。
在例如CIS太陽能電池的情況下，比鉬(Mo)相對更軟的CdS/CIS 層可以通過劃線方法更容易劃線，因此它廣泛用于CIS太陽能電池的制 造。
然而，現(xiàn)有的機(jī)械劃線方法也在用于太陽能電池(半導(dǎo)體)層時(shí)受 到限制。從而，存在需要激光構(gòu)圖設(shè)備和用于精確位置控制的精確位置 控制設(shè)備等以便蝕刻用作后電極的鉬(Mo )和用作前電極的氧化鋅(ZnO ) 的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明意在解決上述問題，其目的在于提供集成薄膜太陽能電池， 其通過減小集成薄膜太陽能電池的單元器件之間的(絕緣)間隙，擴(kuò)寬太陽能電池的有效區(qū)域，在透明電極的形成之后在真空中進(jìn)行每道工序， 以及通過串聯(lián)電連接太陽能電池的單元器件形成為集成薄膜太陽能電池。
本發(fā)明的另一目的是提供制造上述集成薄膜太陽能電池的方法，其 防止模塊的性能下降并減小制造成本。
本發(fā)明的又一目的是提供制造上述集成薄膜太陽能電池的方法，其 在將被忽略的模塊性能下降方面足夠小并且可以從一個(gè)模塊得到所需的 高電壓。
本發(fā)明的又一 目的是提供利用印刷方法的集成薄膜太陽能電池的透 明電極的處理方法，其通過減小集成薄膜太陽能電池的單元器件之間的 (絕緣)間隙擴(kuò)寬太陽能電池的有效區(qū)域，并且因?yàn)椴皇褂冒嘿F的設(shè)備 例如激光器，精確位置控制系統(tǒng)等而可以降低制造成本，和透明電極的 結(jié)構(gòu)，和具有透明電極的透明基板。
根據(jù)本發(fā)明的制造集成薄膜太陽能電池的方法包括以下步驟(a ) 單獨(dú)在透明基板上方形成透明的電極圖案；(b)在步驟(a)的基板上形 成太陽能電池(半導(dǎo)體)層；(c)通過在太陽能電池(半導(dǎo)體)層上傾 斜沉積導(dǎo)電材料形成第一后電極；(d)通過將第一后電極作為掩模蝕刻 太陽能電池(半導(dǎo)體)層；和(e)通過在步驟(d)的基板上傾斜沉積 導(dǎo)電材料形成第二后電極以使透明電極和第 一后電極電連接。
優(yōu)選地，步驟(a)包括以下步驟(a-l )在基板上形成透明電極層； (a-2)在透明電極層上單獨(dú)形成光致抗蝕劑(PR)或聚合物圖案；(a-3 ) 通過利用光致抗蝕劑或聚合物圖案作為掩模蝕刻透明電極層；和(a-4) 去除光致抗蝕劑或聚合物圖案。
優(yōu)選地，透明電極層包括選自下面的一種或多種透明導(dǎo)電膜氧化 鋅(ZnO),氧化錫(Sn02)和銦錫氧化物(ITO )。優(yōu)選地，在步驟(a-3)中，透明電極層通過各向同性蝕刻方法形成。 優(yōu)選地，在步驟(a-3)中，透明電極層通過臺面蝕刻形成。 優(yōu)選地，在步驟(a-3)中，透明電極層通過各向異性蝕刻方法形成。 優(yōu)選地，在步驟(d)中，太陽能電池(半導(dǎo)體)層以垂直方向蝕刻。 優(yōu)選地，在步驟(d)中，太陽能電池(半導(dǎo)體)層以傾斜方向傾斜 蝕刻。
優(yōu)選地，步驟(e)中的導(dǎo)電材料沉積通過電子束或熱沉積進(jìn)行，并 且在導(dǎo)電材料沉積時(shí)，單元器件串聯(lián)電連接。
優(yōu)選地，太陽能電池包括選自下面的一種或多種基于硅的薄膜太 陽能電池，基于化合物的薄膜太陽能電池，基于有機(jī)物的太陽能電池和 干式染料敏感太陽能電池。
優(yōu)選地，基于硅的薄膜太陽能電池包括選自下面的任何一種非晶 硅(a-Si:H)單結(jié)太陽能電池，非晶硅(a-Si:H/a-Si:H, a-Si:H/a-Si:H/a-Si:H ) 多節(jié)太陽能電池，非晶硅鍺(a-SiGe:H)單結(jié)太陽能電池，非晶硅/非晶 硅-鍺(a-Si:H/a-SiGe:H )雙節(jié)太陽能電池，非晶硅/非晶硅-鍺/非晶硅-鍺 U-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H)三節(jié)太陽能電池，以及非晶硅/微晶(多晶) 〃眭雙節(jié)太陽能電池。
優(yōu)選地，第一和第二后電極包括選自下面的一種或多種4艮(Ag), 鋁(Al)和金(Au )。
通過制造薄膜太陽能電池的上述方法，根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽 能電池，通過串聯(lián)電連接單元器件集成。
制造集成薄膜太陽能電池的透明電極的處理方法包括以下步驟 (a)在透明基板上形成透明電極層；(b)在透明電極層上通過印刷方法 單獨(dú)形成光致抗蝕劑(PR)或聚合物圖案；(c)通過利用光致抗蝕劑或 聚合物圖案作為掩模蝕刻透明電極層；和(d)去除光致抗蝕劑或聚合物圖案。
優(yōu)選地，在步驟(a)中，透明電極層包括選自下面的一種或多種透
明導(dǎo)電膜氧化鋅(ZnO),氧化錫(Sn02)和銦錫氧化物(ITO )。 優(yōu)選地，在步驟(c)中，透明電極層以垂直方向蝕刻。 優(yōu)選地，在步驟(c)中，透明電極層^L臺面蝕刻。 優(yōu)選地，在步驟(a-3)中，透明電極層被各向同性蝕刻。 制造集成薄膜太陽能電池的透明電極的處理方法包括以下步驟 (a)在透明基板上形成透明電極層；(b)在透明電極層上通過光刻形成
光致抗蝕劑(PR); ( c)通過利用光致抗蝕劑圖案作為掩模蝕刻透明電極
層；和(d)去除光致抗蝕劑圖案。
制造集成薄膜太陽能電池的透明電極的處理方法包括以下步驟 (a)通過利用溶膠-凝膠方法在印版滾筒上涂敷以凝膠狀態(tài)的透明導(dǎo)電材
料；和(b)通過在印版滾筒和壓印滾筒之間插入透明基板在基板上印刷
透明導(dǎo)電材料。
根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的透明電極，通過用于集成薄膜 太陽能電池的透明電極的上述處理方法制造。
根據(jù)本發(fā)明的透明基板通過以精細(xì)間隔使透明電極絕緣以多個(gè)帶的 形狀形成，該透明電極通過用于集成薄膜太陽能電池的透明電極的上述 處理方法制造。
如上所述，與現(xiàn)有的激光構(gòu)圖和化學(xué)汽化加工方法相比，根據(jù)本發(fā) 明，集成薄膜太陽能電池的單元器件之間的(絕緣)間隙可以減小幾十 倍或更多。從而，太陽能電池的有效區(qū)域可以最大化，并且因此太陽能 電池模塊的性能可以提高。
此外，因?yàn)樽詫?zhǔn)是可能的，因此不需要精確的位置控制設(shè)備，并 且在處理透明電極時(shí)通過利用印刷方法進(jìn)行蝕刻，因此不需要昂貴的設(shè)備例如激光器，精確位置控制設(shè)備等，從而減小制造成本。此外，由于 透明電極之后的每個(gè)工序在真空中進(jìn)行，有可能防止太陽能電池模塊的 性能由于暴露在大氣中而降低。


圖1是示出了常規(guī)集成薄膜太陽能電池的模塊結(jié)構(gòu)的視圖2是說明了用于制造常規(guī)集成薄膜太陽能電池的透明電極、太陽
能電池層和后電極的激光構(gòu)圖工序的例子；
圖3是說明了根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)的截面圖4是具有本發(fā)明的構(gòu)圖透明電極的基板的截面圖5是順序說明構(gòu)圖如圖4所示的透明電極的印刷工序的視圖6和7是根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)圖透明電極的另 一 實(shí)施例；
圖8是其中根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池層形成的狀態(tài)的截面圖9是其中根據(jù)本發(fā)明的第 一 后電極形成的狀態(tài)的截面圖10、 11和12是利用根據(jù)本發(fā)明的第一后電極作為掩模垂直或傾
斜蝕刻的狀態(tài)的截面圖13和14是其中根據(jù)本發(fā)明的第二后電極形成的狀態(tài)的截面圖15是順序解釋如圖4至14的工序步驟的過程圖16示出了對于如圖15所示的工序的詳細(xì)步驟；
圖17至19是說明了對于根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的透明
電才及的多個(gè)實(shí)施例；
圖20是順序說明處理如圖17至19所示的本發(fā)明的集成薄膜太陽能
電池的透明電極的印刷方法的工序步驟的實(shí)施例；
圖21是示出了利用光刻方法形成如圖17至19所示的本發(fā)明的集成
薄膜太陽能電池的透明電極的工序的另 一實(shí)施例；和
12圖22是示出了利用溶膠-凝膠方法和印刷方法形成如圖17至19所示 的本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的工序的另 一 實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖3是說明了根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)的截面圖。 如在此所示，根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池由這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其 中在預(yù)定基板1上具有傾斜部分的透明電極2、太陽能電池(半導(dǎo)體)層 3、第一后電極4和第二后電極5順序疊置。
也就是說，透明電極2形成有(絕緣)間隙，其被構(gòu)圖使得左右透 明電極2可彼此絕緣，太陽能電池(半導(dǎo)體)層3和第一后電極4設(shè)置 在構(gòu)圖的透明電極2上，位于第一后電極4上的第二后電極5在一側(cè)與 相鄰的透明電極相接觸，進(jìn)而串聯(lián)電連接單元器件。
透明電極2的構(gòu)圖側(cè)邊部分可以是具有預(yù)定斜面的傾斜部分，如圖 中所示，但并不限于此，并可具有彎曲的傾斜部分或垂直于基板1的部 分。
以下按順序描述制造根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的加工步驟。
圖4至14為順序說明了制造根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的加 工步驟的截面圖。圖15為用于順序解釋圖4至14中所示的加工步驟的 過程圖。圖16為圖15中所示的工序的詳細(xì)過程圖。
參照圖4至15,圖4說明了其中具有傾斜部分的透明電極形成在預(yù) 定基板上的狀態(tài)的截面圖。
如在此所示，在制造本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的方法的第一步 驟中，構(gòu)圖的透明電極2形成在預(yù)定基板1的上面(SIO)。
在此，基板1為玻璃或透明塑料等的透明基板，并且對于透明電極2，
13使用從氧化鋅(ZnO)、氧化錫(Sn02)和銦錫氧化物(ITO)中選出的 一個(gè)或多個(gè)透明導(dǎo)電薄膜。
并且，構(gòu)圖的透明電極2可具有或不具有紋理表面。
在構(gòu)圖透明電極2的工序中，如圖5至16所示，透明電極層2由基 板1上的薄膜所形成(S12)，并借助印刷將光致抗蝕劑(PR)或聚合物 20涂敷在透明電極層2上，以使其分開以預(yù)定距離(S14)。在涂敷之后， 通過將光致抗蝕劑或聚合物20用作掩才莫蝕刻透明電極2，并移除光致抗 蝕劑或聚合物20 (S16, S18)。
此時(shí)使用的印刷方法包括絲網(wǎng)印刷方法，其印刷設(shè)備是最簡單的并 且該方法能夠以低成本工序或能夠形成最高精度圖案等的照相凹版印刷 方法很容易地將構(gòu)圖的光致抗蝕劑或聚合物薄膜。
在蝕刻透明電極2的過程中，使用各向異性或各向同性的蝕刻方法。 通過各向同性的蝕刻方法蝕刻的透明電才及2可被形成如圖4中所示的圖 案，兩側(cè)部分具有彎曲的傾斜表面并且其寬度隨其向下行進(jìn)變得越來越 大。
通過各向異性的蝕刻方法所蝕刻的透明電極2被形成以如圖6和7 中所示的圖案，以具有垂直于基板的部分或具有預(yù)定斜面的傾斜部分。
這樣，通過利用蝕刻印刷方法的原理在蝕刻工序中使用本發(fā)明的透 明電極，能夠?qū)崿F(xiàn)高密度的圖案印刷，薄膜的均勻性良好，工序相對簡 單，并且不同于現(xiàn)有方法，激光印刷不需要昂貴的設(shè)備，進(jìn)而降低了制 造成本。
而且，除構(gòu)圖透明電極2的上述方法外，能利用給定光致抗蝕劑(PR) 由于根據(jù)接受光發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生性能變化的原理的光刻方法，以 形成光致抗蝕劑而替換通過印刷涂敷聚合物。
另外，通過利用使用包含是與制造透明導(dǎo)電薄膜的溶膠一凝膠溶液的印刷方法，透明導(dǎo)電薄膜可直接涂敷在基板上而不需要使用前述印刷 方法或光刻方法所形成的光致抗蝕劑或聚合物圖案。上述方法能夠利用 低溫處理而不需要使用掩模的任意蝕刻工序使薄膜直接形成構(gòu)圖成條形 的透明電才及2。
根據(jù)圖17至22的描述，隨后進(jìn)行通過構(gòu)圖蝕刻透明電極2的技術(shù) 的詳細(xì)描述。
接著，參照圖8,說明了形成根據(jù)本方面的太陽能電池層的狀態(tài)的截 面圖，其中太陽能電池層3形成在根據(jù)基板1的表面形狀于之前步驟中 已被構(gòu)圖的透明電極2上(S20)。
在此，對于太陽能電池，可選自基于硅的薄膜太陽能電池、基于化 合物的薄膜太陽能電池、基于有機(jī)物的太陽能電池或干式染料敏感的太 陽能電池的一種或多種。
對于硅基薄膜太陽能電池，可以使用選自以下的任意一種，非晶硅 (a-Si:H)單結(jié)太陽能電池，非晶硅(a-Si:H/a-Si:H, a-Si:H/a-Si:H/a-Si:H) 多結(jié)太陽能電池，非晶硅鍺(a-SiGe:H)單結(jié)太陽能電池，非晶硅/非晶 硅-鍺(a-Si:H/a-SiGe:H)雙結(jié)太陽能電池，非晶硅/非晶硅-鍺/非晶硅-鍺 (a-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H)三結(jié)太陽能電池，以及非晶硅/微晶(多晶) 硅雙結(jié)太陽能電池。
圖9為其中形成根據(jù)本發(fā)明的第一后電極的狀態(tài)的截面圖，其中在 借助沉積方法如電子束或熱沉積于之前步驟中所形成的太陽能電池層3 上，通過傾斜沉積導(dǎo)電材料，如金屬形成第一后電極4 (S30)。
此時(shí)，第一后電極4由具有高反射率的單金屬材料，如鋁(A1)、銀 (Ag)、金(Au)等，或其中混合有鋁(Al)和銀(Ag)的多金屬材料 制成，并使用用于形成第 一后電極4的電子束或熱沉積設(shè)備。
因此，如圖9所示，在通過電子束或熱沉積器以角度1 (A)傾斜沉積導(dǎo)電材料時(shí)，利用沉積的直線傳播特性6a將導(dǎo)電材料沉積為太陽能電 池層3上的薄膜，進(jìn)而形成第一后電極4，但第一后電極4未形成在包含 傾斜部分的確定部分5a上。包含傾斜部分的該確定部分5a是以下步驟 中蝕刻的部分。
圖10和11為將根據(jù)本發(fā)明的第一后電極用作掩模的垂直蝕刻狀態(tài) 的截面圖，其中蝕刻根據(jù)透明電極2的截面形狀被分成三個(gè)方法。
即，如圖10和11所示，在透明電極2和2的部分是傾斜表面的情 況下，通過使用在圖8方法中沉積的第一后電極4作為掩模沿垂直方向 蝕刻太陽能電池層3 (S40)。在蝕刻時(shí)，優(yōu)選使用干蝕刻工序，如反應(yīng)離 子蝕刻(RIE)等。
如圖12所示，在透明電極2具有垂直部分時(shí)，通過將圖8工序中沉 積的第一后電極4用作掩模，沿著與基板成預(yù)定角(92)的傾斜方向蝕刻 太陽能電池層3。未說明的參考標(biāo)記5b和5c是不具有沉積在具有傾斜部 分或垂直部分的透明電極2和2上面的第一后電極4的部分，其是以下 步驟中要被蝕刻的區(qū)域。
根據(jù)上述方法，因?yàn)樘柲茈姵貙?可被微蝕刻而不需要任何特殊 掩模，故能夠?qū)崿F(xiàn)單元器件之間的從幾iam到幾十iim的(絕緣)間隙。 相比于使用等離子的常規(guī)化學(xué)汽化加工和使用激光束的常規(guī)激光構(gòu)圖， 該(絕緣)間隙能夠減少幾十至幾百倍。因此，能夠最大化太陽能電池 的有效區(qū)域。
最后，參照圖13和14，圖13示出了在根據(jù)圖IO蝕刻的第一后電極 4上形成第二后電極5的工序，以及圖14示出了在根據(jù)圖12蝕刻的第一 后電極4上形成第二后電極5的工序。在根據(jù)圖10蝕刻的第一后電極4 上形成第二后電極5的工序與圖13的相同，故將其省略。
如在此所示，借助通過之前步驟的蝕刻工序在單元器件之間形成的預(yù)定(絕緣)間隙，利用與沉積第一后電極4相同的導(dǎo)電沉積方法形成
第二后電極5 (S50)。
即，利用電子束或熱沉積設(shè)備以預(yù)定角(e3， 64)傾斜沉積導(dǎo)電材料，
借助沉積的直線傳播特性6b和6c將導(dǎo)電材料形成為第一后電極4上的 薄膜，進(jìn)而形成第二后電極5,并且第二后電極5未形成在具有傾斜角(e3) 的傾斜表面的確定部分5 d處。
此時(shí)，第二后電極5可與圖9的第一后電極4的材料相同，或可包 括不同于第一后電極4的廉價(jià)金屬，以便降低太陽能電池的制造成本。
隨后，根據(jù)上述工序，由于左側(cè)單元器件的透明電極2和右側(cè)單元 器件的第二后電極5彼此相連，進(jìn)而串聯(lián)連接單元器件。
因?yàn)橥ㄟ^自對準(zhǔn)而不需要任意特殊的定位控制設(shè)備實(shí)行上述過程， 故能夠通過相對簡單的工序制造集成薄膜太陽能電池。
以下，詳細(xì)描述構(gòu)圖并蝕刻基板上的透明電極的技術(shù)。
<利用印刷形成集成薄膜太陽能電池的透明電極的方法〉 首先，描述本發(fā)明使用的印刷技術(shù)。
本發(fā)明中說明的印刷方法分為凸版印刷、凹版印刷或照相凹版印刷， 平版印刷，絲網(wǎng)印刷等。在此，參照用于實(shí)現(xiàn)本方面的實(shí)施例描述絲網(wǎng) 印刷方法，所述方法的印刷設(shè)備最簡單并且該方法能夠以低成本工序或 能夠形成高精度圖案的照相凹版印刷方法很容易地涂敷構(gòu)圖的光致抗蝕 劑或聚合物。
絲網(wǎng)印刷方法是利用指定絲網(wǎng)上的噴嘴將墨水傳遞到加工表面上形 成所需圖案的方法。在這種絲網(wǎng)印刷方法中，印刷的分辨率取決于絲網(wǎng) 的網(wǎng)孔數(shù)量。例如，如果網(wǎng)孔的數(shù)量為254,這意味著1英寸(25.4mm) 長度內(nèi)要打印的點(diǎn)的數(shù)量為100。利用上述絲網(wǎng)印刷方法， 一 個(gè)點(diǎn)和點(diǎn)中心之間的距離被減少到
100|am，進(jìn)而可分別獲得最小線寬和大約100pm的間距。
因此，通過利用本發(fā)明蝕刻透明電極的工序的原理，可通過調(diào)節(jié)網(wǎng) 孔尺寸印刷高精度圖案。因?yàn)楸∧さ木鶆蛐粤己茫摻z網(wǎng)印刷方法具有 能夠降低制造成本的優(yōu)勢，工序相對筒單并且不同于現(xiàn)有方法激光構(gòu)圖 不需要昂貴的設(shè)備。除此之外，在利用該絲網(wǎng)印刷方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)， 替代印刷油墨使用光致抗蝕劑(PR)或聚合物，其溶解于有機(jī)溶劑后可 轉(zhuǎn)變得與墨水相類似。此時(shí)，如果伴隨有打印材料的粘性和適當(dāng)打印條 件的選擇(例如網(wǎng)孔尺寸)，則能夠?qū)崿F(xiàn)蝕刻間隙的調(diào)節(jié)。
在涂敷光致抗蝕劑或聚合物薄膜之后，在一般的光致抗蝕劑的后處 理中對其熱處理，進(jìn)而蒸發(fā)有機(jī)溶劑并硬化薄膜。
照相凹版印刷方法是凹板印刷方法的一種，其用于在照相技術(shù)所形 成的凹板上實(shí)行印刷，其中液體墨水被填充在凹板的凹陷部分并利用用 于印刷的刮墨刀移除多余墨水。
因?yàn)楦鶕?jù)板的深度表示色調(diào)(灰度級)，這種照相凹版印刷方法具有 寬范圍的應(yīng)用，該應(yīng)用包括各種書籍或商業(yè)印刷品、藝術(shù)印刷品、郵票 印刷品、利用不具備吸收性的類似于玻璃紙或塑料膜或金屬箔的基板材 料的印刷。
在照相凹版印刷輥上，形成凹板半色調(diào)點(diǎn)或墨水凹穴以便表示圖像 的灰度級。半色調(diào)點(diǎn)的墨水被傳遞以便在要打印的材料上再現(xiàn)圖像。
例如，通過使用能夠?qū)崿F(xiàn)4500dpi的照相凹版印刷方法， 一個(gè)點(diǎn)和點(diǎn) 中心之間的距離可被減少到5至6|iim,進(jìn)而能夠分別獲得最小線寬和大 約5至6|am的間距。
隨后，通過利用蝕刻本發(fā)明的透明電極的工序中的照相凹版印刷方 法，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高密度圖案印刷，很容易制造具有寬面積的薄膜，
18并且能夠減少蝕刻間隙，進(jìn)而最小化了單元電池之間的(絕緣)間隙。 此外，類似于絲網(wǎng)印刷方法，該方法相對簡單，并且不同于現(xiàn)有方法， 激光構(gòu)圖的昂貴設(shè)備是非必需的，進(jìn)而降低了制造成本。在此情況中，
轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃颇墓庵驴刮g劑或聚合物。
除上述印刷方法外，可以以多種方式應(yīng)用其他印刷方法，如《鼓接觸 印刷方法或納米壓印方法，并通過利用這些實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，能夠涂 敷具有更大面積的高精度構(gòu)圖的聚合物薄膜。
圖17至19為說明了根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的透明電極 的多個(gè)實(shí)施例。圖20是順序說明了用于處理本發(fā)明的集成薄膜太陽能電 池的透明電極的印刷方法的處理步驟的實(shí)施例，如圖17至19所示。
首先，參照圖17至19，通過在預(yù)定基板IIO上以等間距形成構(gòu)圖成 條形的透明導(dǎo)電薄膜，預(yù)備適于根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的透 明電極120、 130和140。
在此，所示的絕緣材料的基板110,是玻璃或透明塑料等的透明基板。 對于透明電才及120、 130和140, ^吏用氧化鋅(ZnO)、氧化錫(Sn02 )和 銦錫氧化物(ITO)等的透明導(dǎo)電薄膜。
上述透明電極120、 130和140可被形成以圖17中所示的條形圖案， 側(cè)壁具有垂直部分122并且以規(guī)則間距與相鄰的透明電極分開和絕緣， 或被形成以圖18中所示的圖案，側(cè)壁具有傾斜的表面132，其具有預(yù)定 的斜面并其寬度隨其向下行進(jìn)而變得越來越大。此外，如圖19所示，透 明電極可被形成以這樣的圖案，側(cè)壁具有彎曲的傾斜表面142并且其寬 度隨其向下行進(jìn)而變得越來越大。
所形成透明電極120、 130和140可具有或不具有鋸齒狀的表面。
此時(shí)，當(dāng)相對側(cè)壁之間的分開距離山、d2和d3變小時(shí)，集成薄膜太陽能電池的單元電池的有效區(qū)域變寬，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效率。
以下是處理本方面的透明電極120、 130和140的工序。 如圖20所示，首先，用作薄膜的透明導(dǎo)電膜被沉積或涂敷在透明基
板210和絕緣材料上，進(jìn)而形成透明層230。
接著，在預(yù)先設(shè)定網(wǎng)孔尺寸后，利用印刷在所形成的透明電極230
上涂敷光致抗蝕劑或聚合物250，進(jìn)而在光致抗蝕劑或聚合物250之間形
成預(yù)定的分隔距離(d)。具有高精度的可獲得的分隔距離(d)從幾iimi
變到幾十jum。
上述光致抗蝕劑或聚合物250適于用作以下步驟的蝕刻工序中蝕刻 透明電極230的掩才莫。
根據(jù)該方法，光致抗蝕劑或聚合物250被形成以分開預(yù)定間距的條 形圖案，并且在未形成有圖案的區(qū)域內(nèi)，透明電極230的表面部分暴露 于外部。
接著，將頂面上的聚合物250用作掩模蝕刻透明電極230的暴露表 面，使得蝕刻的透明電極230的側(cè)面部分具有垂直的形狀、傾斜表面或 彎曲的傾斜表面。
此時(shí)，蝕刻工序根據(jù)透明電極230的蝕刻形狀選擇地使用各向異性 或各向同性的蝕刻方法。
各向異性的蝕刻方法是在基板210表面的垂直方向上或在給定方向 上實(shí)行蝕刻的技術(shù)，使得蝕刻的部分可具有垂直的分割斷面或傾斜的分 割斷面。#>據(jù)該方法，如圖17和18所示，通過將側(cè)壁蝕刻進(jìn)入垂直表 面或具有預(yù)定斜面的傾斜表面而形成構(gòu)圖的透明電才及120、 130。
各向同性的蝕刻方法是以相同的速度在垂直和水平方向上實(shí)行蝕刻 的技術(shù)，使得蝕刻的部分在蝕刻之后可具有略微彎曲的斷面，進(jìn)而能夠 形成蝕刻進(jìn)入彎曲傾斜表面的透明電極130和140,如圖18和19所示。在上述蝕刻之后，最后，移除光致抗蝕劑或聚合物250,進(jìn)而在基板
210上形成具有條形圖案、以規(guī)則間距絕緣的透明電極230。
<利用光刻形成集成薄膜太陽能電池的透明電極的方法>
除上述印刷方法外，現(xiàn)有的光刻方法可用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
圖21是示出了利用光刻方法形成如圖17至19所示的本發(fā)明的集成
薄膜太陽能電池的透明電極的工序的另 一 實(shí)施例。
將在本發(fā)明中解釋的光刻方法是利用具有所需圖案的掩模將光選擇
照射到光致抗蝕劑從而形成與掩模的圖案相同的圖案的工序，通過利用
給定的光致抗蝕劑(PR)通過在接收光時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)而改變特性的原理。
這種光刻方法包括涂敷薄膜光致抗蝕劑的光致抗蝕劑涂敷工序，利 用掩模選擇照射光的曝光工序，通過在光照射部分處去除光致抗蝕劑形 成圖案的顯影工序，和利用通過顯影工序構(gòu)圖的光致抗蝕劑作為掩模進(jìn) 4亍蝕刻的工序。
即如圖21所示，透明電極330在基板310上方沉積為薄膜，具有與 透明電極330相同面積的光致抗蝕劑(PR) 350,涂敷在沉積的透明電極 330上方，曝光通過光掩模370產(chǎn)生所需圖案。
典型地，這種光掩模370從金屬或感光乳劑在玻璃基板上方形成所 需圖案，以便在曝光時(shí)，光不能透過金屬膜形成的部分但是可以通過沒 有金屬膜形成的部分。
因此，光致抗蝕劑350的一些部分被曝光，而其它部分沒有被曝光。 如果暴露在光下的區(qū)域的光致抗蝕劑可以通過顯影溶液去除，那么光致 抗蝕劑是正型，如果未曝光區(qū)域的光致抗蝕劑可以通過顯影溶液去除， 那么該光致抗蝕劑是負(fù)型。通過該原理形成的光致抗蝕劑350用作蝕刻透明電極330的掩模， 類似于通過印刷形成的聚合物圖案，以及可以得到具有幾pm至幾十jim 的分離距離的高精確構(gòu)圖。從而，通過利用該特征，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)。
蝕刻透明電極330的工序與通過印刷形成透明電才及的上述方法中所 解釋的工序相同。
<通過溶膠一凝膠方法和印刷方法形成透明電極的方法〉
除了上述構(gòu)圖透明電極的方法以外，溶膠一凝膠方法和印刷方法的 方法也是可利用的。
這里，溶膠一凝膠方法是形成功能膜例如物理沉積和熱分解的方法 之一。即，溶膠一凝膠方法是從包含氧化物前體聚合物的液體(溶膠) 產(chǎn)生玻璃，陶瓷或組合的有機(jī)和無機(jī)材料的方法，該液體通過金屬有機(jī) 和無機(jī)化合物經(jīng)由凝膠態(tài)的水解得到。
溶膠一凝膠薄膜形成方法包括浸漬，旋涂，輥涂布，噴涂，印刷等。 該溶膠一凝膠方法用于薄膜制造的應(yīng)用，該制造包括抗反射膜，干涉濾 波器，熱導(dǎo)線反射膜，熱射線反射膜，反射膜和透明導(dǎo)電膜的形成。
圖22是示出了利用溶膠一凝膠方法和印刷方法形成如圖17至19所 示的本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的工序的另 一實(shí)施例，其說明了其中 通過利用包含制造透明電極的材料的溶膠一凝月交溶液利用印刷方法的例 子。
即，如在此所述，為了形成根據(jù)本發(fā)明的集成薄膜太陽能電池的透 明電極，具有以精度形成的凹陷的印版滾筒1,利用溶膠一凝膠方法以凝 膠狀態(tài)制造的透明導(dǎo)電材料3通過透明導(dǎo)電材料輥2涂敷在印版滾筒1 上，然后透明導(dǎo)電材料3通過在印版滾筒和壓印滾筒4之間插入基板410 印刷在基板410上。通過以高精度調(diào)節(jié)印版滾筒1的凹陷，印刷在基板410上的透明導(dǎo)
電材料3的每個(gè)點(diǎn)和點(diǎn)的中心之間的距離可以減小到5至10iLim之多。
通過溶膠一凝膠方法形成透明導(dǎo)電膜的工序是已知的，因此其詳細(xì) 的描述在此省略。
即，通過利用上述的溶膠一凝膠方法和印刷方法，通過直接將透明 導(dǎo)電膜而取代于光致抗蝕劑或聚合物薄膜涂敷在基板上，利用低溫壓而 沒有使用掩模的任何蝕刻工序能夠直接形成構(gòu)圖以條形的透明電極，以 便與本發(fā)明中所實(shí)現(xiàn)的印刷方法 一樣切除單元電池中的透明電極。
工業(yè)實(shí)用性
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，相比于現(xiàn)有的激光構(gòu)圖和化學(xué)汽化加工方 法，集成薄膜太陽能電池的單元電池之間的(絕緣)間隙被減少幾十倍 或更多。因此，能夠最大化太陽能電池的有效面積，并由此提高了太陽 能電池模塊的性能。
此外，在處理透明電極時(shí)利用印刷方法執(zhí)行蝕刻時(shí)，因?yàn)槟軌驅(qū)嵭?自對準(zhǔn)，或不需要精確位置控制設(shè)備，并且不需要昂貴的裝備，如激光 器、精確位置控制系統(tǒng)等，因此降低了制造成本。此外，因?yàn)樾纬赏该?電極之后的每個(gè)工序是在真空條件下執(zhí)行的，故能夠防止太陽能電池模 塊的性能由于暴露于大氣而降低。
2權(quán)利要求
1.一種制造集成薄膜太陽能電池的透明電極的方法，包括步驟(a)在透明基板上形成透明電極層；(b)在透明電極層上通過印刷方法單獨(dú)形成光致抗蝕劑或聚合物圖案；(c)通過利用光致抗蝕劑或聚合物圖案作為掩模蝕刻透明電極層；和(d)去除光致抗蝕劑或聚合物圖案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(a)中，透明電極層包括選 自下面的一種或多種透明導(dǎo)電膜氧化鋅，氧化錫和銦錫氧化物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(c)中，透明電極層以垂直 方向蝕刻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(c)中，透明電極層被臺面蝕刻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟U-3)中，透明電極層被各 向同'I"生々蟲刻。
6. —種制造集成薄膜太陽能電池的透明電極的方法，包括步驟(a) 在基板上形成透明電極層；(b) 在透明電極層上通過光刻形成光致抗蝕劑；(c) 通過利用光致抗蝕劑圖案作為掩模蝕刻透明電極層；和(d) 去除光致抗蝕劑圖案。
7. —種制造集成薄膜太陽能電池的透明電極的方法，包括步驟(a) 通過利用溶膠一凝膠方法在印版滾筒上涂敷以凝膠狀態(tài)的透明 導(dǎo)電材料；和(b) 通過在印版滾筒和壓印滾筒之間插入基板在基板上印刷透明導(dǎo) 電材料。
8. —種集成薄膜太陽能電池的透明電極，其通過權(quán)利要求1或6或7中 所述的用于制造集成薄膜太陽能電池的透明電極的上述方法制造。
9. 一種形成有透明電極的透明基板，其通過權(quán)利要求1或6或7中所述 的用于制造集成薄膜太陽能電池的透明電極的上述處理方法制造。
全文摘要
本發(fā)明涉及集成薄膜太陽能電池，尤其涉及最小化制造過程所引起的集成太陽能電池的損耗并可通過低成本工序獲得的集成薄膜太陽能電池，以及制造該太陽能電池的方法，用于集成薄膜太陽能電池的透明電極的處理方法，其通過最小化集成薄膜太陽能電池的單元電池之間(絕緣)間隙能夠加寬有效區(qū)域并減少制造成本，以及透明電極的結(jié)構(gòu)，以及具有透明電極的透明基板。制造集成薄膜太陽能電池的方法包括以下步驟(a)單獨(dú)在透明基板上形成透明電極圖案；(b)在步驟(a)的基板上形成太陽能電池(半導(dǎo)體)層；(c)通過在太陽能電池(半導(dǎo)體)層上傾斜沉積導(dǎo)電材料形成第一后電極；(d)通過將第一后電極作為掩模蝕刻太陽能電池(半導(dǎo)體)層；和(e)通過在步驟(d)的基板上傾斜沉積金屬形成第二后電極以使透明電極和第一后電極電連接。
文檔編號H01L31/02GK101562219SQ20091013564
公開日2009年10月21日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月16日
發(fā)明者尹浚寶, 文建又, 樸相一, 權(quán)圣源, 林宏樹, 郭中煥 申請人:韓國科學(xué)技術(shù)院